معرفی میکروکنترلرهای RX74M و RX74N رنساس؛ تراشه‌های ۶۰۰ مگاهرتزی ۲۲ نانومتری با MRAM برای کنترل صنعتی

شرکت Renesas Electronics نسل جدید میکروکنترلرهای پرچم‌دار خانواده RX را با نام‌های RX74M و RX74N معرفی کرده است. این دو MCU اولین اعضای خانواده RX هستند که با فرایند ساخت 22 نانومتری تولید می‌شوند و به حافظه داخلی MRAM مجهز شده‌اند. اما نکته مهم RX74M و RX74N فقط افزایش فرکانس نیست Renesas در این نسل پردازنده 600MHz، حافظه TCM بدون

Wait  State، MRAM، شبکه‌های صنعتی، قابلیت‌های Real-Time و امنیت سخت‌افزاری را داخل یک MCU واحد ترکیب کرده است؛ ترکیبی که به‌خصوص برای کنترل حرکت، رباتیک، PLC، Servo Drive، اینورتر و تجهیزات IIoT اهمیت زیادی دارد.

RX74M و RX74N در یک نگاه

هر دو تراشه از هسته RXv3e استفاده می‌کنند و در نسخه‌های مختلف با فرکانس‌های 300، 480 و حداکثر 600MHz عرضه می‌شوند. در مدل‌های بالارده RX74M مشخصات مهم شامل موارد زیر است:

• هسته 32 بیتی RXv3e
• فرکانس کاری تا 600MHz
• عملکرد هسته حدود 6.01 CoreMark/MHz
• واحد Double-Precision FPU
• تا 1MB Code MRAM
• 48KB Data MRAM
• 1.5MB SRAM مجهز به ECC
• 256KB TCM بدون Wait State
• قابلیت Execute-in-Place از حافظه خارجی Octal Flash
• رمزگشایی On-the-Fly برای حافظه خارجی
• Gigabit Ethernet
• EtherCAT
• Ethernet TSN
• CAN FD
• USB 2.0 High-Speed
• I3C و I2S
• تایمرهای پرسرعت برای Motor Control
• ADC با دقت 16 بیت
• مجموعه سخت‌افزاری رمزنگاری و امنیت

Renesas می‌گوید این نسل بیش از دو برابر MCUهای قبلی RX72M و RX72N با فرکانس 240MHz توان پردازشی ارائه می‌کند.

فقط 600MHz مهم نیست؛ مسئله اصلی رفتار Real-Time است

در سیستم‌های صنعتی، بالا بودن فرکانس CPU به‌تنهایی کافی نیست. فرض کنید MCU هم‌زمان باید:

• حلقه کنترل یک موتور PMSM را اجرا کند؛
• PWM تولید کند؛
• ADC را نمونه‌برداری کند؛
• وقفه‌های Encoder را مدیریت کند؛
• بسته‌های EtherCAT را پردازش کند؛
• و اطلاعات تشخیصی سیستم را ثبت کند.

در چنین شرایطی فقط Average Performance مهم نیست. Latency و Jitter اهمیت بیشتری پیدا می‌کنند. RX74M برای همین مسئله از 256KB حافظه TCM یا Tightly Coupled Memory با Zero Wait State استفاده می‌کند. TCM مستقیماً و با مسیر کم‌تأخیر به هسته CPU متصل است. بنابراین بخش‌های حساس برنامه مثل:

Control Loop ، Interrupt Handler ، Motor-Control Algorithm ، Critical DSP Code

را می‌توان داخل TCM قرار داد تا زمان دسترسی به کد و داده تا حد ممکن قابل پیش‌بینی باشد. هسته RXv3e همچنین دارای قابلیت Register Bank Save  است که برای کاهش سربار ورود و خروج از Interrupt طراحی شده است. این موضوع در کاربردهایی که تعداد وقفه‌ها زیاد است می‌تواند اهمیت زیادی داشته باشد.

