Bei gewöhnlichen Industrie-PCs kommt dabei schnell nutzbare PC-Karten Technologie zum Einsatz, wie zum Beispiel die PC-Karten Familie cifX von Hilscher. Damit kann ein IPC in kurzer Zeit ohne Hardware-Design um Echtzeit-Ethernet-Kommunikation aufgerüstet werden. Bei kompakten Geräten hingegen, insbesondere Slaves, erfolgt die Implementierung einer Echtzeitlösung üblicherweise per Integration eines steckbaren Moduls oder Design-In eines Kommunikations-ASIC. Bei solchen embedded Designs spielen neben der eigentlichen Kommunikationsfunktionalität auch technische und kommerziellen Randbedingen eine tragende Rolle. Das heißt vor allem die Größe und die Stückkosten der gewählten Lösung.
Integration über ASICs
Speziell bei mittlerem und hohem Volumen erfolgt deshalb die Integration der Kommunikationslösung über ASICs, wie z.B. dem flexiblen Multiprotokoll-Chip netX. Dabei erfolgt die komplette Entwicklung der Anschaltung von Grund auf durch den Kunden selbst. Niedrige Stückkosten stehen dabei dem Entwicklungsrisiko, der Entwicklungsdauer und der notwendigen In-House-Kompetenz gegenüber. Eine schnelle und sichere Alternative ist Hilschers Chip-Carrier netRapid. Im Briefmarkenformat kombiniert er die Vorzüge der ASIC-Integration mit den Vorteilen einer Modul-Lösung. Das heißt zum einen geringer Platzbedarf mit adäquaten Stückkosten und zum andern geringes Entwicklungsrisiko mit kurzem Time-to-Market. Als fertig lötbares netX-Chip-Design umfasst netRapid alle essentiellen Bauteile einer Kommunikationsbaugruppe. Neben dem Netzwerk-Controller netX52, enthält der Chip-Carrier die notwendigen Übertrager bzw. Treiber-Bausteine, den RAM- und Flash-Speicher und die galvanische Bustrennung. Damit verringert sich die Hardware-Entwicklung beim Kunden auf die Anbindung von Netzwerkstecker, LEDs und der 3,3V-Versorgungsspannung. Im Idealfall kann die Grundleiterkarte des Kundendesigns als einfaches Zweilagen-Design ausgeführt werden. Die Anbindung an das Host-System erfolgt über klassisches Dual-Port-Memory mit einem 8- bzw. 16-Bit breiten Datenbus oder eine 50MHz schnelle SPI-Schnittstelle.
Einheitliche Applikationsschnittstelle
Die Software-Entwicklung beschränkt sich auf das Anprogrammieren der Applikationsschnittstelle. Dank einer durchgängigen Plattformstrategie ist diese identisch zu allen anderen Hilscher Produkten, wie z.B. den steckbaren Kommunikationsmodulen comX. Im Klartext heißt das: gleiche Funktion mit gleicher Anwenderschnittstelle, gleichem Treiber und gleichen Tools – nur in einer anderen Bauform. Endgültige Funktionalität erhält netRapid durch eine lizenzierte Firmware, die im Fertigungsprozess des Endprodukts aufgespielt wird. Durch den netX52-Ansatz von Hilscher ist der Chip-Carrier eine echte Multiprotokolllösung und gut gerüstet für neue Anforderungen an Profinet und alle anderen Real-Time-Ethernet Systeme. Wie bei allen netX-basierten Produkten von Hilscher, lässt sich mit exakt einer Hardware alle führenden Echtzeit-Ethernet-Protokolle realisieren. Der Wechsel des Kommunikationsprotokolls erfolgt unkompliziert durch Laden der entsprechenden Firmware. Der 32x32mm kleine netX-Träger kommt als einseitig bestückte Leiterkarte und wird direkt auf die Grundplatine gelötet – per Hand oder SMD-Fertigungsprozess. Dabei sind die Lötkontakte wie bei einem QFP-Bauteil seitlich zugänglich und erlauben eine einfache Handhabung. Dies ist speziell für die Fertigungsprozesse relevant, die BGA-Lösungen noch nicht optimal verarbeiten können. Das Besondere am Chip-Carrier netRapid ist, dass es sich nicht nur um eine einfache Kommunikations-Lösung handelt. Vielmehr ist der Chip-Carrier ein grundlegendes Entwicklungs-Konzept, das den Kunden in jeder Phase seines embedded Designs begleitet und dabei eine jeweils abgestimmte Lösung bietet.
