SOC 可編程平臺如何創造機會
高端網絡、強大處理和傳感功能相結合的這種“魔力”已經得以實現，這要得益于 SoC 可編程平臺。我們名為 CPPSGate40 的產品內嵌一款在 SoC-e SMARTzynq OEM 模塊上實現的賽靈思 Zynq-7000 All Programmable SoC 器件。器件上的雙核 ARM? Cortex?-A9 MPCore? 搭配有不同的存儲器資源（DDR3、閃存和大型存儲單元等）和硬件，支持多個高速網絡鏈路。該基礎架構可在對軟硬件處理進行分區時提供極大的自由度，以面對這些應用提出的挑戰。

從硬件角度看，Zynq SoC 的可編程邏輯與 IEEE 1588v2 硬件支持單元相結合，是實現低時延網絡任務的最佳選擇。圖 4 是 Microdeco 實施方案中 CPPS-Gate40 的 SoC 實現方案方框圖。網絡的交換基礎架構通過 SoC-e HSR/ PRP／以太網交換機 (HPS) IP 核進行協調，其不僅可確保環路每個節點的轉發時間都是恒定 550ns，而且還集成內外部三速以太網端口。

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圖 4 — Zynq SoC 實現方案的方框圖

內部端口由精確時間基本 (PTB) IP 核進行嗅探并提供時間戳，從而可為 PTP 協議棧提供支持。該 IEEE 1588v2 基礎架構允許智能網關作為主機、從機、透明時鐘和冗余時鐘工作。因而，最后在每個設備中，都可將同步 64 位定時器用于提供時間戳，實現同步和控制并可用作通用時間參考，實現時間敏感型網絡技術 (TSN) 網絡。

此外，這些在 Zynq SoC 的 FPGA 上實現的網絡內核還可隨時支持 IEEE 802.1X 身份驗證等網絡安全特性。該機制與外部身份驗證服務器相結合，可保護對網絡端口的非授權連接。在實時時確保 L2 控制幀安全過程中，Zynq SoC 的可編程邏輯也可發揮至關重要的作用，這就類似于IEEE 1588v2 透明時鐘操作需要身份驗證那樣。

網絡安全可通過 Zynq SoC 的安全引導功能進一步加強。所有外部軟件和器件外比特流，甚至引導加載程序和操作系統，都進行了存儲、AES-256 加密和 HMAC 身份驗證。該特性加上器件中包含的其它硬件安全保護功能，可確保整個網絡基礎架構中的數據都來自可信源。

此外，安裝在每個 CPPS-Gate40 中的 SIEM 代理還運行（在其它設備中）下列與安全有關的任務：監控新連接、身份驗證嘗試、SSH 連接以及對分析工具的訪問；病毒／惡意軟件檢測；網絡攻擊識別；以及 ARP 流量分析。

傳感器接口也在可編程邏輯部分（高速數據采集、數字濾波和 FFT）通過 Zynq SoC 處理系統上提供的部分標準通信通道實現（UART、I2C、SPI）。

該設備上實現的軟件基礎架構受益于 Linux OS Ubuntu 在器件上的無縫集成。Linux 支持的功能非常廣泛。圖 5 針對 Microdeco 的特定實現方案，總結了基于 Linux OS 實現的最具相關性的軟件服務。

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圖 5 — 智能工廠網絡的軟件基礎架構

已開發出的基于 Python 的 PLC 仿真器，可作為關鍵組件用來映射著名 Modbus TCP 方案中的傳感器接口。該方法可簡化與第三方 MES 軟件的通信。

同時，SQL 客戶端可將原始傳感器數據包及預處理傳感器數據包發送至遠程 SQL 服務器。具體告警及所選數據可在基于云的 couchDB 數據庫中直接發布。數據分析可在企業或云服務器中遠程執行，甚至可通過智能網關本地執行。對于最后這個目標，該產品包含一個時間數據庫，其不僅可預測生產中的故障或其它已定義的行為，而且還可就地采取行動。Juxt.io 提供的大數據分析軟件負責執行與機器行為有關的預測分析任務。

有了 SoC-e 的便攜式工具 API，我們可以通過 SNMP 來提供網絡管理支持。網絡安全基礎架構的構建基礎是 SoC-e IP 的硬件支持以及用于網絡及用戶活動監控的集成型 SIEM 代理。

通過技術增加利潤
德國的 Fraunhofer 工業工程與自動化研究所預測：到 2025 年，工業 4.0 可能會促進生產力實現 20%-30% 的飛躍式增長。然而，工業市場需要循序漸進的變革以及友好的技術和解決方案。例如，Microdeco 工廠就受益于高級技術，以在其生產線中集成靈活且計算能力強大的網絡和處理基礎架構。