چرا MRAM یکی از مهم‌ترین بخش‌های این خبر است؟

Renesas در RX74M و RX74N از Magnetoresistive RAM یا MRAM استفاده کرده است. MRAM نوعی حافظه Non-Volatile است؛ یعنی مانند Flash بعد از قطع برق اطلاعاتش را از دست نمی‌دهد، اما ساختار نوشتن اطلاعات در آن با Flash متفاوت است. در Flash معمولاً قبل از برنامه‌ریزی مجدد یک ناحیه، باید ابتدا عملیات Erase انجام شود. یعنی تقریباً:

Erase → Program

اما MRAM برای نوشتن اطلاعات نیازی به مرحله Erase قبلی ندارد. در نتیجه عملیات نوشتن و به‌روزرسانی اطلاعات می‌تواند سریع‌تر انجام شود و مدت زمانی که سیستم برای Programming یا Update درگیر است کاهش پیدا کند. Renesas دقیقاً همین موضوع را یکی از مزایای استفاده از MRAM در این نسل اعلام کرده است. این ویژگی در یک سیستم صنعتی اهمیت زیادی دارد؛ مخصوصاً زمانی که دستگاه مرتباً مواردی مثل:

پارامترهای Calibration، تنظیمات دستگاه ، Logها ، Counterها ، اطلاعات وضعیت سیستم را در حافظه Non-Volatile ذخیره می‌کند.

ساختار جالب حافظه RX74M

یکی از نکات فنی جالب این MCU این است که Renesas برای همه چیز از یک نوع حافظه استفاده نکرده است.

معماری حافظه تقریباً سه لایه مهم دارد:

• MRAM  : نگهداری کد و اطلاعات Non-Volatile
• SRAM  : حافظه کاری حجیم سیستم
• TCM  : کد و داده حساس به Latency

این تفکیک به توسعه‌دهنده اجازه می‌دهد بخش‌های مختلف Firmware را بر اساس نیازشان در حافظه مناسب قرار دهد.

علاوه بر این، RX74M دارای Dual-Bank Code MRAM  است. چنین معماری‌ای می‌تواند برای طراحی روش‌های امن‌تر Firmware Update و نگهداری دو Image نرم‌افزار مفید باشد، البته نحوه پیاده‌سازی نهایی به معماری Firmware بستگی دارد.

اگر حافظه داخلی کافی نباشد چه؟

Renesas امکان XiP یا Execute-in-Place را هم در نظر گرفته است. یعنی MCU می‌تواند بخشی از کد را مستقیماً از حافظه خارجی Octal Flash اجرا کند. نکته جالب‌تر این است که سخت‌افزار امکان On-the-Fly Decryption را فراهم می‌کند؛ بنابراین داده یا کد رمزگذاری‌شده موجود در حافظه خارجی می‌تواند هنگام دسترسی رمزگشایی شود. این ویژگی در سیستم‌هایی با Firmware بزرگ یا منابع گرافیکی و داده‌های حجیم می‌تواند مفید باشد.

RX74M؛ تمرکز جدی روی شبکه‌های Industrial Ethernet

بزرگ‌ترین تفاوت RX74M با یک MCU عمومی، بخش Network آن است. Renesas داخل تراشه مواردی مثل:

EtherCAT Slave Controller ، Gigabit EtherMAC دو کانال ، Ethernet Switch با قابلیت TSNو CAN FD را قرار داده است. در نسل‌های قدیمی‌تر، برای پیاده‌سازی چنین سیستمی ممکن بود MCU در کنار چند تراشه شبکه خارجی قرار گیرد. اما RX74M تلاش می‌کند مقدار زیادی از این زیرساخت را داخل خود MCU ببرد.

TSN چرا برای صنعت مهم است؟

Ethernet  ذاتاً برای بسیاری از کاربردهای IT عالی است؛ اما در کنترل صنعتی فقط سرعت کافی نیست. فرض کنید چند Servo Drive باید دقیقاً هماهنگ حرکت کنند. اگر بسته Network یک بار در µs 100 و بار دیگر در µs 400 برسد، حتی اگر متوسط سرعت شبکه بالا باشد، کنترل Deterministic دچار مشکل می‌شود. اینجاست که TSN یا Time-Sensitive Networking اهمیت پیدا می‌کند. هدف  TSN ایجاد ارتباط Ethernet با رفتار زمانی قابل پیش‌بینی‌تر است.

