Funktionale Sicherheit
FPGAs schützen Industrie-4.0-Anwendungen
Fortsetzung des Artikels von Teil 2
Mit FPGAs aus der Obsoleszenz-Falle
Produkte, die hohe Sicherheitsanforderungen nach der SIL-Norm erfüllen, sind auch wegen des hohen Entwicklungsaufwands häufig für eine lange Marktzeit ausgelegt. Werden aber Bauteile aus dem Handel genommen, haben die Hersteller ein Problem. Diesem durch Vorratskauf aus dem Weg zu gehen, ist keine Lösung, denn es ist kaum vorherzusehen, welche Teile abgekündigt werden. Ein Neudesign solcher Systeme wiederum ist sehr kostspielig. Denn schon ein Austausch zentraler Bauteile geht meist nicht ohne eine vollständige Rezertifizierung gemäß der Normen der funktionalen Sicherheit. Viele Hersteller verzichten auf diese Prozedur und nehmen ihr SIL-Produkt lieber ganz vom Markt.
FPGAs hingegen haben einen sehr langen Produktlebenszyklus. Manche Typen sind bis zu zwölf Jahre lieferbar. Treiberbaugruppen für Schnittstellen (CAN, Ethernet etc.) können mitunter auf den Schaltkreisen implementiert werden. Damit lässt sich die Anzahl integrierter Bausteine im Design weiter reduzieren. Das sogenannte Obsoleszenz-Risiko – die Gefahr der Veralterung – sinkt damit weiter, weil die Anzahl der verwendeten Bausteine gesunken ist.
Der technische Fortschritt erzwingt mitunter die Anpassung von Sicherheitsprodukten. Geänderte Software-basierte Produkte müssen hierbei jedes Mal neu zertifiziert werden. FPGAs sind flexibler, denn sie sind durch Speicherzellen konfiguriert. Änderungen sind hier noch im Feld nachträglich möglich. Auf FPGAs basierende Systeme lassen sich so leicht an neue Anforderungen anpassen oder um weitere Funktionen erweitern. Weil große Teile der bestehenden Hardwareblöcke unverändert bleiben, ist eine Rezertifizierung höchstens für einzelne Komponenten nötig und damit schneller und kostengünstiger.
Zudem lassen sich FPGAs bereits in der Entwurfsphase entsprechend ihres Anwendungsbereichs skalieren. Die Schaltkreise gibt es in verschiedenen Leistungsklassen. Die Anbieter der SIL-Produkte haben eine breite Palette zur Auswahl: Sie können aussuchen, welche FPGAs ihren Wünschen an Preis, Leistung oder nachträglicher Erweiterbarkeit am ehesten entsprechen. In Zeiten der Industrie 4.0 dürfte die Hardware-basierte Sicherheit bald nicht mehr wegzudenken sein.
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Eine FPGA-Entwicklung für die Hardware-Sicherheitsentwicklung ist oft zeitaufwendig und setzt viel Know-how voraus. Eine Möglichkeit, diesen Prozess zu beschleunigen und den Einstieg in die Entwicklung von Lösungen für funktionale Sicherheit zu erleichtern, besteht darin, ein fertiges Referenzdesign als Grundlage für die eigene Entwicklung zu nutzen. Ein Beispiel für ein solches Referenzdesign ist das »SafeFlex Functional Safety Development Kit« von NewTec. Kern dieses Pakets ist ein Evaluationsboard, das die Anforderung der Sicherheitsnormen SIL 3 gemäß IEC 61508 und PL e Kategorie 4 der Maschinenrichtlinie IEC 13849 erfüllt. Es ist mit IP-Kernen und Entwicklungswerkzeugen ausgestattet und soll dem Nutzer helfen, auf FPGAs basierende Sicherheitsmodule für seine projektspezifischen Anforderungen zu entwickeln. Ergänzt wird das SafeFlex-Paket durch Dokumentationen und eine Schritt-für-Schritt-Anleitung zum Umsetzen sicherheitskritischer Projekte. Weil das SafeFlex-Board bereits TÜV-geprüft ist, reduziert es Zertifizierungskosten und Time-to-Market. Die Entwicklungsplattform SafeFlex basiert auf »Cyclone V«-FPGAs von Intel (Altera). In der neuen Version mit integrierter Lockstep-Architektur unterstützt SafeFlex die Ethernet-Kommunikation »PowerLink« mit dem Safety-Protokoll »openSAFETY«. Mehr auf: www.safeflex-fsdk.de |
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