»Industrie-4.0-SoCs« von TI Neue »Sitaras« für die Industrie-4.0-Kommunikation

Thomas Leyrer, Texas Instruments (links, mit Markt&Technik-Redakteur Andreas Knoll): »Entwickler können ihre TSN-Implementierung jetzt starten, auch wenn die TSN-Standards noch nicht vollständig definiert sind.«

»Industrie-4.0-SoCs« nennt Texas Instruments (TI) seine Multiprotokoll-Kommunikationsprozessoren der Serie »Sitara AM6x«. Die Bausteine bieten das von den anderen Mitgliedern der Sitara-Produktfamilie bekannte PRU-ICSS in der erweiterten Version »PRU-ICSS-Gb« mit Gigabit-Ethernet- und TSN-Fähigkeit.

Time-Sensitive Networking, kurz: TSN, ist eine industrielle Echtzeit-Gigabit-Version von Standard-Ethernet, die es ermöglicht, mehrere Funktionen wie etwa SPS, Motion-Control, Bildverarbeitung und Visualisierung parallel über ein Netzwerk laufen zu lassen«, erläutert Thomas Leyrer, System Architect, Industrial Systems bei Texas Instruments. »Die Funktionen können dabei ein unterschiedliches Zeitverhalten haben, etwa Echtzeit-Motion-Control mit 31,25 µs und SPS mit typisch 250 µs bis 2 ms Zykluszeit. Dies ist möglich, weil die Funktionen über TSN in verschiedenen Streams abgearbeitet werden, die ein unterschiedliches Zeitverhalten erlauben. TSN ermöglicht, mehrere solcher Streams gleichzeitig durchzuleiten, klassische Echtzeit-Ethernet-Systeme nur einen.«

Damit die Sitara-AM6x-Prozessoren mehrere Gigabit-TSN-Streams parallel bewältigen können, hat TI deren PRU-ICSS (Programmable Realtime Unit – Industrial Communication Subsystem) zum PRU-ICSS-Gb ausgebaut. Jeder AM6x enthält drei PRU-ICSS-Gb mit jeweils zwei Ethernet-Ports, sodass insgesamt sechs Ethernet-Ports vorhanden sind. Ein AM6x kann also beispielsweise TSN über sechs Ports oder TSN plus Profinet plus EtherCAT oder TSN plus Profinet plus EtherNet/IP oder TSN plus Profinet plus IO-Link als Streams parallel abarbeiten. Das PRU-ICSS-Gb kann somit als Brücke zwischen TSN und klassischen Echtzeit-Ethernet-Systemen dienen. »Entwickler können ihre TSN-Implementierung jetzt starten, auch wenn die TSN-Standards noch nicht vollständig definiert sind«, betont Thomas Leyrer. »Der TSN-Switch ist nämlich im PRU-ICSS-Gb mittels Firmware implementiert, sodass die Unterstützung neuer Standards später durch Firmware-Updates erfolgen kann.«

Außer den drei PRU-ICSS-Gb umfassen die AM6x-Bausteine ein Mikroprozessor-Subsystem aus zwei physikalisch getrennten Dualcore- oder Singlecore-Arm-Cortex-A53-Clusters mit jeweiligem Cache. Für die fehlersichere Kommunikation und Steuerung bis SIL 3/PL e ist ein ebenfalls mit zwei getrennten Cores ausgestattetes Arm-Cortex-R5F-Mikrocontroller-Subsystem integriert, das im Lockstep-Modus arbeiten kann.

Weil die AM6x-Bausteine den ECC-Schutz (Error-Correcting Code) sowohl des chip-internen Speichers als auch externer DRAM-Speicher umfassend unterstützen und 100.000 Betriebsstunden bei einer Sperrschichttemperatur von 105 °C aushalten, eignen sie sich für Anwendungen, die eine hohe Zuverlässigkeit erfordern. Die AM6x-Serie mit ihren derzeit fünf Pin-kompatiblen Versionen gestattet Entwicklern das Skalieren ihrer Designs abgestimmt auf die Anforderungen des jeweiligen Systems.

Zu den On-Chip-integrierten Security-Funktionen gehören Secure Boot, Secure Storage und intelligente Krypto-Engines. Für HMI- und Industrie-PC-Anwendungen sind 3D-Grafik- und Display-Funktionen vorhanden. Die Bausteine beruhen auf einer einheitlichen Software-Plattform: Unterstützt vom Prozessor-SDK, können Kunden Android-, Linux- und TI-RTOS-Software nahtlos in TI-Prozessoren verschiedener Familien wiederverwenden. Ein gestrafftes Power-Sequencing, integrierte Low-Dropout-Regler und die direkte Pin-Kompatibilität ermöglichen die Wiederverwendung von Hardware auf verschiedenen Plattformen und verringern sowohl die Komplexität als auch die Kosten der Systeme.

Für einen sofortigen Start können Entwickler im TI-Store Development-Kits auf der Basis von Sitara-Prozessoren erwerben. Das AM65x Industrial Development Kit (IDK) TMDX654IDKEVM und das AM65x Evaluation Module (EVM) TMDX654GPEVM sind zum Preis von 819 und 898 US-Dollar erhältlich. Vorserienmuster der Version AM6548 lassen sich im TI-Store bestellen. Produktionsmuster der AM65x-Prozessoren gibt es ab dem zweiten Halbjahr 2019 zu Preisen ab 22,50 US-Dollar (ab 1000 Stück).