به زبان ساده:

Industrial Ethernet فقط نباید سریع باشد؛ باید بدانیم اطلاعات چه زمانی می‌رسد.

RX74M با TSN، EtherCAT و Gigabit Ethernet برای همین نسل جدید شبکه‌های صنعتی طراحی شده است. Renesas همچنین پشتیبانی از پروتکل‌هایی مانند PROFINET و EtherNet/IP را برای این پلتفرم مطرح کرده است.

EtherCAT داخل خود MCU

وجود EtherCAT Slave Controller داخلی برای محصولاتی مثل:

Servo Drive ،  Remote I/O ، Industrial Robot ، PLC ،Motion Controller اهمیت زیادی دارد.

یک سازنده درایو موتور می‌تواند بخش کنترل موتور، PWM، ADC، ارتباط EtherCAT و امنیت را با یک MCU مرکزی پیاده‌سازی کند و وابستگی به تراشه‌های جانبی را کاهش دهد. این مسئله علاوه بر کاهش BOM می‌تواند طراحی PCB و مدیریت Firmware را نیز ساده‌تر کند.

امکانات RX74M برای Motor Control

یکی دیگر از بخش‌های جالب RX74M، Peripheral های مربوط به کنترل موتور است. این MCU دارای تایمرهای 32 بیتی PWM و قابلیت 200MHz PWM Control است و در کنار آن ADC و DAC داخلی را ارائه می‌کند. در یک سیستم Motor Control معمولاً زنجیره‌ای شبیه این داریم:

Current Sensor → ADC → Control Algorithm → PWM → Gate Driver → MOSFET/IGBT

هرچه Latency این مسیر کمتر و Deterministic‌تر باشد، امکان اجرای Loopهای سریع‌تر و کنترل دقیق‌تر موتور فراهم می‌شود.

به همین دلیل ترکیب:

600MHz CPU  ، TCM ، High-Speed PWM ، ADC ، EtherCAT ، در یک MCU برای کاربردهایی مثل Servo Drive و Industrial Robot جذاب است.

RX74M و RX74N چه تفاوتی دارند؟

هر دو تراشه از معماری پایه RXv3e، MRAM و فناوری 22nm استفاده می‌کنند؛ اما جهت‌گیری آن‌ها متفاوت است.

ویژگی	RX74M	RX74N
حداکثر فرکانس	600MHz	600MHz
معماری	RXv3e	RXv3e
MRAM	دارد	دارد
SRAM	تا 1.5MB	تا 1.5MB
Gigabit Ethernet	دارد	دارد
EtherCAT داخلی	دارد	ندارد
تمرکز اصلی	Factory Automation و Motion Control	Industrial Embedded / IIoT
کاربرد نمونه	Robot، Servo، PLC، Drive	Smart Meter، HVAC، Power Conditioner

RX74M عملاً نسخه Network/Automation محور خانواده است، در حالی که RX74N برای کاربردهای صنعتی عمومی‌تر طراحی شده است .

امنیت فقط AES نیست  :

یکی دیگر از نقاطی که Renesas روی آن تأکید زیادی کرده، امنیت است.هسته RXv3e قابلیت جدیدی با نام ProtectZone دارد. ProtectZone اجازه می‌دهد محیط اجرای Secure و Non-Secure داخل MCU از یکدیگر تفکیک شوند. در کنار آن، سخت‌افزار امنیتی تراشه از الگوریتم‌هایی مانند:

AES ، RSA ،ECC ، SHA-2 ، SHA-3 ، HMAC ، ChaCha20  و مولد عدد تصادفی سخت‌افزاری پشتیبانی می‌کند. Renesas همچنین نسل جدید RSIP یا Renesas Secure IP را در این خانواده به کار گرفته و به پشتیبانی از پیاده‌سازی‌های مرتبط با Post-Quantum Cryptography یا PQC اشاره کرده است. این جهت‌گیری تصادفی نیست.

با اجرایی شدن مقرراتی مثل Cyber Resilience Act اتحادیه اروپا، تولیدکنندگان تجهیزات متصل باید امنیت محصول را در کل چرخه عمر دستگاه جدی‌تر در نظر بگیرند. Renesas نیز RX74M و RX74N را با توجه به همین نیازها طراحی کرده است.

برد EK-RX74M برای شروع توسعه

برای ارزیابی تراشه، Renesas برد EK-RX74M را عرضه کرده است. نسخه استفاده‌شده روی این برد دارای:

• RX74M با فرکانس 600MHz
• 1MB MRAM
• 1.5MB SRAM
• پکیج BGA با 320 پایه
• دو رابط Ethernet / EtherCAT
• CAN FD
• RS-485
• USB High-Speed
• microSD
• 256Mbit Octal RAM
• 512Mbit Octal Flash

است. این ترکیب اجازه می‌دهد قبل از طراحی PCB نهایی، تقریباً تمام بخش‌های مهم MCU از Motor Control گرفته تا Industrial Networking آزمایش شوند.

نرم‌افزار؛ RX FSP وارد خانواده RX شده است

Renesas برای RX74M و RX74N از RX Flexible Software Package یا FSP پشتیبانی می‌کند. FSP مجموعه‌ای از:

Driver ، Middleware ، Industrial Networking ، Motor Control ، Security ، Storage ، RTOS Components

را در اختیار توسعه‌دهنده قرار می‌دهد و از بردهای EK-RX74M، EK-RX74N، MCK-RX74M و MCK-RX74N پشتیبانی می‌کند. این موضوع از نظر اکوسیستم نرم‌افزاری اهمیت دارد؛ زیرا MCUهای صنعتی امروزی آن‌قدر Peripheral و Communication Stack دارند که توسعه همه چیز از صفر عملاً زمان زیادی می‌گیرد.

علت جذابیت RX74M برای یک مهندس Embedded

شاید مهم‌ترین نکته درباره RX74M این باشد که نشان می‌دهد تعریف «میکروکنترلر صنعتی» در حال تغییر است. چند سال قبل یک MCU صنعتی عمدتاً شامل: CPU + Flash + SRAM + ADC + Timer + UART/CAN بود. اما در RX74M با چیزی شبیه این روبه‌رو هستیم:

600MHz CPU

↓

TCM + MRAM + ECC SRAM

↓

Motor-Control Peripherals

↓

EtherCAT + Gigabit Ethernet + TSN + CAN FD

↓

Hardware Security

↓

IIoT / Industrial Network

یعنی MCU عملاً به مرکز پردازش، کنترل، شبکه و امنیت یک ماشین صنعتی تبدیل شده است.

جمع‌بندی

معرفی RX74M و RX74N را نباید فقط افزایش فرکانس RX72M و RX72N دانست. سه تغییر اساسی در این نسل دیده می‌شود:

• اول، معماری حافظه جدید با MRAM، SRAM و Zero-Wait-State TCM؛
• دوم، ادغام شبکه‌های صنعتی Real-Time مثل EtherCAT و TSN؛
• و سوم، تبدیل امنیت سخت‌افزاری به بخش اصلی معماری MCU .

به‌خصوص RX74M نشان می‌دهد بازار MCUهای صنعتی به سمت تراشه‌هایی حرکت می‌کند که بتوانند هم‌زمان کنترل Real-Time، Motor Control، Industrial Ethernet، IIoT و Security را روی یک تراشه اجرا کنند. برای طراحانی که روی Servo Drive، Robot Controller، PLC، Inverter یا تجهیزات Factory Automation کار می‌کنند، RX74M یکی از MCUهای قابل‌توجه نسل جدید خواهد بود.

منبع اصلی خبر :  Renesas Electronics
تاریخ معرفی: 24 اکتبر 2026