System on Chip

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Basis für industrielle Echtzeit

Texas Instruments präsentiert zur SPS IPC Drives eine neue SoC-Familie, die auf Echtzeitkommunikation und die Anforderungen der Industrie ausgelegt sind. Sie bieten zum Beispiel in der Antriebstechnik fortschrittlichen Funktionalität für Kommunikation, Sicherheit, Regelung und Leistung.
Die neuen Sitara-AM57x-Prozessoren von Texas Instruments (TI) basieren auf einer heterogenen Architektur, die für hohe Performance und Skalierbarkeit aus ARM-Cortex-A15-Cores, C66x-DSPs, Cortex-M4-Cores und dem Industrial Communications Subsystem (PRU-ICSS) besteht. Die höchste Rechenleistung wird mit zwei Core-Typen erzielt, nämlich mit einem oder zwei Cortex-A15-Cores mit bis zu 1,5GHz-Taktfrequenz sowie einem oder zwei C66x-DSPs, die mit bis zu 750MHz getaktet werden. Spezielle Steuerungsfunktionen lassen sich an die beiden Cortex-M4-Cores (Taktfrequenz: 213MHz) auslagern, um deterministische Echtzeiteigenschaften zu erzielen.

Subsystem für industrielle Echtzeit

Bei dem Industrial Communications Subsystem PRU-ICSS handelt es sich um ein spezielles Subsystem, das die Integration industrieller Echtzeit-Kommunikationsprotokolle gestattet und den Verzicht auf ein externes Asic oder FPGA ermöglicht, was die Kosten und die Komplexität des Gesamtsystems reduziert. Der AM57x enthält zwei Instanzen des Industrial Communications Subsystem und somit vier PRU-Cores, sodass sich mehrere Protokolloptionen gleichzeitig implementieren lassen. Mit Firmware, die TI im Rahmen eines Software Development-Kits anbietet sowie mit Stacks von Industriepartnern kann das PRU-ICSS simultan mehrere Protokolle unterstützen. Echtzeit-Ethernet-, Feldbus-, Interface- und Redundanzprotokolle werden für das PRU-ICSS unterstützt, darunter auch zertifizierte Lösungen für Ethercat, Profibus, Profinet, Ethernet/IP, Sercos III und Powerlink. Darüber hinaus enthält das Subsystem weitere Features wie den Direktzugriff auf E/A-Schnittstellen, UART, MII, MDIO und weitere Peripheriefunktionen. Im Kern des Subsystems befindet sich eine 32Bit-RISC-Engine, die sich in C und ASM programmieren lässt und ein komplett deterministisches Verhalten garantiert. Ein weiterer Vorteil, den das PRU-ICSS im Vergleich zu FPGAs und Asics mit fest vorgegebener Funktionalität bietet, ist die Möglichkeit, mithilfe von Firmware-Updates Upgrades an bereits im Feld eingesetzten Geräten vorzunehmen. Für video- und grafikintensive Anwendungen wie Mensch/Maschine-Schnittstellen ist der AM57x mit Video- und Grafikbeschleunigungs-Cores ausgestattet. Diese ermöglichen HD-Video in 1080p60, 2D- und 3D-Grafik, bis zu drei LCD-Ausgänge und einen HDMI-Anschluss sowie sechs (oder auch mehr) Kameraeingänge. Vervollständigt wird die Ausstattung dieses leistungsfähigen SoC durch eine Vielzahl industrieller High-Speed-Peripheriefunktionen. Unter anderem gibt es 2 x PCIe, einen Gbit-Switch mit zwei Ports, USB3 und USB2, Sata, zwei DCAN, QSPI, zehn UART, acht McASP sowie fünf I²C.

Anwendungsbeispiele

Für industrielle Antriebslösungen wie Servoantriebe mit fortschrittlichen Fähigkeiten in den Bereichen Kommunikation, funktionale Sicherheit, Regelung und Rückmeldung von Position und Drehzahl sowie Leistung schafft die AM57x-Plattform die Voraussetzungen für eine integrierte Architektur. Dabei läuft ein Kommunikationsprotokoll auf der ersten PRU-ICSS-Instanz und ein Positionsgeberprotokoll auf der zweiten Instanz. Darüber hinaus bietet das Subsystem ausreichend Reserven für die Ausführung eines Delta-Sigma-Dezimationsfilters, der eine präzisere Strommessung ermöglicht. Der Motorregelungsalgorithmus läuft entweder auf dem ARM Cortex-A15 oder dem C66x-DSP, die beide über uneingeschränkte Gleitkommaunterstützung verfügen. Die Applikation selbst läuft in der Regel auf dem ARM Cortex-A15. Für Gateway-Anwendungen in Industrie-4.0-Szenarien, die die Umwandlung zwischen verschiedenen Industrial-Ethernet-Protokollen erfordern, lässt sich der AM57x beispielsweise so programmieren, dass er Profinet IRT v2.3 Class C in einer Instanz des PRU-ICSS und Ethercat Slave in der anderen Instanz des PRU-ICSS implementiert. Mit seinen zwei ARM Cortex-A15-Cores bringt der AM57x ausreichend Rechenleistung mit, um neben den Profinet- und Ethercat-Stacks auch noch eine komplette Endanwendung zu verarbeiten wie etwa einen OPC UA Server. Ein wichtiges Element von Gateways dieser Art ist die Sicherheit. Hierfür ist die Plattform mit Krypto-Hardware-Beschleunigern ausgestattet, die Unterstützung für AES, SHA, RNG, DES und 3DES bieten.

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Texas Instruments Deutschland GmbH
www.ti.com

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