Renesas Electronics Mehrere Protokolle? Gar kein Problem!

Blockschaltbild des RZ/N1D (Bild: Renesas Electronics)

Renesas Electronics hat seine RZ/N-Serie nicht nur mit viel Rechenleistung ausgestattet, sondern auch mit seiner etablierten R-IN-Engine, die zahlreiche Industrie-Protokolle unterstützt.

Und das ganz einfach: Der Entwickler muss seine Applikations-Software dank Abstraktionsschicht zwischen Kommunikation und Applikation nur unwesentlich anpassen.

Mit den Prozessoren aus der RZ/N-Serie adressiert Renesas Anwendungen im industriellen Umfeld wie Netzwerk-Switches, Gateways, speicherprogrammierbare Steuerungen (SPS), Bediener-Terminals (HMI) und Remote-I/O-Geräte. Die RZ/N-Serie umfasst drei Bausteine, die sich in der Anzahl der integrierten Prozessorkerne, Speichergröße und Taktgeschwindigkeit unterscheiden:

• die RZ/N1D-Gruppe in zwei Gehäuse-Varianten für High-End-Anwendungen wie Netzwerk-Switches, PLCs und Gateways;

• die RZ/N1S-Gruppe in zwei Package-Varianten für Midrange-Anwendungen wie Nano-PLCs und Bediener-Terminals;

• den RZ/N1L für Low-End-Anwendungen wie Kommunikationsblöcke in Industriegeräten oder Slave-Bausteine wie Remote-I/O-Einheiten.

Der leistungsstärkste Baustein, der RZ/N1D, ist auf der Applikationsseite mit zwei 500-MHz-Cortex-A7-Prozessorkernen ausgestattet. An Speicher stehen intern 2 MByte RAM mit ECC zur Verfügung. Zur Anbindung externer Speicher verfügt der Baustein über einen DDR2/DDR3- und einen NAND-Flash-Controller, ein Quad-I/O-SPI und ein SDIO-eMMC-Interface. Darüber hinaus ist für HMI-Anwendungen auch ein HD-fähiger LCD-Controller integriert sowie diverse Schnittstellen wie CAN, UART, USB 2.0, I²C sowie General-Purpose-Timer, Watchdog, RTC (Real Time Clock) und ein A/D-Wandler mit 12 Bit Auflösung.

Die industrielle Echtzeit-Kommunikation übernimmt die R-IN-Engine, die bereits im R-IN32M3 und im RZ/T1 integriert ist. Dieses Prozessorsubsystem ist mit einem 125-MHz-Cortex-M3-Prozessorkern, eigenem Speicher sowie einem Ethernet-Frame- und RTOS-Beschleuniger ausgestattet. Dank der Hardware-Beschleuniger wird die CPU entlastet, was die Anzahl der notwendigen Software-Zyklen für die Verarbeitung der Netzwerkpakete deutlich verringert. Damit ist eine Echtzeit-Kommunikation mit kurzen Zykluszeiten und geringem Jitter bei gleichzeitig niedriger Leistungsaufnahme möglich, was zu kleinen und nahezu konstanten Verzögerungszeiten führt.

Damit unterstützt die R-IN-Engine eine isochrone Kommunikation mit identischer Zeitbasis innerhalb eines verteilten Systems. Dazu kommen noch ein 5-Port-Ethernet-Switch, ein EtherCAT Slave-Controller und ein Sercos III Controller. Darüber hinaus ist der Switch auch mit einer HRS/PRP-fähigen (HSR/PRP – High-availability Seamless Redundancy / Parallel Redundancy Protocol) Hardware für redundante Netzwerke ausgestattet. Um Systeme sicher machen zu können, stellt Renesas diverse optionale Security-Funktionen zur Verfügung. Dazu gehören eine Verschlüsselungs-Engine, eine Hash-Engine und ein Public-Key-Beschleuniger, aber auch Secure Boot.

Wie bereits beschrieben, können Entwickler problemlos von einem Industrieprotokoll zum anderen wechseln, ohne die Anwendungs-Software in großen Teilen ändern oder anpassen zu müssen. Möglich wird dies durch die Kommunikations-API, die als Abstraktionsschicht zwischen Kommunikation und Applikation fungiert. Dank dieser API kann ein hierfür entwickeltes Programm leicht an ein anderes Industrieprotokoll angepasst werden, das ebenfalls unter dieser API implementiert worden ist. Damit wird die Entwicklung deutlich vereinfacht, bei gleichzeitiger Kosten- und Zeitersparnis.

Software/Entwicklungsunterstützung

Für die heterogene Multicore-Architektur sind unterschiedliche Betriebssysteme vorgesehen. Für die Applikationsseite sind es Linux beziehungsweise VxWorks oder ThreadX, für die Kommunikations-Engine das Echtzeit-Betriebssystem µITRON. Es stehen die Protokoll-Stacks von PORT, TMG Technologie und Engineering, CANNON-Automata und Net Module zur Verfügung. Für einen einfachen Einstieg in den RZ/N gibt es ein Solution-Kit mit einem Evaluation-Board, auf dem ein RZ/N1D-Prozessor, zwei Ethernet Ports, NOR-Flash und DDR3-Speicher, ein USB-Interface (Device/Host) und ein USB-Debug/Power-Port zu finden sind. Hinzu kommt die dazugehörige Software, einschließlich Evaluation-Stacks, Demo-Applikationen und Treibern. Optional steht auch ein Erweiterungsboard zur Verfügung, mit dem auf alle Schnittstellen des RZ/N1 Solution Kits zugegriffen werden kann.

RZ/N1D-Muster und das zugehörige Solution Kit sind bereits erhältlich. Muster und Solution Kits für die RZ/N1S- und RZ/N1L-Gruppen sollen im ersten Halbjahr 2018 verfügbar sein.