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Bild: Sinvuka, iStock
Netzwerk-Controller

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Turbo für das IoT

Text: Harry Jacob, A&D
Das Internet der Dinge lässt die Datenmengen in den Produktionsnetzwerken anschwellen. Dementsprechend steigt auch die Dauer, die Verarbeitung und Weiterleitung der Informa­tionen brauchen – teilweise in kritische Bereiche. Dann ist die Zeit für spezialisierte Netzwerkcontroller gekommen.

Wenn das Datenvolumen die Reaktionszeit im Netzwerk in die Knie zwingt, gibt es scheinbar nur zwei Lösungen: Schnellere Übertragungswege und leistungsfähigere CPUs. Doch höhere Bandbreiten sind nicht so einfach zu installieren. Wenn auf Seiten der Feldbusebene nur Fast Ethernet zur Verfügung steht, bringt ein Hochrüsten der Gegenseite auf GigE oder
10 GigE nichts. Und auch der Wechsel der Steuerung in eine höhere Leistungsklasse ist nicht immer problemlos möglich. Denn dies bedeutet in der Regel einen höheren Stromverbrauch und in der Folge mehr Abwärme.

Einen anderen Weg hat daher Renesas eingeschlagen. Der Elektronikkonzern hat die Renesas Industrial Networking Engine (R-IN Engine) entwickelt, um die Ethernet-Kommunikation zu beschleunigen. Sie besteht aus drei Bauteilen:

  • der ARM Cortex-M3-CPU;

  • dem HW-RTOS Accelerator, einem Beschleuniger für Real-Time-Betriebssysteme;

  • und dem Ethernet Accelerator, einem Beschleuniger für das Ethernet, der Netzwerkdaten nach Angaben des Herstellers fünfmal schneller verarbeitet als übliche CPUs.

Die R-IN Engine kommt in verschiedenen Bauteilen zum Einsatz. Für Steuerungen und Geräte, die zum Internet der Dinge zählen, ist der Netzwerk-Controller R-IN32M3 entwickelt worden. Er verbraucht wenig Energie und kann trotzdem hohe Netzwerklasten in kurzer Zeit verarbeiten. Neben der R-IN Engine enthält er weitere Elemente wie einen Ethernet-Controller und Arbeitsspeicher, dessen verschiedene Bereiche sich auf 1,3 Mbyte Speicherkapazität addieren. Der gesamte Baustein verbraucht typischerweise weniger als 1 W. Knut Dettmer, Global Marketing Leader im Industrial Automation Segment Team von Renesas, erläutert: „Bei der Verarbeitung von industrial Ethernet-Frames verbringt die CPU nur 10 Prozent der Zeit mit der Nutzdatenverarbeitung – die restlichen 90 Prozent sind Overhead, welche die CPU unnötig belasten. Mit dem Ethernet Accelerator reduzieren wir diese Last in zusätzlichem Silizium, so dass die CPU nicht mehr von Netzwerkaufgaben unterbrochen wird. Das verbessert den Umgang mit dem Jitter und verkürzt die Response-Zeit der Steuerung.“

Eingebettet ist die Hardware in eine Entwicklungsumgebung, die volle Freiheit bei der Wahl der Ethernet-Protokolle gewährt und dazu beiträgt, dass die Entwickler von Steuerungen und Feldgeräten ihre Produkte schnell auf den Markt bringen können. Neben dem eigenen Echtzeitbetriebssystem µItron gehören dazu die Ethernet-Stacks für die unterschiedlichen Protokolle. Renesas stellt die Stacks für TCP/IP und Mod­bus bereit. Dafür sind keine Gebühren fällig, aber es muss eine Lizenzvereinbarung geschlossen werden. Beckhoff liefert den Ethercat-Stack für ETG-Mitglieder kostenfrei, Mitsu­bishi den für CC-Link und CC-Link IE. Die Stacks für Ether-
net/IP, Profinet und CANopen sind kostenpflichtig bei Port und Molex/TMG zu beziehen. Ebenfalls kostenpflichtig stellt ESD Stacks für Ethercat und CANopen zur Verfügung.

Bei der Hardware muss unterschieden werden zwischen dem Modell R-IN32M-EC für Ethercat und dem R-IN32M-CL für CC-Link. Profinet, Ethernet/IP und Modbus sowie CANopen und TCP/IP können mit beiden Varianten genutzt werden. Entwicklungsingenieure, die Steuerungen und Feldgeräte mit Hilfe des schnellen Netzwerk-Controllers ins IoT bringen wollen, unterstützt der Hersteller mit Starter-Kits und First-Level-Support.

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