Mikrocontroller für Industrie und IoT Mehr Edge-Knoten per Ethernet: NXP kombiniert 10BASE-T1S und PQC

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Mehr Daten aus der Feldebene, weniger Komplexität im Netzwerk: NXP stellt die MCX-A5-Familie für 10BASE-T1S und sichere Edge-Anwendungen vor.

Viele industrielle Sensoren, Aktoren und Steuerungen liefern zwar wichtige Daten, sind aber nicht direkt in IP-Netzwerke eingebunden. Sie kommunizieren stattdessen über serielle Schnittstellen wie RS-232 oder RS-485 oder werden über zusätzliche Gateways angebunden. NXP will diese Lücke mit der neuen MCX-A5-Mikrocontrollerfamilie verkleinern. Die Bausteine kombinieren 10BASE-T1S-Ethernet, automatische Topologieerkennung und Post-Quanten-Kryptografie.

Daten bis an die Feldebene

Mit 10BASE-T1S lässt sich Ethernet bis zu verteilten Edge-Knoten in Maschinen und Anlagen führen. Der Standard nutzt ein Adernpaar und unterstützt Multi-Drop-Netzwerke, in denen mehrere Geräte an einer Leitung kommunizieren können. Das kann den Verkabelungsaufwand, die Zahl zusätzlicher Komponenten und die Komplexität der Netzwerkinfrastruktur reduzieren.

Nach Angaben von NXP verfügt die MCX-A5-Familie über einen integrierten digitalen 10BASE-T1S-PHY. Damit sollen sich mehr Sensoren, Aktoren und kleine Steuerungen direkt in IP-basierte Systeme einbinden lassen. Als mögliche Anwendungen nennt NXP unter anderem die industrielle Automatisierung, die Gebäudeautomation und die Energieinfrastruktur. In einer Produktionsanlage könnten beispielsweise Temperatur-, Vibrations- oder Stromsensoren ihre Messwerte direkt an einen Edge-Knoten liefern. Die Daten könnten anschließend für die Zustandsüberwachung, die vorausschauende Wartung oder lokale Analysefunktionen genutzt werden.

Auch in der Gebäudeautomation lässt sich das Konzept einsetzen: Raumregler, Lüftungsklappen, Zähler und andere verteilte Geräte könnten über ein gemeinsames Netzwerk angebunden werden. In Energieanlagen wiederum könnten Mess- und Steuerungseinheiten ihre Daten kontinuierlich an übergeordnete Systeme weitergeben.

Topologieerkennung soll Inbetriebnahme erleichtern

Eine weitere Funktion der MCX-A5-Familie ist die automatische Erkennung und Zuordnung angeschlossener Geräte. Die Topologieerkennung soll dadurch für mehr Transparenz im Netzwerk sorgen und die Inbetriebnahme verteilter Systeme spürbar vereinfachen. Das ist vor allem dann relevant, wenn Anlagen nachgerüstet oder schrittweise erweitert werden. Werden Geräte ergänzt, entfernt oder an anderer Stelle angeschlossen, kann die automatische Erfassung die Fehlersuche und Dokumentation unterstützen. Wie die Funktion konkret umgesetzt ist und welche Grenzen sie bei komplexeren Netzwerken hat, lässt die Produktmeldung allerdings offen.

Sicherheitsfunktionen für lange Produktlebenszyklen

Neben der Vernetzung stellt NXP die Absicherung der Geräte in den Mittelpunkt. Die MCX-A5-Familie unterstützt nach Angaben des Unternehmens PSA Certified Level 3 und Post-Quanten-Kryptografie. Ein PQC-basierter Hardware-Root-of-Trust soll unter anderem Secure Boot, Firmware-Updates, Attestierung und die Authentifizierung von Debug-Zugriffen absichern.

Damit zielt NXP auf industrielle Anwendungen mit langen Produktlebenszyklen. Post-Quanten-Kryptografie soll dabei kryptografische Verfahren gegen künftig leistungsfähigere Angriffe vorbereiten. Ein Mikrocontroller macht ein Gesamtsystem allerdings nicht automatisch sicher: Entscheidend bleiben auch die Softwarearchitektur, das Schlüsselmanagement, sichere Update-Prozesse und die Absicherung der übrigen Netzwerkkomponenten.

Ausgewählte Bausteine der Familie unterstützen zudem die Programmiersprache Rust. In Verbindung mit dem MCUXpresso-SDK, Long-Term-Support-Versionen, dem Zephyr-RTOS und weiteren Entwicklungstools soll das die Entwicklung und Pflege vernetzter Geräte über längere Zeiträume erleichtern. Die Ingenieure verweisen in diesem Zusammenhang auch auf neue Cybersicherheitsanforderungen wie den europäischen Cyber Resilience Act. Die konkrete Konformität eines Produkts hängt jedoch weiterhin vom Gesamtsystem und vom jeweiligen Hersteller ab.

Externer Transceiver ergänzt den Mikrocontroller

Die MCX-A5-Familie basiert auf einem Arm-Cortex-M33-Kern mit bis zu 240 MHz. Je nach Variante stehen bis zu 2 MByte Flash und 640 KByte RAM zur Verfügung. Hinzu kommen Schnittstellen wie UART, I²C, I3C, SPI, CAN FD, High-Speed-USB und FlexIO. Für eine vollständige 10BASE-T1S-Lösung ist zusätzlich der PMD-Transceiver TJF1410 vorgesehen. Er dient als analoges Frontend für den digitalen PHY im Mikrocontroller und ist für IEEE-802.3cg-konforme Netzwerke ausgelegt. Entwickler erhalten damit eine Kombination aus Recheneinheit, Ethernet-Anbindung und Sicherheitsfunktionen, benötigen für die physikalische Netzwerkanbindung aber weiterhin den externen Transceiver. Die MCX-A5-Produktfamilie ist derzeit als Muster erhältlich. Ergänzend bietet NXP Entwicklungsboards und das MCUXpresso-Ökosystem an. (sb)

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