账号:
密码:
CTIMES / 文章 /   
MCU迈大步 EtherCAT实现更容易
以XMC4800为例

【作者: Hairuo Qiu】2016年05月20日 星期五

浏览人次:【11333】
  


EtherCAT结合了同步确定、频宽及抗干扰性的最高要求,是其他即时乙太网路通讯协定未具备的。此外,EtherCAT 的发展相当稳定,没有任何不接续: IP 核心的功能扩充,且相容于先前的版本。尽管如此,EtherCAT 的市场接受度仍不及其他Fieldbus系统 (如 CAN)。 XMC4800 MCU可提供改变上述情况的基础。因为它以较低的建置成本、更高的产品品质和长期的可用性(至少到2027 年) 的前提下,提供了EtherCAT 功能,并且还有专为EtherCAT 应用与元件本身所设计的免费整合开发环境。


工业通讯的发展现况

全球数位化正大举进军制造业,并以大量资料的形式带来极大的影响,包括来自感测器与致动器的测量与控制资料、本地与远端诊断的资料,以及在机器间传送的资料等。如果向自动化技术人员咨询有关机器与现场层级的通讯,他们将回覆 EtherCAT 是一项既定的标准。另一方面,传统的现场汇流排系统 (如 Profibus 与 CAN),皆已面临其技术上的限制。它们无法处理如此庞大的资料量。它们缺少频宽。虽然工业 4.0 的发展路线尚未明确,但可以肯定地说,资料量将不会减少。


令人讶异的是,即时乙太网路系统至今仍未能获得普遍接受度。驱动器、PLC及 I/O 模组的制造商对此提出各种理由。对于乙太网路/IP,Rockwell Standard 等公司大多认为其受限于缺少决定能力,最好可达到低个位数微秒范围内的周期时间。但西门子的标准 Profinet 至少在其 RT 设计中也有类似的限制。同时,众所皆知,同步 Profinet IRT 尚未成熟。它花费多年才进展到目前的最终版本 2.3,中间版本彼此间皆不具备相容性,而且 2.3 版是否真能成为最终版本仍有待观察。


另一方面,EtherCAT 自 2004 年起就不曾变更。最早的装置能与位于相同​​网路上的最新产品进行通讯,尽管所有新功能都是在这段期间中新增的。 EtherCAT亦可达到最佳的同步决定能力,范围从三位数到低两位数微秒范围。到目前为止,EtherCAT 与 Profinet 及乙太网路/IP 仅有一项共同的特性,亦即较高的采购与维护成本,而且整个产品生命周期皆需要维护成本。这是因为到目前为止尚未有高度整合的电路。XMC4800 是第一款整合 EtherCAT 从属控制器与类比/混合讯号 IP 的MCU,它采用 ARM Cortex M4 处理器。


以 TI Sitara、FPGA 或 ASIC 为基础的既有解决方案进行比较,即可显示以 XMC4800 实作 EtherCAT 是多么容易。 XMC4800 无需额外元件如外部记忆体或石英钟产生器即可启动 EtherCAT 从属控制器。内建的 PLL 供应 EtherCAT IP 所需的 25MHz 时脉。程式码由 ARM Cortex M4 处理器以 144 MHz 从内建的 RAM 或快闪记忆体执行。藉由较少材料清单 (BOM) 所减少的成本是显而易见的。


过去设计EtherCAT系统,最大的问题大概就是系统成本相对高昂,所以即便EtherCAT面世已有不短的时间,但要有一定的普及率还是有一定的难度,因此,解决成本问题,EtherCAT要普及,似乎就不是太大的问题了。


图1 : EtherCAT 的各种实作概要。 XMC4800 无需额外的记忆体、石英钟脉冲产生器或MCU即可建立 EtherCAT。它可同时节省元件成本及 PCB 空间。 (Source:英飞凌)
图1 : EtherCAT 的各种实作概要。 XMC4800 无需额外的记忆体、石英钟脉冲产生器或MCU即可建立 EtherCAT。它可同时节省元件成本及 PCB 空间。 (Source:英飞凌)

而外部记忆体则容易有些问题,特别是乍见下不那么明显的部分,亦即产品在整体生命周期中,更不容易进行维护。记忆体制造商针对 PC 与行动运算产业进行技术最佳化,这意味着一个技术节点在五年后就变得过时且不符合经济效益。结果就是元件将遭到淘汰。如此将不符合工业系统的生命周期,基本上这些系统中的机器寿命至少是 15 年以上。即使采用「装配、外型、功能」计划,以新制造技术生产的记忆体模组以旧有外型与功能为基础,仍无法避免修改产品资料表,同时也必须重新确认是否符合规范, XMC4000 MCU产品范围内的所有装置皆保证长期的可用性,至少可至2027 年,进而解决此问题。


EtherCAT 加上致动器与感测器

除了EtherCAT从属控制器之外,XMC4800 还内建多​​项周边装置以涵盖所有应用,如方块图所示 (图 2)。



图2 : XMC4800 是第一个将 EtherCAT 节点整合至标准 ARM Cortex MCU并包含快闪记忆体与类比/混合讯号 IP 的产品。它是第一款温度范围最高达 125°C 并取得 AEC-Q100 认证的 EtherCAT 节点。 (Source:英飞凌)
图2 : XMC4800 是第一个将 EtherCAT 节点整合至标准 ARM Cortex MCU并包含快闪记忆体与类比/混合讯号 IP 的产品。它是第一款温度范围最高达 125°C 并取得 AEC-Q100 认证的 EtherCAT 节点。 (Source:英飞凌)

