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EtherCAT plus Aktorik und Sensorik

Zusätzlich zum EtherCAT Slave Controller hat der neue, kosteneffiziente XMC4300 noch eine Vielzahl an Peripherie-Einheiten integriert, um entsprechende Applikationen vollständig abzudecken, wie das Blockdiagramm zeigt (Bild 3).

Neben den bereits erwähnten ARM Cortex-M4-Prozessor, einem Flash-Speicher mit 256 KByte und dem RAM-Speicher mit 128 KByte konzentriert sich der XMC4300 vor allem auf Kommunikation sowie auf Aktorik und Sensorik. Er bietet zwei CAN-Knoten, wobei die Kommunikation weitestgehend ohne CPU-Interaktion erfolgt. Selbst ein Austausch zwischen unterschiedlichen CAN-Netzwerken mit unterschiedlichen Übertragungsraten geschieht über einen Gateway-Modus ohne den Eingriff des Rechenkerns. Für eine Installation in gemischten Netzwerken mit CAN und EtherCAT bietet der XMC4300 eine elegante Lösung, in der ein Gateway von CAN auf EtherCAT über DMA-Transfers effizient realisiert werden kann.

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Hinzu kommen die seriellen Schnittstellen UART, SPI, I2C und I2S, die durch die programmierbare Schnittstelle USIC realisiert werden. Zudem gibt es eine USB- und eine SDIO/SD/MMC-Schnittstelle für den Anschluss an einen Massenspeicher. Eine reguläre TCP/IP-Ethernet-Schnittstelle bietet einen einfachen Weg zur (Fern-) Diagnose und Wartung. Außerdem verfügt der XMC4300 über eine integrierte LED-Matrix-Control (8 x 8 Segmente) für die komfortable Ansteuerung von LED-Arrays.

Neben den Kommunikationsschnittstellen ist auch die Integration der Analog- und Mixed-Signal-IP hervorzuheben. So bietet der XMC4300 zwei 12-bit-AD-Wandler auf der sensorischen Seite. Für die Aktorik verfügt er über eine Timer-Einheit für die Ansteuerung einer Vollbrücke, zwei Timer-Einheiten für Halbbrücken sowie zwei 12-bit D/A-Wandler. Damit können auch Motoren angesteuert werden, während parallel dazu die EtherCAT-Kommunikation läuft.

Der XMC4300-Mikrocontroller eignet sich auch bestens für die Implementierung von I/O-Modulen (Bild 4). Wenn beispielsweise mehr Bandbreite für den Backbone erforderlich ist, als der CAN-Bus oder ein serielles Protokoll zur Verfügung stellen kann, dann ist der XMC4300 die richtige Wahl.

Robustes Design und Qualität zur Erschließung neuer Märkte

Der klassische Einsatzschwerpunkt von EtherCAT liegt in der Fabrikautomation. Darüber hinaus sieht man diese Technologie bisher wenig verbreitet in einem Bereich, der ebenfalls harte Echtzeitanforderungen an einen Feldbus stellt: Konstruktionsmaschinen sowie Agrar- und Flurförderfahrzeuge. Das ist wenig verwunderlich, da bisherige EtherCAT-Bausteine die nötigen Qualitäts- und Zuverlässigkeitsanforderungen nicht erfüllen konnten. Ähnlich wie im klassischen Automobilbau benötigt man Bausteine im erweiterten Temperaturbereich von bis zu 125°C und einer AEC-Q100 Qualifikation als Beleg für die Zuverlässigkeit. Sowohl der XMC4300 als auch der XMC4800 erfüllen diese Anforderungen.

Ist mehr Performance oder Konnektivität erforderlich, steht innerhalb der kompatiblen XMC4000-Familie die XMC4800-Serie mit bis zu 2 MByte Flash und 352 KByte RAM sowie erweiterter Peripherie und verschiedenen Gehäusen zur Verfügung. XMC4300 und XMC4800 sind Pin- und Code-kompatibel. Insgesamt umfassen die XMC4300- und XMC4800-Serien 20 Produkte mit unterschiedlicher Peripherie, Gehäusen, Speicherkapazitäten und Temperaturbereichen. Damit steht ein umfassendes, skalierbares Portfolio für die applikationsabhängige EtherCAT-Implementierung zur Verfügung. Den XMC4300 ist in einem LQFP100-Gehäuse gibt es in zwei Versionen, für die Temperaturbereiche -40 bis 85°C und -40 bis 125 °C.

Für eine sofortige Inbetriebnahme eines EtherCAT-Knotens mit dem XMC4300 bietet Infineon ein entsprechendes Entwicklungsboard sowie passendes Software-Entwicklungswerkzeug. Das XMC 4300 Relax EtherCAT KIT (Bild 5) ist mit einem XMC4300-Baustein samt einem On-board Debugger, einem EtherCAT-Knoten über einen Standard-RJ45-Steckverbinder (plus Pin-Header für optionale PHY-to-PHY-Verbindung) einem CAN-Knoten mit DSUB 9-Stecker und USB-Schnittstelle bestückt. Dieses Kit kann über die Infineon-Distributoren oder online über die XMC Kit-Website bezogen werden.

Für die Software-Entwicklung bietet Infineon die DAVE Entwicklungsumgebung mit Bibliotheken für Low-Level-Treiber und Apps kostenlos an. Für EtherCAT verwendet DAVE dabei den SSC (Slave Stack Code) von Beckhoff. Neben dieser kostenfreien Entwicklungsumgebung werden auch kommerzielle EtherCAT Slave Stacks von etablierten 3rd-Party-Herstellern angeboten.

* Hairuo Qiu ist Produktmanager für die Industrie-Mikrocontroller der XMC4000-Reihe bei Infineon.

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