Typische Antriebslösungen für die industrielle Automatisierungstechnik gliedern sich in mehrere Funktionsbereiche. Der erste ist die Steuereinheit, die auf einem Mikroprozessor oder Mikrocontroller basiert und die Hauptapplikation implementiert. Der zweite ist die industrielle Kommunikationseinheit, hier dominieren traditionell Feldbusprotokolle wie Profibus, jedoch geht der Trend zu Industrial-Ethernet-Protokollen wie Profinet, Ethercat, Ethernet/IP, Powerlink oder Sercos III. Hinzu kommen die Motor-Feedback-Protokolle wie EnDAT oder BiSS.
Controller für Funktionssicherheit
In Bild 1 ebenfalls dargestellt ist das Funktionssicherheitselement, das häufig als separate Einheit oder als eigenständiges Modul mit einem Mikrocontroller implementiert wird. Texas Instruments (TI) entwickelte die Mikrocontroller der Hercules-Reihe mit Blick auf verschiedene Funktionssicherheitsnormen wie die IEC61508 und bietet neben Hardware und Software Tools auch die notwendige Dokumentation für ein reibungsloses Design der Sicherheitslösung an. Zur Verbesserung des Gesamtsystems würde eine integrierte Antriebsarchitektur die drei Schlüsselfunktionen Applikation und Steuerung, Industrial Ethernet und Feedback in einem System-on-Chip (SoC) vereinen. Es gibt bereits Lösungen, die auf Standard-Mikrocontrollern basieren und eine oder zwei dieser Funktionen abdecken. Bislang konnte jedoch keine dieser Lösungen alle drei Schlüsselfunktionen in einem SoC zusammenfassen. Der neue Chip Sitara AM437x dagegen bietet den erforderlichen hohen Integrationsgrad.
Skalierbare ARM-Plattform
Die Mikroprozessorfamilie Sitara AM437x von TI ist eine skalierbare Plattform, die in verschiedenen Geschwindigkeiten und Konfigurationen angeboten wird und einen leistungsstarken ARM-Cortex-A9-Prozessor mit einer Single-Cycle-VFP-Einheit (Vector Floating Point) kombiniert. Sie kann damit viele Applikationsaufgaben übernehmen wie zum Beispiel die Motorsteuerung, die Feldbus- und Industrial-Ethernet-Stacks und die zentrale Steuerungseinheit, die auf einen bis zu 512KB großen On-Chip-Speicher zurückgreifen kann. Hinzu kommt das industrielle Kommunikations-Subsystem (PRU-ICSS), das schon in verschiedenen anderen Sitara-Produktfamilien zum Einsatz kam und in seiner Leistungsfähigkeit gesteigert wurde. Es kann somit gleichzeitig das Industrial-Ethernet und die Rückmeldung der Motorposition verarbeiten und hat dennoch genügend Bandbreite für weitere echtzeitkritische Aufgaben übrig. Ein zusätzliches Highlight der neuen PRU-ICSS-Einheit ist ein Hardware-Akkumulator für ein neunkanaliges Sinc3-Filter pro PRU-Core. Zusammen mit einem externen Sigma-Delta-Modulator kann dieser die digitale Filterung für eine präzisere Strommessung in dieser Art industrieller Antriebslösungen übernehmen.
Security onboard
Die verbleibenden Komponenten des Antriebs werden mit integrierten Peripheriefunktionen implementiert wie beispielsweise dem ePWM-Block (enhanced Pulse-Width Modulator), dem eQEP-Block (enhanced Quadrature Encoder Peripheral) und den chip-integrierten ADCs. Auf Grund der wachsenden Bedeutung des Sicherheitsaspekts in industriellen Anwendungen bietet der neue Prozessor eine Kryptografiebeschleunigung und einen abgesicherten Boot-Vorgang. Im Rahmen der skalierbaren Plattform gibt es pinkompatible Optionen, die die PowerVR SGX Graphics Accelerator Subsystems für die 3D-Grafikbeschleunigung integrieren, um HMI-Anwendungen im industriellen Bereich zu unterstützen. Mithilfe des Industrial Development Kits (IDK) kann umgehend mit der Entwicklungsarbeit begonnen werden.
