Ognen Basarovski, Senior Product Marketing Manager, Smart Factory, Renesas Electronics Europe
Der entscheidende Vorteil dieser Lösung ergibt sich aus dem innovativen Middleware Generic Open Abstraction Layer (GOAL), auch bekannt als Operating System Abstraction Layer (OSAL). Die Middleware stammt vom Industrial-Ethernet-Software-Spezialisten port GmbH, bei der Industrial-Ethernet-Protokoll-Stacks von unterschiedlichen Herstellern über die gleiche Middleware portiert werden. Dies bietet zweierlei Vorteile:
Unterstützung für mehrere Protokolle
Die Automatisierungsbranche ist auf dem Weg ins Zeitalter der Industrie 4.0. Künftige Produktionsanlagen beruhen auf cyber-physikalischen Systemen, deren Kernmerkmale Echtzeit und deterministische Kommunikation sind. Um diesen Trend zu ermöglichen, entwickelte Renesas die R-IN-Kommunikations-Engine.
Bereits 2012 brachte Renesas die Industrial-Ethernet-Kommunikations-SoCs der Serie R-IN32M3 auf den Markt. Diese SoCs unterstützen mehrere Industrial-Ethernet-Protokolle. Die IP umfasst einen echtzeitfähigen Switch, eine ARM-Cortex-M3-CPU sowie eine Reihe von Beschleunigern zur Entlastung der CPU. In der R-IN-Engine sind vier unterschiedliche Beschleuniger implementiert:
Mit diesen Beschleunigern lassen sich die oben erwähnten RTOS- und Ethernet-Funktionen direkt in Hardware ohne jegliche Beteiligung der Cortex-M3-CPU ausführen. Dies verringert die CPU-Auslastung und den Stromverbrauch insbesondere bei hohem Ethernet-Trafffic. Der für niedrigen Stromverbrauch optimierte Cortex-M3-Core ermöglicht dank der Unterstützung der verschiedenen Beschleuniger einen Low-Power-Betrieb (~300 mW) der Kommunikations-Engine. Weiterhin verbessern die Beschleuniger dank ihrer deterministischen Verarbeitungsgeschwindigkeit bei geringem Jitter das übergreifende System-Timing. Dies ist besonders wichtig für Hochgeschwindigkeits-Echtzeit-Netzwerke, da es eine höhere Qualität in einer isochronen Netzwerkumgebung ermöglicht.
Vergleicht man eine R-IN-Engine mit und ohne Beschleuniger, so lässt sich eine erhebliche Leistungsverbesserung beobachten. Vergleichbare AMR-Architekturen ohne die Beschleuniger erreichen bei einer CPU-Auslastung von 100 % eine UDP-Kommunikationsgeschwindigkeit von 60 Mbps. Demgegenüber hat eine R-IN-Engine mit Beschleunigern eine CPU-Auslastung von nur 30 %, mit 95 Mbps jedoch eine wesentlich höhere UDP-Kommunikationsrate. Somit bleibt genügend Rechenleistungsbandbreite für eine einfache I/O-Anwendung auf dem gleichen Kern.
Erste Erfolge auf dem Markt und positive Rückmeldungen der Kunden führten zu weiteren Implementationen der R-IN-Engine. Das Motion-Control ASSP RZ/T1 mit Multiprotokoll-Unterstützung folgte im Jahre 2015 und die RZ/N1-Produktfamilie kam im März 2017 auf den Markt. Die neueste Version der R-IN Engine hat einen 5-Port Echtzeit-Ethernet-Switch und unterstützt außerdem die Industrial-Ethernet-Protokolle Powerlink und Sercos sowie die Redundanz-Protokolle HSR und PRP.





