Ethercat/Standard-Ethernet Echtzeit-Protokolle flexibel umsetzen

Auf der Basis des Industrial-Communication-Subsystems können im Prinzip beliebige Ethernet-basierte Protokolle unterstützt werden. Am Beispiel von Ethercat und Standard-Ethernet werden die Grundprinzipien und Möglichkeiten einer solchen Realisierung dargestellt.

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In der Automatisierungstechnik befindet sich heutzutage eine Vielzahl von Kommunikationsprotokollen in der Anwendung. Das bedeutet für Geräteentwickler, dass sie oft mehrere Hardwareversionen parallel entwickeln müssen, um die verschiedenen Anwendungsbereiche und Märkte mit ihren Produkten bedienen zu können.

Texas Instruments (TI) verfolgt mit der Bausteinfamilie Sitara AM335x (Bild 1) einen mehr Software-orientierten Entwicklungsansatz [1]. Auf der Basis des Industrial-Communication-Subsystems können im Prinzip beliebige Ethernet-basierte Protokolle unterstützt werden. Am Beispiel von Ethercat und Standard-Ethernet (Bild 2) werden die Grundprinzipien und Möglichkeiten einer solchen Realisierung dargestellt [2].

Die Mikroprozessorreihe der Bausteinfamilie AM335x basiert auf den Rechnerkernen Cortex-A8 von ARM. Diese 32-bit-Rechnerarchitektur wird in die aktuelle Siliziumfertigungstechnik implementiert und bietet exzellente Rechenleistung bei niedrigen Verlustleistungswerten.

Sechs verschiedene Ausbaustufen in zwei Gehäusen sind verfügbar

Die Bausteine werden zurzeit in sechs verschiedenen Ausbaustufen mit jeweils zwei verschieden Gehäusen und einer Vielzahl von Frequenzoptionen angeboten. Aufgrund der großen Anzahl von Peripherieelementen auf dem Chip ist die Anwendung in vielen industriellen Lösungen denkbar. Eine herausragende Eigenschaft ist jedoch die Möglichkeit, verschiedene industrielle Kommunikationsprotokolle zu nutzen. Diese können sowohl auf seriellen Interfaces (CAN, RS-485, UART) wie auf Ethernet (ein bis drei Ports) basieren. Alle derzeitigen Realtime-Protokolle wie Ethercat, Profinet, Powerlink, SercosS III, Ethernet/IP sind möglich. In existierenden Anwendungen werden dafür eigene Module oder Asics/FPGAs zusätzlich zum Mikroprozessor benötigt. Die AM335x-Familie ermöglicht jedoch eine Integration der Realtime-Protokolle und des Applikationsprozessors in einem Bauelement. Das spart Verlustleistung, Platz und Kosten ein. Gleichzeitig kann die Auswahl des jeweiligen Protokolls durch Softwareanpassung flexibel bestimmt werden.

Programmierbarkeit erweitert Anwendungsmöglichkeiten

Innerhalb der TI-Produktlinien gehören die Bausteine Sitara AM335x zu den Single-Core-Prozessoren. Dies ist zur Unterscheidung von komplexeren Bauelementen mit mehreren ARM- oder digitalen Signalprozessorkernen (DSP Cores) nötig. In Wirklichkeit verfügen sie über zwei weitere Rechenkerne (Programmable Realtime Units oder PRU), mit denen über Software neue Schnittstellenfunktionen implementiert werden können, und einen Kern (Cortex-M3 Core) für die Power-Management-Funktion.

Es handelt sich also um ein heterogenes System on Chip (SoC) mit mehreren Kernen. Durch die zusätzliche Programmierbarkeit werden die Anwendungsmöglichkeiten wesentlich erweitert, ohne neue Baustein-Entwicklungskosten für neue Varianten zu generieren. Gleichzeitig sind die PRU und M3 Cores nicht signifikant für die Chipkosten oder den Stromverbrauch. Die PRU haben eine Realtime-fähige Architektur und können damit den Hauptprozessor effektiv entlasten, auch wenn sie deutlich niedriger getaktet werden.

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