Mikrocontroller Schnittstellenwunder für industrielle Kommunikation

Fujitsu Semiconductor bietet mit seiner FM Family eines der größten Line-Ups ARM Cortex-M-basierter Mikrocontroller an. In der High Performance Gruppe der FM3 Family sind das etwa die Derivate der Baureihen MB9BD10S/T.

Sie sind die einzigen Cortex-M3-basierten Mikrocontroller, die zwei Ethernet-Schnittstellen bieten. Damit sind sie besonders geeignet für Einsatzfelder, in denen komplexe Kommunikation zwischen verschieden Einheiten erforderlich ist, wie beispielsweise in der Fabrik- und Heimautomation, bei der intelligenten Steuerung von Licht- und Alarmsystemen und vielen weiteren Anwendungen.

Der Vorteil einer MCU mit zwei Ethernet-Schnittstellen liegt in einer Reihe von neuen Anwendungsmöglichkeiten. So lassen sich durch den Aufbau einer Ringtopologie ohne zusätzliche Switches Verkabelungskosten gegenüber einer Sterntopologie einsparen. Eine andere Möglichkeit ist die Gateway-Funktion zwischen zwei Netzwerken, um zum Beispiel ein Smart Home mit der Außenwelt zu verbinden oder Embedded Systeme an ein Fernwartungssystem anzuschließen. In kritischen Anwendungsszenarien kann außerdem sehr einfach eine Redundanz erreicht werden oder ein Sub-Netzwerk hinter einer Firewall geschützt werden.

Die Rechenkerne der Derivate der Baureihen MB9BD10S/T sind mit bis zu 144MHz getaktet und werden von 64KBbis zu 128KB RAM flankiert. Ergänzt wird dies durch zuverlässige NOR-Typ-basierte Flash-Speicher mit bis zu 1024KB, der 100.000 Schreib- und Löschzyklen sowie eine sichere Speicherung der Daten für bis zu 20 Jahre bietet. Die MCUs werden in LQFP144, LQFP176 sowie PFBGA192 Gehäusen angeboten.

Durch den weiten Versorgungsspannungsbereich von 2,7-5,5V können die Controller sowohl in 3V, als auch 5V Systemen eingesetzt werden. Die 5V Versorgungsspannung ist aufgrund der höheren Störabstände besonders bei industriellem Equipment sowie Kontrollgeräten und Motorsteuerungen beliebt, da diese oft in stark gestörten Umfeldern installiert sind. Außerdem lassen sich hierdurch Kosten bei der Stromversorgung einsparen.

Neben Ethernet bieten die Derivate der Baureihen MB9BD10S/T jeweils zwei Kanäle CAN und USB 2.0 (Host+Device) sowie acht multifunktionale serielle Schnittstellen (I2C, UART, SPI). Das macht die Produkte ideal für vernetzte Anwendungen wie industrielles Systemequipment, Inverter Controller, Servomotor Controller, BEMS/HEMS und anderes Eco-Management Equipment sowie in der Büroautomation. Mit dem integrierten IEEE1588 Support können die Produkte für eine zeitgerecht synchronisierte Kommunikation zwischen Fabrikautomatisierungsanwendungen genutzt werden.

Die Derivate sind außerdem mit einer Vielzahl von Peripheriefunktionen ausgestattet. So können bis zu drei Inverter oder ein Multi-Level-Inverter angesteuert werden. Mit drei unabhängigen ADC Units und bis zu 32 Kanälen wird die Präzision der Strommessung der Motorphasen verbessert und so eine besonders granulare Kontrolle ermöglicht. Multiturn-fähige Quadratur-Decoder können Encoder Signale in Hardware verarbeiten und so die Berechnung der Rotor-Position für die CPU übernehmen.

Da sich dieser erweiterte Funktionsumfang auf die Komplexität und den Programmieraufwand im Vergleich zu seriellen Schnittstellen auswirkt, sind die Derivate der Baureihen MB9BD10S/T in die FMconnect Ethernet Lösungsfamilie eingebettet. Diese Lösungsfamilie nutzt bewährte Open-Source-Komponenten wie die lwIP TCP/IP-Stack und interne Entwicklungen wie der L3 FM Low Level Library. Auch Entwicklungsumgebungen von Industriepartnern wie Altium, atollic, IAR Systems, Keil, Lauterbach, Mentor oder Sevenstax werden unterstützt. Starter Kits in Kombination mit technischem Kundendienst und Einführungs-Seminaren erleichtern Entwicklern den Einstieg und runden das Paket ab.

Neben einem weiteren Ausbau der FM3 Familie hat Fujitsu bereits die ersten FM4 Derivate mit ARM Cortex-M4F Kern für das Frühjahr 2013 angekündigt; diese werden besonders auf High-End Inverter Control sowie industrielle Netzwerke zielen und eine Erweiterung der FM3 Familie hin zu noch höherer Leistungsfähigkeit darstellen.