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Für die Automatisierungstechnik

Einfache Multi-Protokoll-Kommunikation

09. März 2017, 10:09 Uhr   |  Von Ognen Basarovski und Andreas Schwope

Einfache Multi-Protokoll-Kommunikation
© Renesas Electronics Europe

Prozessor mit integrierten Echtzeit-Ethernet-Switch.

In den neuen Mikrocontrollern der RZ/N1-Familie hat Renesas einen Kommunikationsblock mit einem Echtzeit-Ethernet-Switch integriert. Mit einer speziellen Software-Schnittstelle lassen sich darauf zahlreiche in der Industrie verwendete Kommunikationsprotokolle einfach implementieren.

Wenn in der Küche eine Hand nicht weiß, was die andere macht, sind die Herdplatten mit Beilagen belegt, obwohl das Fleisch dran wäre. Das Rezept ist top, die Zutaten sind vielleicht erlesen, doch vermutlich kommt davon zu viel oder alles zu langsam in den Topf. Klingt nicht nach Automatisierungstechnik? Genau mit Phänomenen dieser Art beschäftigen sich Entwickler, um ihre Automatisierungsprodukte auf Industrie-4.0-Niveau zu heben.

Die Weiterentwicklung der industriellen Automatisierung zu Industrie 4.0 baut auf cyber-physischen Systemen auf, die einen über Sensornetzwerke gesteuerten Betrieb mit Informationstechnik wie etwa der Kommunikation per Internetprotokoll verknüpfen. Geräte mit viel Rechenleistung und großer Speicherkapazität helfen dabei, aber die Hardware ist es nicht alleine. Die Daten müssen schnell und gleichmäßig fließen. Da geht es um Software, um Routinen, die sich vielseitig und bei unterschiedlichen Anwendungen einsetzen lassen.

Vertreter der RZ/N1-Mikrocontrollerfamilien ist der RZ/N1D mit zwei Prozessorkernen
© Renesas Electronics Europe

Bild 1. Der leistungsfähigste Vertreter der RZ/N1-Mikrocontrollerfamilien ist der RZ/N1D mit zwei Prozessorkernen für die Applikations-Software und einem unabhängig arbeitenden Kommunikationsblock, mit eigener CPU und Ethernet Switch (QSPI: Quad Serial Peripheral Interface; SDIO: Secure Digital Input/Output)

Die neuen Mikrocontroller der RZ/N1-Familie von Renesas Electronics wurden gezielt mit Blick auf die Multiprotokoll-Fähigkeit und eine optimale Balance zwischen Rechenleistung und niedriger Leistungsaufnahme entwickelt. Ihre Hardware baut auf Vorgänger-Bausteinen auf, sodass eine einfache Migration zwischen diesen erfolgen kann. Über ihre Schnittstellen können die Kommunikationsprotokolle für unterschiedliche Netzwerke ohne große Änderung in der Anwendungs-Software ausgetauscht werden.

Zwei in eins: Effizienz und geringere Komplexität

In den neuen Mikrocontrollern der RZ/N1-Familie wurde der Kommunikationsblock zusammen mit dem Prozessor für die Applikation auf einem Chip integriert (Bild 1).Für die interne Kommunikation wurde eine Software-API (Application Programming Interface) entwickelt.

 Kommunikations-API können Entwickler ihre Applikations-Software unabhängig vom Kommunikationsprotokoll
© Renesas Electronics Europe

Bild 2. Dank der Kommunikations-API können Entwickler ihre Applikations-Software unabhängig vom Kommunikationsprotokoll schreiben. Beim Kompilieren werden die benötigten Protokoll-Stacks eingebunden (DPRAM: Dual Port Random Access Memory).

Beide Blöcke arbeiten so für einen reibungslosen Datenaustausch Hand in Hand zusammen (Bild 2). Damit entfallen typische Probleme, wie sie Entwickler von speicherprogrammierbaren Steuerungen oder industriellen Ethernet Switches kennen: Sie mussten mehrere Bausteine auf einer Leiterplatte platzieren – was nicht nur mehr Platz erfordert, sondern auch mehr Verlustleistung generiert. Sind die Funktionsblöcke jedoch in einem Chip integriert, steigt die Zuverlässigkeit und das Fehlerrisiko sinkt über den Produktlebenszyklus hinweg, da nur eine Komponente vorhanden ist. Mit diesem Integrationsschritt wird außerdem die Komplexität bei der Handhabung zahlreicher, unterschiedlicher Schnittstellen in einer industriellen Umgebung reduziert.

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2. Mikrocontroller mit Echtzeit-Kommunikation und hoher Rechenleistung

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