Renesas Electronics: RZ-N1 Vom Multi-Chip zum Single-Chip

Time Sensitive Networking (TSN)

Einheitliche Middleware

Wie oben bereits erwähnt, spielt die Hardware in manchen Fällen eine geringere Rolle als die Software. Das geht laut Basarovski sogar so weit, dass es mittlerweile Kunden gibt, die erst die Software aussuchen und danach die dazu passende Hardware. Deshalb hat Renesas alle Protokolle von den verschiedenen Herstellern auf die Abstraktionsebene „GOAL“ (GOAL: Generic Open Abstraction Layer) portiert. Basarovski: »Die verschiedenen Protokolle kommen jetzt mit der gleichen Software-Umgebung. Mit unserer SoC-Familie steht ein einheitliches Ökosystem zur Verfügung.« Es gebe zwar auch andere Hersteller, die solch einen Ansatz nutzen, aber in dem Fall ist die Software von externen Anbietern nur begrenzt unterstützt. Renesas hingegen setze auf ein offenes System.

GOAL bringt mehrere Vorteile mit sich: Der Abstraktions-Layer ermöglicht einen einfachen Wechsel der Protokolle und verringert bei einem Wechsel den Einfluss auf die Anwendung. Basarovski: »Bei anderen Herstellern muss der Entwickler die Applikation ändern; bei den RZ/N-SoCs ist der Aufwand überschaubar.« Ein weiterer Vorteil des Abstraction-Layers besteht darin, dass die Entwickler zwischen den R-IN-Engine-SoCs einfach migrieren können. »Geht es beispielsweise um eine Remote-I/O-Anwendung mit zehn Schnittstellen, kann der Entwickler auf den R-IN32M3 zurückgreifen; benötigt er mehr Schnittstellen, kann er zu einem RZ-N-SoC wechseln. Oder will er zukünftig auch das Sercos-Protokoll unterstützen, das der R-IN32M3 nicht unterstützt, kann er auf ein SoC aus der RZ-N-Familie wechseln, weil hier Sercos unterstützt wird«, so Basarovski weiter. GOAL übernimmt drei Funktionen: Das Configuration-Management (damit kann der Entwickler den Switch konfigurieren und verschiedene Konfigurationen im Flash speichern), das Memory-Management und Core-2-Core-Kommunikation (die Kommunikation zwischen dem Applikations- und Kommunikationsblock kann konfiguriert werden); entsprechende APIs für beide Seiten werden gleich mitgeliefert.

Software-Konzept

Auf der Applikationsseite läuft auf dem RZ/N1 ein Cortex-A7 mit 500 MHz, sodass auch genug Performance für Mikro/Nano-SPS-Applikationen verfügbar ist. Momentan stehen für die Entwickler die Betriebssysteme Linux und ThreadX bereit; laut Basarovski soll VxWorks Anfang nächsten Jahres folgen - alles mit gut dokumentierten APIs. Für die R-IN-Engine steht das kostenlose ultron-RTOS zur Verfügung. Basarovski: »Der Entwickler muss sich nicht um das Betriebssystem des Kommunikationsblocks kümmern und auch nicht um die Core-2-Core-Kommunikation der zwei Blöcke, weil das über GOAL abgedeckt ist. Wenn der Entwickler auf der A7-Seite programmiert, ist diese Kommunikation vollkommen transparent.«

Dazu kommt noch Codesys, ein IEC-61131-3-Entwicklungssystem, das zwei wichtige Funktionen für die industrielle Automation bietet: Master-Stacks für die verschiedenen Protokolle sind inbegriffen, ein Target-Visualisation-Tool für eine graphische Darstellung. Basarovski: »Dank integriertem LCD-Controller kann mit einem RZ/N1-SoC eine SPS mit Operator-Terminal und graphischem Display entwickelt werden.«

Entwicklungsunterstützung

Renesas stellt für die Entwicklung zwei Solution-Kits zur Verfügung, wovon eines auf dem RZ/N1D basiert und eines auf der Single-Core-Variante (RZ/N1S). Dazu kommt noch ein Erweiterungs-Board, mit dem der Chip vollkommen evaluiert und alle Funktionen getestet werden können. Für die R-IN-Engine stehen als Entwicklungsumgebung IAR-Tools zur Verfügung, für die Applikationsseite GNU-Compiler und -Debugger sowie J-Link von Segger. Geht es um die unterschiedlichen Software-Stacks kann der Entwickler auf diverse Lieferanten zurückgreifen. Dazu zählt Port, der nicht nur GOAL entwickelt hat, sondern auch diverse Stacks liefert; aber auch ETG, TMG, NetModule und Cannon Automata stehen auf der Liste der Anbieter von Software-Stacks.

Zukunftssicher

Ein derzeit heiß diskutiertes Thema in der industriellen Kommunikation ist TSN (Time Sensitive Networking). Auch wenn noch nicht alle Details von TSN festliegen – TSN ist eine Sammlung von Standards –, hat Renesas bereits die festliegenden Punkte berücksichtigt. So hat das Unternehmen einen TSN-Demonstrator auf FPGA-Basis entwickelt mit dem Ziel, die Technologie in die nächste Version der R-IN Engine zu integrieren. Basarovski abschließend: »Auf der diesjährigen SPS IPC Drives werden wir einen RZ/N1-basierten Endknoten mit OPC-UA Pub/Sub mit TSN zeigen. Und auch wenn sich die für TSN notwendige Hardwareunterstützung noch im Aufbau befindet, lassen sich mit einem RZ/N1 Endknoten-Anwendungen bereits heute realisieren.«