Tiger-Chip TPS1: Profinet-Implementierung einfach und preiswert

Herr Müller, warum hat sich Phoenix Contact überhaupt entschlossen einen eigenen Profinet-Chip zu entwickeln? Alles begann im Jahre 2003, als wir grundsätzlich entschieden haben, Profinet zu unserem Systembus zu machen. Von Beginn an stand dabei fest, dass wir uns auch in Bezug auf die Technologie stark engagieren wollen. Im Zuge der Umstellung unserer eigenen Geräte auf Profinet wurde schnell klar, dass insbesondere für die kompakten Geräte in der unteren Leistungsklasse die Anschaltkosten nicht in der Größenordnung bisheriger Feldbusse liegen. Unser Ziel lag also darin eine IRT-Lösung zu entwickeln, die preislich diese Anforderung erfüllt. Mit den Arbeiten am Chip haben wir dann im Jahr 2007 begonnen. Und was zeichnet den Tiger-Chip aus? Der Tiger-Chip, der übrigens offiziell die Bezeichnung TPS-1 trägt, ist unterhalb der verfügbaren Ertec-Chips angesiedelt. Ganz wichtig: Es handelt sich beim Tiger um eine Single-Chip-Lösung, d.h es sind keine weiteren Komponenten erforderlich, wenn man keine zusätzlichen Funktionalitäten benötigt. Für ein einfaches E/A-Modul braucht man also nicht mehr als den Chip, ein sehr kleines serielles Flash für die Konfiguration, die zwei Übertrager und zwei Buchsen, das war´s. Wie viele E/As können sie damit einfangen? Über den Chip sind es 48 Pins, die verwendet werden können. Zudem gibt es einfach zu nutzende serielle und parallele Schnittstellen, um Mikrocontroller anzuschließen. Der Tiger-Chip ist also für den Bereich einfacher I/Os und für den Einbau in kompakte Feldgeräte und Antriebe konzipiert. Ist der Chip beispielsweise mit dem ProfiSafe-Protokoll kompatibel? Ja, absolut. ProfiSafe wird auf höher liegenden Schichten zur Verfügung gestellt, und natürlich kann der Tiger-Chip alle Anwendungen mit sämtlichen Profinet-Diensten versorgen. Der TPS 1 ist voll kompatibel zum Standard sowie zu den Ertec-Chips. Das gilt übrigens auch für das ProfiEnergy-Profil. Das wird der Tiger genauso unterstützen. Welche Vorteile bietet der Chip gegenüber den Ertec-Chips? Der Aufwand, den man treiben muss, um eine Profinet-Schnittstelle zu realisieren, wird mit dem Tiger-Chip deutlich reduziert. Wenn man das aktuell mit einem Ertec-Chip macht, werden neben dem Chip externer Speicher und für den Software-Stack eine Betriebssystemlizenz sowie entsprechende Entwicklungswerkzeuge benötigt. Das macht die heutige Implementierung auf Ertec-Basis sehr flexibel, dafür aber gerade bei einfachen Feldgeräten, die diese Flexibilität gar nicht benötigen, entsprechend aufwändig. Daher positioniert sich der Tiger-Chip gerade in diesem Segment der einfachen Profinet-Anbindung. Das muss eben so einfach wie bei Interbus oder Profibus möglich sein. Wie haben Sie sichergestellt, dass der Chip mit dem Ertec voll kompatibel bleibt? Die Entwicklung des Chips ist gemeinsam mit Siemens erfolgt, sodass unsere Entwickler sich immer sehr eng mit Siemens abgestimmt haben. Es geht ja gerade nicht darum, mit dem Ertec-Chip in Konkurrenz zu treten, sondern zur Verbreitung der Profinet-Technologie aufeinander abgestimmte abgestufte Leistungsklassen von Chips anbieten zu können. Ab wann wird der neue Tiger-Chip verfügbar sein? Wir erwarten Ende diesen Jahres die entsprechenden Engineering-Samples und werden auch eine relativ große \’Risc-Production\‘ haben, mit der wir einerseits die Tests durchführen, andererseits aber schon in Designs gehen können. Serienmäßig wird der Chip im 3. Quartal des kommenden Jahres lieferbar sein. Werden die neuen Profinet-Funktionen wie Dynamic Frame Packing unterstützt? Eindeutig ja. An einigen Stellen kann man die Entwicklung des Chips und die Entwicklung der neuen Profinet-Funktionen gar nicht lupenrein voneinander trennen, da vieles parallel entwickelt wurde. Ab welcher Stückzahl lohnt sich ein eigenes Design-In für Gerätehersteller? Für Gerätehersteller, die Profinet in Software realisieren wollen und ohnehin einen sehr leistungsfähigen Chip einsetzen, mag sich der Tiger nicht rechnen, solange IRT nicht unterstützt werden soll. Für einen Gerätehersteller, der ein sehr einfaches Gerät hat, oder mit zunehmender Verbreitung von IRT, lohnt sich in der Regel nur der TPS-1. Hinzu kommt, dass Entwicklungen auf Basis der Tiger-Halbleiter in der Regel schneller am Ziel sind, weil man sich lediglich auf die Peripheriebeschaltung konzentrieren muss. Mit dem Profinet-Protokoll hat man nichts mehr zu tun. Der Tiger ist eben ein echtes Single-Chip-Konzept, das auf Einfachheit ausgelegt ist. Wie kann man die Leistungsfähigkeit des Tiger-Chips einordnen? Auf der Profinet-Seite kann der Tiger zunächst all das, was ein Ertec auch kann, plus die neuen Profinet-Funktionen. Hier gibt es hinsichtlich der Leistungsfähigkeit keinerlei Einschränkung. Beim Ertec200, kann die integrierte CPU für die Applikation genutzt werden. Beim Tiger-Chip ist sie für den Profinet-Stack reserviert. Prinzipiell bin ich mit dem Ertec200 also in der Lage, ein intelligentes Gerät zu bauen, ohne einen weiteren Prozessor zu benötigen. Auch die Tiger-CPU hat zwar prinzipiell noch Leistungsreserven, die wir jedoch für zukünftige Erweiterungen durch Firmware verwenden wollen und die daher nicht für die Applikation verwendet werden kann. Wenn der Chip Rechenleistung für die Applikation bieten soll, ist es eher der Ertec-Chip. Für Geräte, die bereits eine CPU für die Applikation haben, ist hingegen der Tiger häufig die bessere Wahl. Wo liegen denn nun die Kosten für einen Tiger-Chip? Neben den reinen Chipkosten benötigt man weitere Dinge. Werden also die Anschaltkosten insgesamt betrachtet, dann kommt man mit dem Tiger auf etwa 13,- Euro. Darin ist alles enthalten, was an Hard- und Software erforderlich ist, also zwei RJ45-Buchsen mit Übertragern und das externe serielle Flash für die Konfiguration. Beim Ertec benötigt man zusätzlich noch Flash und ein relativ großes RAM. Zusätzlich haben wir bei den Berechnungen berücksichtigt, dass der Tiger-Chip in einem Gehäuse verbaut wird, das sehr einfach verarbeitet werden kann, denn das Ball-Grid des Ertec-Chips erfordert eine relativ aufwändige Platine. Betrachtet man also die Gesamtanschaltkosten, so ergibt sich etwa die Hälfte an Kosten einer Ertec200-basierten Implementierung. Ihr Fazit zum Tiger? Wir haben das Ziel gehabt einen Chip zu bauen, mit dem die Anschaltkosten und Design-In-Aufwände für Profinet auf Feldbusniveau kommen. Das haben wir erreicht, bei entsprechend höherer Performance gegenüber dem Feldbus. Wir können wesentlich mehr Daten übertragen als mit jedem Feldbussystem – und das erheblich schneller und parallel zu TCP/IP. Was will man mehr! (kbn)