Mejora de los mecanismos de conectividad de red, desarrollado a través de la cooperación de los grupos de normas conexas, han dado Ethernet (802.3) las cualidades robusta para operar con eficacia en entornos operativos y de seguridad crítica.
Como resultado, los entornos de fabricación y la construcción de sistemas de automatización están adoptando rápidamente Ethernet en complemento con, o como un sustituto, de las diversas tecnologías de bus de campo utilizados tradicionalmente en estos ambientes.
En un típico edificio de fábrica o de la red, puede haber un número de dominios de red, cada uno con diferentes grados de limitaciones de tiempo y seguridad. Estos pueden ir desde los entornos de gestión y operación, donde se utiliza estándar de los equipos informáticos a través de Ethernet, para redes industriales basadas en Ethernet y bus de campo que operan en entornos de fabricación o de seguridad crítica.
Más recientemente, la mejora de los mecanismos desarrollados por los estándares del sector público, tales comoIEEE 1588 , han dado Ethernet determinista las cualidades necesarias para funcionar en entornos críticos y la seguridad operacional.
Como resultado, las redes de la fábrica y la creación de sistemas de automatización son la adopción de Ethernet para complementar, y en algunos casos a sustituir, las tecnologías de bus de campo diferentes actualmente en uso.
Para apoyar este protocolo de dominio diverso, donde ambos bus de campo y Ethernet co-existir, requiere de un versátil procesador de comunicación rentable capaz de soportar una amplia gama de interconexiones y el procesamiento de bajo nivel de protocolo.
Para hacer frente a la necesidad de una mejor conectividad entre los diversos dominios de la red en el mercado industrial moderna, Freescale Semiconductor ha lanzado el MPC8309 ( Figura 1 ) y MPC8306 / S procesadores embebidos.
Figura 1: Diagrama de bloques MPC8309
Los nuevos procesadores ampliar la cartera de MPC830x PowerQUICC II procesador de Pro en la entrada a nivel de aplicaciones industriales y de redes, con DDR2, Ethernet 10/100 y soporte IEEE 1588, PCI 2.3 (disponible sólo en MPC8309), USB 2.0, CAN e interfaces mejoradas para apoyar tanto el legado y los protocolos emergentes utilizados en el mercado de redes industriales.
La construcción de una red de la fábrica
Como se muestra en la figura 2 , una red de fábrica típica puede consistir en un número de dominios, cada uno con distintos grados de seguridad o limitaciones de tiempo.
Estos van desde los sistemas de gestión, donde se utiliza estándar equipos informáticos a través de Ethernet tradicional, para redes industriales basadas en Ethernet están desplegados en entornos de planta o de fabricación, así como las redes de bus de campo serie basada en.
En los dominios de control y el campo, hay una serie de nodos y opciones de conectividad de red desplegada para proporcionar seguridad, proceso de supervisión y control de la lógica en los equipos de campo.
Para conectar norma de gestión de sistemas basados en Ethernet para la planta de producción, donde los controladores de red suelen comunicarse entre sí mediante protocolos industriales como Profibus, CANopen o DeviceNet, algún tipo de solución transitoria es necesario. Esto está representado en la figura 2 como un "convertidor". Este protocolo de dominio diverso, donde ambos bus de campo y Ethernet co-existir, es una oportunidad privilegiada para la aplicación de un diseño SoC.
Figura 2: Típica de la automatización de fábrica de redes ( Para ampliar la imagen, haga clic aquí )
La integración de un alto rendimiento, el núcleo de procesador de bajo consumo de energía, junto con una mezcla optimizada de interconexión y de bajo nivel de capacidades de procesamiento del protocolo, puede ofrecer la flexibilidad de la plataforma necesaria para apoyar el amplio espectro de nodos de procesamiento industrial utilizados en la actualidad en aplicaciones de automatización industrial , incluyendo los controladores lógicos programables, controladores de automatización de procesos, inteligente de E / S, operador de terminales de la interfaz, las unidades y sistemas de códigos de barras y de identificación.
plataformas SoC, que incluyen un núcleo de procesador, junto con una combinación de interfaces de periféricos en un chip integrado único, se han convertido en muy popular en el estándar de mercado de TI debido a su eficiencia en el diseño y la rentabilidad.
