Vývoj jednodeskového počítače s Renesas RZ/N1D

S tím, jak ethernet začal nahrazovat tradiční Fieldbus komunikaci, začalo být jasné, že průmyslová komunikace už nebude něčím, co rozlišuje dané zařízení od jiných, ale stane se jeho nutnou součástí. Jedním z požadavků zákazníků je snadná implementace různých protokolů průmyslového ethernetu s jednotným API tak, aby se mohli soustředit na to, co znají nejlépe – vytvoření aplikace.

Hluboká znalost ve vývoji embedded zařízení a systémové integrace

Německá společnost Emtrion GmbH z Karlsruhe zajišťuje služby spojené s vývojem embedded zařízení již dvacet let. Navíc vyrábí svůj vlastní modulový systém (System on Module − SOM/ COM) a jednodeskové počítače (Single Board Computer − SBC) s vlastní BSP (Board Support Packages). Emtrion garantuje dlouhodobou dostupnost zařízení, dokonce až na 15 let, což je požadavek aplikací pro průmyslové, zdravotní a železniční obory.

Výzva

Rozšíření průmyslového ethernetu v posledních letech přinutilo Emtrion, aby začal zkoumat obchodní příležitosti i v této oblasti. Emtrion, který má velké znalosti s vývojem jednodeskových počítačů, potřeboval platformu pro svůj hardware, který by nabízel dostatečný výkon a paměť jak pro vývoj s pomocí Linuxu, tak i funkce průmyslového ethernetu. Požadavkem byla i podpora často používaných průmyslových protokolů, jako jsou EtherCAT, CANopen a PROFINET. Protože Emtrion neměl ve svých řadách odborníky na průmyslový ethernet, potřeboval najít externího partnera na spolupráci. Dalšími požadavky byly malé rozměry pouzdra, nízká spotřeba, široké možnosti napojení a pochopitelně, že i nízká cena.

Multiprotokolární systémy na čipu (SoCs), které jsou dostupné na trhu, vyžadují velmi komplexní softwarové prostředí, které není sjednocené pro různé průmyslové protokoly ethernetu. Kromě toho mají omezenou nebo téměř neexistující vývojovou podporu, což má negativní dopad na dobu vývoje.

Řešení

Renesas má vedoucí postavení v průmyslovém ethernetu a nabízí pro tento účel široké portfolio součástek. Řada RZ/N1D s výkonným jádrem Dual ARM® Cortex®-A7, který podporuje Linux, slouží jako základna pro vývoj jednodeskových počítačů. Čip má integrovaný kontrolér LCD pro jednoduché připojení na displej a 5 integrovaných portů ovládaných přepínačem pro podporu průmyslových protokolů pro ethernet. Kontrolér DDR2/3 umožňuje adresovat až 16 Gb paměti, což je dostatečné pro požadované aplikace. Renesas je také známý dostupností součástek po dlouhou dobu, což důvěru pracovníků Emtrionu v RZ/N1D jenom upevnilo.

Osobní a přímá podpora od Renesasu umožnila Emtrionu dodržet plán vývoje. Vývoj interface pro komunikaci byl zadán firmě Port, která má dlouhodobou zkušenost s průmyslovým ethernetem i platformou Renesasu. Komunikace s oběma firmami probíhala jednoduše a přímo, a tak mohl Emtrion vyvinout svůj produkt v době kratší než 4 měsíce.

Vlastnosti RZ/N1D

Vysoký výkon: vícejádrová architektura založena na ARM® umožňuje náročným aplikacím běžet na jádru Cortex®-A7, zatímco typ Cortex®-M3 kompletně přebírá komunikaci v reálném čase.

Přizpůsobivé prostředí softwaru: pro Cortex® A7 jsou dostupné dva operační systémy.

1. Linux s pomocí Yocto k vytvoření Linuxu, U-Boot a kořenového souborového systému.
2. ThreadX- Express Logic Real-Time Operating System (RTOS) navržený specificky pro embedded, real-time, a loT aplikace.

CODESYS® je IEC 61131-3 vývojový systém nezávislý na hardwaru, určený pro programování a vytvoření aplikací kontroléru. Kromě jiných podporuje „master stacks“ průmyslového ethernetu pro EtherCAT, EtherNet/ IP, Sercos, CANOpen a PROFINET.

Přizpůsobivost v ethernetové komunikaci: přepínač 5 portů podporuje všechny hlavní protokoly průmyslového ethernetu, stejně jako pokročilé funkce v podobě QoS, IEEE 1588-2008, VLAN frames, Cut-through atd. Některé protokoly jsou již napojeny přímo přes OSAL (Single Abstraction Layer). To umožňuje snadnou implementaci a zjednodušuje přepínač mezi těmito protokoly, s minimálním dopadem na aplikaci.