14. - 16. März 2017 // Nürnberg, Germany

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Einheitliches Kommunikationsmodul

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für EtherCAT, POWERLINK, PROFINET, CANopen und andere

Ein einheitliches Kommunikationsmodul – geht das?
Viele Hersteller sehen sich einer Flut von Industriellen Protokollen ausgesetzt und stehen vor der Frage welches Protokoll nun unterstützt werden soll und welches nicht. Richtig entscheiden kann der Hersteller kaum - es sei denn er unterstützt alle Protokolle. Nun ist diese Entscheidung nicht ganz einfach. Oft genug gibt es das Produkt schon und dabei wird eine CPU oder eine MCU zur Steuerung verwendet, die genau dafür auch bestens geeignet ist; für mehr aber auch nicht.

  • die CPU/MCU reicht für das Gerät an sich aus, kann aber nicht noch zusätzlich ein komplexes, industrielles Protokoll bedienen
  • in mühsamer Arbeit wurde alles auf genau diese CPU optimiert -- If it works, don’t fix it!
  • das Know-How, alle Protokolle selbst zu implementieren fehlt
  • es muß schnell gehen, Projekte sind in Aussicht
  • möglichst sollen die Geräte erst direkt vor der Auslieferung auf ein Protokoll eingestellt werden
Gibt es ein gemeinsames Vielfaches der "üblichen" Protokolle?

  • PROFINET
  • CANopen over EtherCAT
  • POWERLINK
  • EtherNet/IP (CIP)
  • SERCOS
  • CANopen
  • DeviceNet
  • PROFIBUS
  • MODBUS
Die Layer 1 Busankopplung ist für Industrial Ethernet weitestgehend gleich: RJ45 Buchsen, Ethernet Transformatoren

und die PHYs. Die PHYs sind mit einem FPGA verbunden - und gleich hier beginnt eine ganze Menge Freiheit:

  • Für EtherCAT wir der EtherCAT IP-Core verwendet, alle Vorteile von EtherCAT bleiben erhalten und die Nutzdaten werden in Echtzeit zur Verfügung gestellt
  • Für PROFINET wird ein 3-Port Switch IP-Core mit Cut-Through und EtherType Support implentiert
  • Für POWERLINK gibt es einen extra-low-latency 3-Port HUB IP-Core und eine spezielle MAC
  • Für EtherNet/IP gibt es einen 3-Port Switch IPCore mit IGMP Snooping
  • Für SERCOS wir ein SERCOS IP-Core verwendet
Und das Alles schön flexibel. Nun ist der nächste Schritt schon vorprogrammiert: Eine Soft-CPU im FPGA übernimmt die Abarbeitung des Protokollstacks. Allein hier ist der Hersteller eines busfähigen Gerätes schon sehr weit gekommen - aber immer noch weit vom Ziel: Jetzt muß seine Steuerung noch mit den Werten aus dem Protokollstack versorgt werden. Datenaustausch mit der Anwendung - schnell und ressourcenschonend. Genau an dieser Stelle entscheidet sich, wie tief die Eingriffe des Herstellers in seine bestehende Lösung sein werden und welche Ressourcen an CPU/MCU Power und Entwicklungsaufwand nötig sein werden:

  • Integration der ursprünglichen Steuerungslösung in die CPU des Kommunikationsmodules?
Das beinhaltet Risiken zur Dauer, Zuverlässigkeit und kostet Zeit und Geld

  • Anschluss per serieller Leitung (z.B. SPI)? Hier entsteht ein neuer Flaschenhals und die Ressourcen der CPU/MCU werden belastet
  • Datenaustausch über ein Dual-Ported-RAM als gemeinsamem Speicher für CPU/MCU und Kommunikationsboard
Minimale Eingriffe in die ursprüngliche AnwendungDer DP-RAM ist im FPGA integriert und kann sich nahezu jedem Bus-Timing für die CPU/MCU optimal anpassen. Das Vorhalten des kompletten Object-Dictionaries auf der Anwendungsseite kann mit den passenden Softwarewerkzeugen vermieden werden und so die Performance optimiert werden.

PUDIN - was bringt es?

PUDIN macht aus der normalen DP-RAM Schnittstelle eine schnelle und effektive Lösung. Teile des Object-Dictionaries werden mit Hilfe von PUDIN direkt im DP-RAM gehalten. Änderungen von der Busseite werden direkt an die entsprechende Stelle geschrieben und die Anwendung greift direkt darauf zu. Das kann so weit gehen, dass die entsprechende Variable (z.B. Mototdrehzahl) ein der Stare-Machine der Steuerung direkt aus dem DP-RAM gelesen wird und nicht mehr aus einer lokalen Variablen. Mit Hilfe des passenden Design-Tools wird die Erstellung, Verwaltung und die Verwendung der Variablen auf der Steuerungsseite stark vereinfacht und eine weitgehene Flexibilität geschaffen. Natürlich ist diese Schnittstelle nur insoweit protokollunabhängig, dass sie verschiedenen Variablen optimale Austauschpfade bietet. Adaptionen an die jeweilige Busspezifik sind immer notwendig. Allerdings lässt sich der Aufwand auf der Steuerungsseite mit den passenden Designtools in engen Grenzen halten. Schauen Sie sich einfach unser Beispiel für ein Kommunikationsmodul an und werfen Sie einen Blick auf die PUDIN Spezifikation. Wir stehen Ihnen für das Design oder die Unterstützung bei Ihrem eigenen Modul zur Verfügung.

Entwicklungsdienstleistungen, kundenspezifische Erweiterung

LOGO_Entwicklungsdienstleistungen, kundenspezifische Erweiterung

Linienstruktur / Embedded Industrial Eternet Switch FPGA IP-Core

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Protokollstacks

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PUDIN

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