XMC4800 除具备上述 ARM Cortex M4 处理器之外,并配备最多 2 MB 快闪记忆体以及最多 352 KB RAM,特别着重于通讯以及致动器与感测器。没有其他以 Cortex-M 为基础的元件提供六个 CAN 节点,可将 256 个讯息物件汇整为传送/接收 FIFO,进行通讯时几乎无需 CPU 介入。即使在不同的 CAN 网路之间进行交换,并在闸道模式中使用不同的传输速率,也无需使用运算核心。XMC4800 提供简洁的解决方案,可在混合 CAN 与 EtherCAT 的网路中进行实作,可供透过 DMA 传输有效地建立从 CAN 至 EtherCAT 的闸道 (图 3)。



图3 : EtherNET 与 CAN 可在 XMC4800上同时运行,甚至可做为闸道器,无需专属的 EtherCAT-ASIC、外部记忆体或石英钟脉冲产生器。 (So​​urce:英飞凌)
图3 : EtherNET 与 CAN 可在 XMC4800上同时运行,甚至可做为闸道器,无需专属的 EtherCAT-ASIC、外部记忆体或石英钟脉冲产生器。 (So​​urce:英飞凌)

六个序列介面 (UART、SPI、双与四 SPI、I2C 及 I2S) 可透过可程式 USIC 介面进行实作。平行介面 (EBU) 与 USB 及 SDIO/SD/MMC 介面可供连接大量储存装置。正规的 TCP/IP 乙太网路介面提供简易的本地或远端诊断与维护方式。除了上述通讯介面之外,并整合类比与混合讯号 IP。它配备四个 12 位元 A/D 转换器、四个 delta-sigma 解调器,以及位于感测器侧的两个编码器介面。针对致动器,它具备两个计时器单元,可控制两个完整的全桥,四个计时器单元用于半桥,以及两个 12 位元 D/A 转换器。如此将可透过解析器或编码器最多控制两个马达,包括位置侦测,同时执行 EtherCAT 通讯。 (图 4)



图4 : XMC4800 最多可结合两个马达,包括位置侦测与 EtherCAT。 (Source:英飞凌)
图4 : XMC4800 最多可结合两个马达,包括位置侦测与 EtherCAT。 (Source:英飞凌)

耐用的设计与品质将开启全新市场

传统的 EtherCAT 应用是在工厂自动化。目前这项技术尚未在其他领域发挥影响力,这项领域对于现场汇流排仍有较高的即时性要求:营造机械、堆高机及农业运输车辆等。这并不令人意外,因为过去的 EtherCAT 元件无法满足品质与可靠性的要求。如同传统的汽车结构,元件必须能在最高 125°C 的广大环境温度范围中运作,并且需要 AEC-Q100 认证以证明其可靠性。


XMC4800 是第一款符合上述需求的 EtherCAT 元件。但是这些领域与汽车结构有一项不同之处:XMC4800 没有 PPAP (Production Part Approval Process,生产零件核准程序),表示它不适用于客车。 XMC4800 MCU系列目前共有 18 种装置,各自具备不同的记忆体容量、封装 (LQFP100、LQFP144 及 LFBGA196),以及温度范围 (最高 85°C 及最高 125°C)。所有 XMC4800 元件的程式码皆相容于所有 XMC4000 MCU,其脚位亦相容于各自的封装。


(本文作者为英飞凌科技股份有限公司产品行销经理)


相关文章
安全切割--切芯机适用的安全闸门系统和安全联锁
从风洞到人行道:智慧型婴儿车电子动力系统开发
超低功耗技术推动免电池IoT感知
完整建置车机与手持式装置 为智慧物流做好准备
永远不会忘记袋--适用於高龄者之记忆辅助背包
comments powered by Disqus
相关讨论
  相关新品
Platform Manager Devices
原厂/品牌:Lattice
供应商:Lattice
產品類別:Power
Power Manager II Hercules Development Kit
原厂/品牌:Lattice
供应商:Lattice
產品類別:Power
Processor PM Development Kit
原厂/品牌:Lattice
供应商:Lattice
產品類別:Power
  相关新闻
» 连续十度入选琼永续指数 英飞凌跻身全球顶尖永续企业
» 第19届光宝创新奖得主清大、明志科大各抱回40万奖金
» 台湾生医晶片产业链强强联手 打造卵巢癌检测新利器
» 英飞凌晶片助慕尼黑工业大学在Hyperloop竞赛连续四度卫冕
» 英飞凌科:多数德国人愿意为资料安全支付更高的费用
  相关产品
» LED驱动器的高效NFC编程方法:英飞凌NLM0010和NLM0011 IC
» 英飞凌全新整合式负载点稳压器 提升高密度应用效率
» 英飞凌推出 OPTIGA Trust M 提升云端安全性和效能
» 英飞凌推出数位单级准谐振返驰式控制器 XDPL8210
» CoolSiC MOSFET与TRENCHSTOP IGBT推出Easy 2B 封装
  相关资源
» Power Management Solutions for Altera FPGAs

AD


刊登廣告 新聞信箱 读者信箱 著作權聲明 隱私權聲明 本站介紹

Copyright ©1999-2019 远播信息股份有限公司版权所有 Powered by O3
地址:台北市中山北路三段29号11楼 / 电话 (02)2585-5526 / E-Mail: webmaster@ctimes.com.tw