Echtzeit-MCUs von Texas Instruments
Kosten- und energieeffizient
Fortsetzung des Artikels von Teil 1
Für kundenspezifische Logik
Die F28003x-Serie unterstützt die Kommunikation per CAN FD sowie mehrere schnelle serielle Schnittstellen. Ein integrierter Flash-Speicher von 384 kB bietet reichlich Reserven für die Realisierung von vernetzten IoT-Funktionen.
On-Chip-Sicherheitsfunktionen wie Secure Boot, eine AES-Verschlüsselungs-Engine, JTAG-Sperre und ein in die Hardware integrierter Selbsttest (HWBIST) sorgen dafür, dass vernetzte Systemeingriffe wie Live-Firmware-Aktualisierungen und Firmware-Aktualisierungen per Funk (FOTA) sicher vor Manipulationen sind. Die MCUs erfüllen die ASIL-B-Anforderungen und verfügen über integrierte funktionale Sicherheit, was sowohl die Entwicklungszeit für Anwendungen als auch die für die Markteinführung erforderliche Zertifizierung beschleunigt. Bild 2 gibt einen Überblick über die wesentlichen Funktionen und Schnittstellen.
Das TMDSCNCD280039C ist ein geeignetes Evaluierungsboard für den F280039C und eignet sich ideal für Tests und für das Prototyping. Für den Betrieb dieser controlCard, die mit einer HSEC180-Steckleiste (180-poliger High-Speed-Randsteckverbinder) ausgestattet ist, wird eine 180-polige Dockingstation TMDSHSECDOCK benötigt.
Konfigurierbare Logikblöcke (CLBs) für kundenspezifische Logik
Konfigurierbare Logikblöcke (CLBs) ermöglichen es Programmierern, kundenspezifische Logik in das C2000-Echtzeitsteuerungssystem zu integrieren und dabei auf externe Logik, FPGAs, CPLDs oder ASICs zu verzichten. Durch Hinzufügen eines CLB können bestehende C2000-Peripheriemodule wie ePWM (enhanced Pulse-Width-Modulator), eCAP (enhanced Capture) oder eQEP (enhanced Quadrature-Encoder-Pulse) um kundenspezifische Signale und Funktionen erweitert werden.
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Die Konfiguration der Logikblöcke erfolgt über C2000 SysConfig, das in C2000Ware verfügbar ist. Dazu ist das Tool »SysConfig« erforderlich, das Teil der integrierten Entwicklungsumgebung (IDE) »Code Composer Studio« (CCS) von TI ist oder als eigenständiges Tool für die Verwendung mit anderen IDEs zur Verfügung steht (Bild 3).
Das Software- und Dokumentationspaket C2000Ware minimiert die Entwicklungszeit durch die Bereitstellung umfangreicher gerätespezifischer Treiber, Bibliotheken und Anwendungsbeispiele sowie durch die Erweiterung von Peripheriegeräten mit CLBs.
Die Basis für die Code-Entwicklung und das Debugging von C2000-Embedded-Anwendungen ist die »CCS IDE«. Die Tool-Sammlung umfasst einen optimierenden C/C++-Compiler, einen Quellcode-Editor, eine Umgebung zur Projekterstellung, einen Debugger, einen Profiler und viele andere Funktionen. Die IDE bietet eine einzige Benutzeroberfläche, die den Benutzer durch jeden Schritt der Anwendungsentwicklung führt. Vertraute Tools und Schnittstellen, die auf dem Eclipse-Software-Framework basieren, tragen dazu bei, dass die Benutzer schnell einsteigen können.
Taktung und Testen
Anstatt mit CLBs in die komplexe Taktperipherie einzugreifen, können Programmierer den »Embedded Pattern Generator« (EPG) für einfache Testszenarien während der Programmierung oder Validierung verwenden. Das eigenständige EPG-Modul ermöglicht die Erzeugung von benutzerdefinierten Pulsmustern (Sig Gen) und Taktsignalen (Clock Gen), kann aber auch einen eingehenden seriellen Datenstrom erfassen und umformen oder mit erzeugten Taktsignalen synchronisieren.
Für die Fehlersuche und die Überwachung und Erstellung von Profilen für kritische CPU-Busse und Geräteereignisse in einem C2000-Echtzeitsystem wird »Embedded Real-Time Analysis & Diagnostics« (ERAD) verwendet, das nicht in das System eingreift. Das Hardware-Modul bietet erweiterte Buskomparatoren und Systemereigniszähler, die innerhalb der MCU-Busarchitektur angeordnet sind (Bild 4).
ERAD kann unabhängig voneinander Interrupts und Flags auf Systemebene erzeugen und diese an andere Peripheriegeräte wie den CLB weiterleiten.
Schnellere Implementierung von FOC-Motorsteuerungen
Die Implementierung der variablen Drehmomentregelung eines IPM-SynRM mit einer Vektorregelung ist komplex. In Abhängigkeit von der Geschwindigkeit und dem Lastmoment muss der Algorithmus den Versatzwinkel zwischen zwei rotierenden Koordinatensystemen steuern. So kann der Rotor dem rotierenden Statormagnetfeld durch eine phasenverschobene Steuerung um bis zu ±90 Grad elektrisch vor- oder nachlaufen, was einen variablen Betrieb zwischen RM und PMSM ermöglicht. Die komplexe Steuerung der magnetischen Flussdichte und des Rotordrehmoments kann mit dem »Motor Control Software Development Kit« von TI schnell implementiert werden.
Die Software, die auf langer Erfahrung beruht, umfasst Firmware, die auf Evaluierungsmodulen (EVMs) für die C2000-Motorsteuerung und TI-Designs (TIDs) läuft. Zwei wichtige Funktionsbibliotheken für die Vektorsteuerung sind »InstaSpin-FOC« (FOC-Motorsteuerungen ohne Geber) und »DesignDrive« (FOC-Motorsteuerungen mit Geber).
Die wichtigsten Merkmale von InstaSpin-FOC:
- Sensorlose Drehmoment- oder Geschwindigkeits-FOC
- Fluss-, Winkel-, Geschwindigkeits- und Drehmoment-Softwaremonitor (FAST) für Rotorschätzungen
- Motorparameter-Identifikation
- Automatische Einstellung des Monitor- und des Drehmomentregelkreises
- Erstklassige Leistung für langsame und hochdynamische Anwendungen
Ein besonderes Merkmal des FOC-Regelkreises ist der adaptive FAST-Algorithmus. Dieser ermittelt automatisch Flussdichte, Stromwinkel, Drehzahl und Drehmoment aus den Phasenspannungen und -strömen (Bild 5). Dank der automatischen Erkennung der Motorparameter können Entwickler einen neuen Motor schnell in Betrieb nehmen und sich bei der Feinabstimmung des Regelkreises auf das automatische System verlassen.
Die wichtigsten Merkmale von DesignDrive:
- Erfassung von Geschwindigkeit oder Position per FOC
- Positionsrückmeldung: Resolver, inkrementale und absolute Drehgeber
- Techniken zur Strommessung: Low-Side-Shunt, In-Line-Stromabtastung und Sigma-Delta-Filter-Demodulation
- Schnelle Stromschleife (FCL): optimierte Software-Bibliothek, die die Hardwareressourcen voll ausnutzt, um die Abtastung, Verarbeitung und Ansteuerung des Systems zu beschleunigen, um die höchste Regelbandbreite für eine bestimmte PWM-Frequenz in Servoregelungsanwendungen zu erreichen
- Kosten- und energieeffizient
- Für kundenspezifische Logik
- Beispiele für Echtzeit-Verbindungen
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