Texas Instruments bringt MCU mit integriertem Ethernet-PHY

Neuer Mikrocontroller mit integriertem Ethernet-PHY und hundertprozentiger SimpleLink-Code-Kompatibilität soll das Design von Industrie-4.0-Gateways vereinfachen.

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Marktforscher Gartner schätzt, dass im Jahr 2020 knapp über 20 Mrd. IoT-Geräte installiert sein werden – damit würde sich die Zahl von heute rund 8,4 Mrd. mehr als verdoppeln. Das hat Auswirkungen auf die Netzwerke: Diese müssen immer größere Datenmengen übertragen, die beispielsweise auch durch Industrie-4.0-Anwendungen generiert werden.

Ein entscheidender Treiber für diese Entwicklung ist laut Miro Adžan, General Manager Industrial Systems, Factory Automation und Control von TI, die Logistikbranche: „Branchengrößen wie Amazon profitieren enorm von einer möglichst weitreichenden Automatisierung in ihren Logistikabläufen.“ Doch auch andere Applikationen wie Machine-Vision etwa zur Qualitätskontrolle in der laufenden Fertigung würden Industrie 4.0-Anwendungen vorantreiben.

Gateways kanalisieren riesige Datenmengen

Das Problem: Die von immer mehr Sensoren generierten, exponentiell zunehmenden Datenmengen belasten zunehmend die Übertragungsinfrastrukturen in den Unternehmen – etwa, wenn sämtliche Messwerte unmittelbar in die Cloud gesendet werden. „Daher ist es sinnvoll, Gateways als Wächter einzusetzen, die die enormen Datenmengen zunächst filtern und nur relevante Informationen an die höheren Instanzen weiterleiten“, erklärt Tobias Leisgang, Systems Engineering Manager Connected MCU von TI. Beispiel: Anstatt jeden aufgenommenen Temperaturwert eines Messpunktes zu übertragen, sei es oft sinnvoller, nur solche weiterzugeben, die festgelegte Schwellwerte über- oder unterschreiten. „Diese Vorverarbeitung erfordert jedoch mehr Rechenleistung im Edge-Bereich.“

Mit seiner neuen Ethernet-MCU will TI das Entwickeln solcher Gateways vereinfachen. „Die neuen MSP432E411Y-Mikrocontrollern erweitern TIs SimpleLink-Familie und integrieren Ethernet-MAC und-PHY, USB, CAN (Controller Area Network) sowie einen Kyptografie-Beschleuniger“, erläutert Leisgang. Das hohe Integrationsmaß vereinfache das Design- und Leiterplattenlayout, da Entwickler auf sonst erforderliche Schaltungskomponenten wie einen externen PHY verzichten könnten. Sie würden von der geringeren Komplexität profitieren und könnten die Baugröße ihrer Produkte verringern, sagt Leisgang. „Das kommt Anwendern entgegen, deren Expertise beispielsweise im Analog- und Sensorbereich liegt und die bislang wenig bis gar nichts mit drahtgebundener und drahtloser Konnektivität zu tun hatten“, erläutert der MCU-Profi.

Cortex-M4-Kern sorgt für ausreichend Rechenleistung

SimpleLink ist TIs durchgängige Hardware-, Software- und Tool-Plattform für das Entwickeln MCU-basierter Schaltungen. Zur SimpleLink-Familie zählen MCUs, die drahtgebundene oder drahtlose Konnektivität integriert haben. Dazu zählen beispielsweise Bluetooth-Low-Energy, Dual-Band, Sub-1-GHz, WiFi sowie 6LoWPAN, RS-485, RF4CE und jetzt auch Ethernet. „Unsere neue Ethernet-MCU verfügt über insgesamt 22 Serial Ports – MCUs mit vergleichbarer Leistung sind auf typischerweise acht Ports begrenzt“, erläutert Leisgang.

Die neuen SimpleLink-Ethernet-MCUs basieren auf einem Cortex-M4F-Kern von Prozessorspezialist Arm, der mit 120 MHz getaktet ist. Ingenieure können damit nun Gateways aufbauen, die neben einer drahtlosen Anbindung von Sensoren und anderen IoT-Endpunkten auch eine drahtgebundene Kommunikation ermöglichen.

Einmal geschriebenen Code weiter nutzen

Schlagkräftig ist das Argument der hundertprozentigen Code-Kompatibilität innerhalb der SimpleLink-Mikrocontroller-Plattform. Gateway-Designs, die bislang noch ohne Ethernet-Funktionalität auskommen, lassen sich mit geringem Aufwand per Software-Plug-In aufrüsten. Bisherige Applikationen sollen laut TI ohne Anpassungen auch auf den neuen Ethernet_MCUs laufen.

Mit den Wireless-MCUs lässt sich nach Angaben von TI ein drahtloses Sensornetzwerk aufbauen, dass bis zu 50 abgesicherte Sensorknoten an ein Gateway koppelt. Im Gateway kann dann die neue Ethernet-MCU die angelieferten Daten vorverarbeiten, relevante Informationen bündeln und schließlich per Ethernet-Kabel in die Cloud übertragen. Dort kann das weitere Analysieren, Visualisieren und Speichern der Daten erfolgen. Die neuen Ethernet-MCUs sind ebenso wie das zugehörige Entwicklungskit sofort verfügbar.

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