So kann mit programmierbarem SoC bei Ethercat gespart werden

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Ethercat-Slave für viele Funktionen konfigurieren

• Der Slave kann als Messwertkonzentrator genutzt werden und unterstützt dann gleichzeitig mehrere Spannungs- und Strommessungen mit unterschiedlichen Raten und Auflösungen.

• Derselbe Slave lässt sich ebenso als ein oder zwei Achssteuerungssysteme konfigurieren – mit digitaler Positionsrückmeldung per EnDat und Delta-Sigma-Strommessung.

Eine softwaredefinierte Architektur senkt die Systemkosten, indem sie eine modulare Lösung mit reduzierten Bauelementekosten bereitstellt. Über die reinen Beschaffungskosten des Equipments hinaus ergeben sich für industrielle Automatisierungsnetzwerke jedoch noch weitere Vorzüge. Beispielsweise kommt es vor, dass ein Sensor, der an einen Slave-Knoten in einem Netzwerk angeschlossen ist, ersetzt werden muss, da eine neue Sensor- oder Schnittstellentechnologie mehr Auflösung oder Performance bietet oder kostengünstiger ist. Anstatt hier die komplette Sensorknoten-Hardware auszuwechseln, reicht ein Austausch des eigentlichen Sensors. Die Software des Slaves kann anschließend aus der Ferne aktualisiert werden, um den neuen Sensor zu unterstützen. Das größte Problem, das in der Vergangenheit im Zusammenhang mit SoC-Lösungen entstand, war das Finden einer Lösung, die so flexibel war, dass sie auf kosteneffektive Weise einem breiten Spektrum von Anforderungen gerecht werden konnte. Hierzu bedarf es einer ganzen Bausteinfamilie mit einheitlicher Hard- und Softwarearchitektur, die sich kosteneffektiv für eine umfangreiche Anforderungspalette skalieren lässt.

Der Prozessor Sitara AM437 als Beispiel

Ein Beispiel für ein programmierbares Produktions-SoC, das mit seiner Ausstattung alle Voraussetzungen für den Einsatz als Ethercat-Slave-Knoten mitbringt, ist der Prozessor Sitara AM437x von Texas Instruments (TI). Der Prozessor enthält fünf Verarbeitungs-Cores, von denen vier permanent zwei Programmable Real-Time Units (PRU) von TI zugeordnet sind, die für die Verarbeitung des Ethercat-Protokolls, die Strommessung und die Positionsrückmeldung zuständig sind. Bei dem Applikationsprozessor handelt es sich um einen ARM Cortex-A9. Der gesamte für Ethercat benötigte Softwarecode, darunter beispielsweise Protokollsoftwaretreiber, Initialisierungs-Routinen und ein kompletter Ethercat-Protokollstack, wurden ebenfalls in den Prozessor integriert. Die PRU-Echtzeitkerne sind für die Verarbeitung der Ethercat-Telegramme, die verteilte Taktung, die Adresszuordnung, die Fehlererkennung und -behandlung und die Anbindung an den Applikationsprozessor zuständig. Mit ihren deterministischen Echtzeitverarbeitungs-Fähigkeiten sind die PRUs in der Lage, die Ethercat-Telegramme schnell und mit gleichen, vorhersagbarer Latenz zu verarbeiten.

Für Nutzer von Ethercat-Netzwerken für industrielle Automatisierungs-Anwendungen können Slave-Knoten auf der Basis programmierbarer Multicore-SoCs viele Vorteile gegenüber der hardwareintensiven Architektur bieten. Die verschiedenen Verarbeitungs-Cores eines SoC können die gesamte Ethercat-Kommunikation und Applikationsverarbeitung in einem Baustein übernehmen, in dem die diskreten ASIC/FPGA-Bausteine und der Mikrocontroller von Architekturen früherer Generationen zusammengefasst sind. Ethercat-Slaves, die per Software implementiert sind, verlängern die Nutzungsdauer industrieller Automatisierungsnetzwerke, machen sie flexibler und steigern ihre Konfigurierbarkeit und Skalierbarkeit.

* *Punya Prakash, Worldwide Product Marketing Director, MSP Microcontroller, David Zaucha, Applications Engineer, beide Texas Instruments

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