Para un SoC para abordar con eficacia las necesidades de puente entre los dominios de red diferentes de los modernos entornos de automatización industrial o de fábrica, la integración de varias interfaces de bus de campo para apoyar, así como Ethernet, se requiere.
Una combinación óptima incluiría SPI, I2C, CAN, RS485, TDM, PCI y Ethernet. Además de estas, las siguientes interfaces y protocolos también se recomiendan para soportar la memoria moderna y sus dispositivos periféricos: UART (PC16450 apoyo y modelos de programación PC16550), SDRAM DDR2 (con soporte ECC), USB 2.0, IEEE 1588 ® para la sincronización de reloj de nodos de red, y un número adecuado de GPIO - con todos los pernos de soporte capacidad de interrupción.
protocolos de bus de campo serie basada en uso hoy en día incluyen PROFIBUS, la CAN y DeviceNet. El módulo se puede utilizar en un diseño SoC debe apoyar la versión 2.0 y ser compatible con la versión del módulo anterior 1.0.
protocolos de Ethernet industrial basada en el uso incluyen PROFINET, EtherCAT y CANopen. Implementación de IEEE 1588 de apoyo para Ethernet debería apoyar la versión 2.0. El protocolo IEEE 1588 permite a los sistemas heterogéneos que incluyen relojes de diferentes precisión inherente a la resolución, y la estabilidad a todos ser sincronizados a través de la red.
Una aplicación asistida por hardware de IEEE 1588 apoyaría la precisión de sincronización de todo el sistema en el rango sub-microsegundo con la red de mínima y los recursos locales de computación reloj. RF de soluciones de conectividad, tales como 802.15.4 ZigBee ® o la tecnología, debe ser proporcionada por el controlador de PCI de admitir la versión 2.3.
Ethernet a Ethernet Industrial / puente de bus de campo . Un SoC diseñado con las interfaces anteriores y las características sería capaz de poner en práctica protocolos múltiples y deben apoyar tanto maestro y esclavo funcional para cada uno.
Tal SoC también podría proporcionar una función de puente entre los protocolos similares o diferentes. Por ejemplo, un protocolo similar puente sería de PROFIBUS a PROFINET donde sólo la conectividad física está cambiando. Un protocolo de diferentes puentes ejemplo sería cuando la CAN se convirtió en un PROFINET.
En este caso, la conversión se requiere la terminación completa de cada protocolo hasta el punto en función de mapeo / telemetría puede ser un común alcanzado. Una matriz de posibles combinaciones de puente se muestra en la Tabla 1 .
Tabla 1: Matriz de posibles combinaciones de Puentes ( Para ampliar la imagen, haga clic aquí )
Uso de la MPC8309 y MPC8306 / S
Diseñado para hacer frente a la necesidad de una mejor conectividad entre los diversos dominios de la red en el mercado industrial moderna, tanto en el MPC8309 y MPC8306 / procesadores de S ( Figura 3, abajo ) incorporan el procesador central e300c3, basada en la tecnología Power Architecture, que produce un excelente 1.99 DMIPS / MHz, y está disponible en frecuencias de 266 MHz hasta 400 MHz.
Figura 3: Diagrama de bloques MPC8306
Los dos núcleos de procesador incluye 16 KB de L1 de instrucciones y caché de datos, un entero doble y unidades de memoria en el chip de gestión (MMU). Ambos procesadores también disponen de un controlador de memoria DDR2 en el chip con corrección de errores (ECC) de apoyo para mejorar el rendimiento y la rentabilidad
El MPC8309 y MPC8306 / S ambos procesadores cuentan con QUICC Freescale tecnología de descarga del motor, diseñado para soportar una amplia gama de protocolos industriales sin tener que utilizar los recursos básicos del procesador.