In drei Schritten zum Produkt
Eine Produktentwicklung lässt sich üblicherweise in drei Schritte gliedern: Evaluierung & Prototyping, Pilot- & Serienfertigung sowie Kostenoptimierung & Migration. Jede dieser Phasen bringt unterschiedliche Herausforderungen mit sich, die es zu lösen gilt.
Evaluierung & Prototyping
Nachdem sich an Hand von Evaluation-Boards mit der Technik vertraut gemacht wurde, folgt die Erstellung eines ersten funktionalen Prototyps. Und das wunschgemäß natürlich möglichst schnell und ohne komplexen Designaufwand. Speziell die Integration eines ASIC birgt hier schon ein gewisses Risiko, da die komplette Anschaltung von Grund auf durch den Kunden selbst entwickelt werden muss. Mehrere Entwicklungs-Iterationsstufen sind oft keine Seltenheit. In dieser Phase ermöglicht netRapid einen schnellen und risikolosen Einstieg in die netX-Welt. Als fertig lötbares und vor allem getestetes Design, wissen Kunden dass es funktioniert, bevor sie es entwickelt haben. Der Chip-Carrier kommt hier als einfache Lösung für schnelles Prototyping zum Einsatz.
Pilot- & Serienfertigung
Nach der erfolgreichen Bewertung des Prototypen, muss dieser in eine erste Pilotfertigung überführt werden, und das in den meisten Fällen mit einem anspruchsvollen Zeitplan. Genaue Stückzahlen des Produktes im gerade erst beginnenden Lebenszyklus sind meist noch unbekannt, wodurch die Bauteilbeschaffung speziell bei ASICs zur Herausforderung werden kann. Mit netRapid kann auch die erste Pilotfertigung schnell von Hand aufgebaut werden. Oder aber Kunden nutzen netRapid direkt in ihrer automatisierten SMD-Fertigung. Der Chip-Carier wird immer in Trays geliefert, auch in kleinen Mengen, sodass nach der Produkteinführung problemlos mit der Serien-Fertigung gestartet werden kann. Der Chip-Carrier wird in dieser Phase also als Kommunikationslösung auch für die Serie benutzt.
Kostenoptimierung & Migration
Speziell bei kompakten Slave-Anschaltungen spielen die Herstellungskosten eine große Rolle. In der Regel wird eine Kostenoptimierung schon während der Ramp-Up Phase angestoßen. Bei einer Anschaltung basierend auf steckbaren Modulen heißt das in letzter Konsequenz ein Re-Design auf eine ASIC Lösung. Hilschers netRapid hingegen ermöglicht bei steigenden Stückzahlen einen nahtlosen Wechsel zum eigenen netX-Design. Für diese Migration zum Chip liefert Hilscher die Bauteilliste sowie die Schaltpläne mit und der Chip-Carrier kann direkt in das Kunden-Design integriert werden. Das heißt, Kunden können exakt die gleiche bewährte Anschaltung, mit den gleichen Bauteilen und dadurch dem gleichen elektrischen Verhalten in Ihrem Design realisieren. Erfreulich dabei ist, dass keine Änderung der Software notwendig ist. Der Chip-Carrier ist in dieser Phase ein sicherer Migrationspfad zum eigenen netX-Design. Als Kommunikationslösung im Briefmarkenformat ist netRapid damit eine passende und langfristige Lösung für alle kompakten Feldgeräte. Ob nur als Lösung für Prototyping oder als Kommunikationsanschaltung für die Serie – als Begleiter durch alle Entwicklungsphasen hilft der Chip-Carrier Kosten zu reduzieren und Synergien zu nutzen.
