TriCore-Mikrocontroller für Motorsteuerungen
Eingebettete Echtzeit
Fortsetzung des Artikels von Teil 2
Notstopp für sicheres Abschalten
Notstopp für sicheres Abschalten
Eine weitere Eigenschaft des Mikrocontrollers TriCore, die in Frequenzumrichtern genutzt werden sollte, ist der Notstopp-Modus, der für jeden I/O-Port einzeln implementiert ist. Um das sichere Abschalten der Ausgänge im Notfall zu gewährleisten, sollten deshalb alle PWM-Signalausgänge im Notstopp-Modus betrieben werden. Bei einem aktiven Notstopp-Eingangssignal werden dann alle konfigurierten Ausgänge unmittelbar auf den gewünschten Wert gesetzt: ganz ohne Software und ohne CPU-Takt. Die Leistungsstufe wird sicher abgeschaltet.
Ein AUDO-MAX-basierter Frequenzumrichter kann zusätzliche SPS-Funktionalität integrieren. Diverse Tool-Hersteller liefern dazu schnelle Echtzeit-Betriebssysteme und Programmiersysteme nach IEC61131-3.
Anzumerken ist, dass weitere bürstenlose Gleichstrommotoren bei den TC179x- und TC172x-Derivaten auch durch die von den 16-bit-Mikrocon-trollern bekannte Capture-Compare-Einheit (CCU6) angesteuert werden können.
Die Kombination von RISC-Harvard-Architektur mit schnellem Interrupt-Handling, hardware-unterstütztem Kontextwechsel, Multiply-Accumulate-Funktionalität (MAC) und integrierter FPU zeichnet den TriCore aus. Der Core hat einen superskalaren Aufbau, der es erlaubt, bis zu drei Prozessorbefehle gleichzeitig auszuführen. So kann zum Beispiel ein Algorithmus gleichzeitig eine arithmetische Operation durchführen und ein Datenwort vom Speicher laden. Durch die Verwendung von SIMD-Operationen (Single Instruction Multiple Data) lässt sich die Datenverarbeitung parallelisieren und weiter beschleunigen.
Zur Einsparung von Systemkosten beinhaltet die Low-End-Serie TC172x einen internen Spannungsregler, um mit nur einer Versorgungsspannung auszukommen. Bei der High-End-Serie TC179x hat man einen verbesserten Core mit 6-stufiger Pipeline eingeführt, um die CPU-Frequenz bis auf 300 MHz steigern zu können, jedoch gleichzeitig die Nachteile der höheren Reaktionslatenz bei einer längeren Pipeline durch eine verbesserte Sprungvorhersage ausgeglichen. Weitere Neuerungen des TC1.6-Kerns im TC179x betreffen Verbesserungen bei Divisions- und Multiplikations-Operationen und der Fließkomma-Arithmetik, die nun direkt im Kern integriert wurde und bis zu zwei FLOPS pro CPU-Taktzyklus leistet. Um eine optimale Rechenleistung auch beim Zugriff auf den prinzipiell langsameren Flash-Speicher zu erzielen, implementiert die AUDO-MAX-Familie sowohl einen Programm-Cache als auch einen Daten-Cache.
Die AUDO-MAX-Familie erweitert die Palette der Sicherheitsmerkmale, um Anforderungen der funktionalen Sicherheit zu genügen. Mit dem verwendeten Fehlerkorrekturcode für SRAM und Flash werden 1-bit-Fehler in einem Wort bzw. Doppelwort ohne Zugriffsverzögerung korrigiert und 2-bit-Fehler erkannt, aber nicht korrigiert. Eine flexible CRC-Einheit steht dem Anwendungsentwickler zur Fehlererkennung in Datenpaketen zu Verfügung. Die Speicherschutzeinheit (MPU), die den Zugriff auf Speicherbereiche einschränkt und somit Rückwirkungsfreiheit mehrerer Tasks ermöglicht, wurde beim TC1.6 um einen zeitlichen Schutzmechanismus ergänzt, der Laufzeitproblemen vorzubeugen hilft.
Die QFP-Gehäuse der AUDO-MAX-Familie mit einem Exposed-Pad von 8 × 8 mm und einem thermischen Widerstand von unter 1 K/W unterstützt wirkungsvoll die Wärmeabfuhr. In der abschließenden Tabelle sind die Derivate der AUDO-MAX-Familie zusammengefasst. Durch ihre Rechenleistung und flexible Timereinheit GPTA eignen sie sich sowohl für anspruchsvolle Frequenzumrichter in der Antriebstechnik als auch für Umrichter von Windkraftanlagen und Solarwechselrichter.
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| TC1798/1793/1791 | TC1784/1782 | TC1728/1724 |
||
|---|---|---|---|---|
| Core | TC1.6 | TC1.3.1 | TC1.3.1 | |
| Pipeline-Stufen | 6 | 4 | 4 | |
| Maximale Taktfrequenz Core | 300/270/240 MHz | 180 MHz | 133/80 MHz | |
| Maximale Taktfrequenz PCP | 200/180/200 MHz | 180 MHz | 133/80 MHz | |
| Flash-Speicher | 4 Mbyte | 2,5 Mbyte |
|
|
| SRAM | 288 Kbyte | 176 Kbyte | 152 Kbyte | |
| Cache Befehle | 16 Kbyte | 16 Kbyte | 8 Kbyte | |
| Cache Daten | 16 Kbyte | 4 Kbyte | 4 Kbyte | |
| DMA-Kanäle | 16 | 16 | 16 | |
| Kanäle A/D-Wandler | 4x16/3x16/3x16 | 2x16 | 2x16/2x12 | |
| Kanäle schneller A/D-Wandler (FADC) | 4 | 4 | 2 | |
| Timer | 2xGPTA, 1xLTCA | 1xGPTA, 1xLTCA | 1xGPTA | |
| Capture-Compare-Einheit | 4 | Keine | 1 | |
| CAN (Knoten/Objekte) | 4/128 | 3/128 | 3/64 | |
| Serielle Schnittstellen | 4xSSC, 2xASC | 3xSSC, 2xASC | 4xSSC, 2xASC | |
| Externe Bus-Einheit | Ja/Ja/Nein | Ja/Nein | Nein | |
| Interner Spannungsregler | Nein | Nein | Ja |
Tabelle. Die drei SErien der AUDO-MAX-Familie adressieren sowohl hochperformante als auch kostensensitive Anwendungen.
Literatur & Autor
Herstellerseite für AUDO-MAX-MCUs:
www.infineon.com/audomax
| Dipl.-Phys. Martin Schrape |
|---|
| ist Applikationsingenieur für Mikrocontroller bei Infineon Technologies in Neubiberg bei München. |
martin.schrape@infineon.com
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