Como resultado, estos procesadores son capaces de hacer en un solo chip lo que la mayoría de los competidores normalmente requieren dos fichas (es decir, un chip que proporciona funciones de procesador, más un adicional de chips FPGA para soporte de protocolo).
Industrial Ethernet y soporte de bus de campo se han añadido, así como soporte para la sincronización de tiempo IEEE 1588. los puertos industriales de interfaz aparece tanto en el MPC8309 y MPC8306 incluyen 4 CAN, UARTS 4x, SPI y SDIO.
Además de las aplicaciones industriales, el procesador MPC8309 también es ideal para aplicaciones de redes sensibles a los costes, incluyendo tarjetas I / O para las estaciones base de gama baja, los interruptores de gama baja Ethernet y módem.
Industrial de los diseñadores de sistemas de control que requieren un mayor rendimiento de un microcontrolador puede proporcionar, o que desean reducir el costo de su diseño mediante la combinación de compatibilidad con el protocolo, junto con un procesador central, se encuentra el procesador MPC8309 una opción excepcional.
Para aquellos clientes que utilizan PowerQUICC I o productos PowerQUICC II, MPC8309 y MPC8306 S / proporcionar una ruta de migración ideal, ofreciendo un mayor rendimiento y una mayor interfaces industriales, mientras que mantiene la compatibilidad con el código de estos procesadores antiguos.
El MPC8306 es un bajo costo, baja potencia (menos de 1,2 W típico) de la CPU con un excelente rendimiento (hasta 530 DMIPS) solución.El MPC8309 suma de 32-bit PCI 2.3, así como el autobús 32/16-bit de memoria DDR2 y hasta 800 DMIPS con menos de 1.5W típica.Ambos procesadores se han optimizado para abordar de forma eficaz los requisitos de control industrial moderno y aplicaciones de automatización de fábricas, así como aplicaciones de red de nivel de entrada.
El procesador MPC8309 está empaquetado en un pequeño (19 mm x 19 mm) MAPBGA 489 pines con un paso estrecho en 0,8 mm que permite a un tablero compacto, de bajo nivel y una huella más pequeña en general. la disipación de la energía baja elimina la necesidad de técnicas de disipación de calor externo y permite diseños sin ventilador.
La integración de interfaces en serie reduce el tamaño del tablero y un controlador de memoria DDR2 16/32 bits permite a los diseños de bajo coste de memoria. Apoyado por un amplio ecosistema de soluciones de terceros, incluyendo MQX, los clientes pueden fácilmente y de manera eficiente el diseño de una amplia gama de aplicaciones de conectividad de precios sensibles.
Un ejemplo de la amplia gama de protocolos industriales y de conectividad que puede ser apoyado por el MPC8309 se muestra en la Figura 4 a continuación .
Figura 4: Ejemplo de protocolos industriales que pueden ser apoyados y un puente por el MPC8309 y MPC8306 PowerQUICC II Pro CPU. ( Para ampliar la imagen, haga clic aquí .)
La adopción de estos dispositivos para el control industrial, red de la fábrica y la construcción de sistemas de automatización permiten una solución escalable, de un solo chip que es:
a) muy accesible debido al número reducido de componentes,
b) los costes de mantenimiento reducidos, ya que es totalmente programable, y
c) protege el software y hardware de la inversión a largo plazo debido a que su concepto de plataforma abarca la evolución futura de la comunicación y protocolos de aplicación.
Sargologos Nicolás es Gerente Senior, División de Productos específicos del cliente. John Ralston y Iain Davidson están con la División de Productos de Red de Freescale Semiconductor .
Viedo Fuente: Freescale
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