Kommunikation in harter Echtzeit

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Kombination mehrerer Protokolle

Für diese Situation bringt Renesas eine Lösung ins Spiel: Der R IN32M3-EC ist ein SoC (System on Chip), das – ähnlich wie der LAN9252 von Microchip – die Kommunikation übernehmen kann und integrierte PHYs aufweist. Der R IN32M3-EC unterstützt jedoch nicht nur EtherCAT, sondern auch EtherNet/IP, PROFINET (RT), Modbus TCP, CC-Link, CANopen sowie weitere Protokolle. So kann mit dem SoC eine Hardware entwickelt werden, die sich für verschiedene Protokolle eignet; lediglich die Software muss angepasst werden.

Zudem kommt der R-IN mit einem eingebauten Beschleuniger für das Real-Time-Betriebssystem. Dieser reduziert die Reaktionszeit bei Protokollen mit Software Stack um mehr als das Fünffache einer konventionellen Softwarelösung. Der eingebaute Cortex M3 läuft auf 100 MHz und kann einem Host-Mikrocontroller einige Aufgaben abnehmen.

Stacks für die EtherCAT- Kommunikation

Nachdem der R-IN sich im Markt bereits erfolgreich etabliert hat, ist Renesas noch einen Schritt weiter gegangen und stellt mit dem RZ/T1-Mikroprozessor eine vollintegrierte Lösung bereit:

Die komplette Multiprotokoll-Funktionalität des R-IN zusammen mit einem 600-MHz-ARM-Cortex-R4F-Real-Time-Kern mit deterministischem Antwortverhalten macht den RZ/T1 zu einem idealen Mikroprozessor-Baustein für Anwendungen im Bereich der High End Motor Control und der Industriekommunikation.

Auch Hersteller, die EtherCAT noch nicht als Hardware IP in ihre Produkte integriert haben, erkennen den Trend. So bietet STMicroelectronics zusammen mit Softwareanbietern verschiedene Stacks als Quellcode oder Binärdateien an, mit denen die STM32 Controller als EtherCAT Slaves verwendet werden können. Selbstverständlich ist hierfür zusätzliche Hardware erforderlich, da das EtherCAT-Protokoll in Hardware umgesetzt werden muss. Auch jede Kombination mit einem R IN oder LAN9252 ist möglich. Viele Entwickler wissen die Flexibilität, die eine Lösung aus Mikrocontroller mit separatem Transceiver bietet, zu schätzen, besonders wenn verschiedene Protokolle unterstützt werden sollen. Das große ARM-Cortex Portfolio von STMicroelectronics enthält exakt den richtigen Controller für praktisch jede Applikation.

Auch für EtherCat Master bietet das Portfolio von Rutronik weitreichende Möglichkeiten. Es kann praktisch jeder Industrie-PC verwendet werden. Für einige Anwendungen mit höheren Anforderungen gibt es z.B. PCI-Karten für den dedizierten Einsatz als EtherCat Master. Das PCI-1203 von Advantech ist eine PCI-Karte für die Ansteuerung von bis zu 32 Achsen als Ready-to-use Universal PCI Master.

Komplette Lösungen für EtherCAT

EtherCAT kommt meist in Umgebungen zum Einsatz, bei denen Zuverlässigkeit und Ausfallsicherheit unabdingbar sind. Die Störsicherheit und Kabellängen werden maßgeblich von der Signalqualität beeinflusst. Kostengünstige MEMS-Oszillatoren, wie der Microchip DSC100x, bieten hohe Zuverlässigkeit hinsichtlich FIT, Schock und Vibration sowie eine gute Temperaturstabilität bei extrem kleiner Bauform. Für sehr enge Toleranzen und sehr hohe Temperaturstabilität bieten sich Quarze oder Quarzoszillatoren an. Für einen 25-MHz Quarz kann man die FA-238-Serie von EPSON empfehlen. Für hochgenaue Applikationen empfiehlt sich die Low-Jitter-Oszillatorenserie SG-210STF. Sofern die Ethernet PHYs nicht bereits in den EtherCAT-Lösungen integriert sind, sollte auch hier auf Qualität gesetzt werden. So verbindet beispielsweise der KSZ8061 hohe Störsicherheit mit Kabeldia-gnose, geringen Emission und – besonders wichtig – extrem geringen Latenz- und Anlaufzeiten.

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