FPGA-Lösungen für Real-Time Ethernet Slave Lösungen

Die Nachfrage nach Real-Time-Ethernet fähigen Geräten wächst kontinuierlich. Gerätehersteller die bisher Feldbus Asics in Ihre Feldgeräte integriert haben, erwarten ebenso Lösungen für Modbus, Profinet IO und EtherNet/IP. Moderne FPGA Lösungen mit integrierten Prozessoren und IP Cores, in Verbindung mit kompakten Protokollstacks kommen den Vorstellungen der Gerätehersteller nach Herstellerangaben entgegen. So intergiert ein modernes FPGA Design alle wesentlichen Komponenten zum Aufbau eines Feldgerätes. Die von Softing verwendeten FPGAs Cyclone III von Altera werden in 65nm-low-power Process hergestellt und bieten bis 120K LEs (Logikelemente), 4M-bit internen Speicher und bis zu 535User-IO-Pins. Mit der kompakten Bauform und den eingebrachten Optimierungen zur Senkung der Leistungsaufnahme eignet sich der Cyclone III zur Realisierung von Geräteanschaltungen. Profinet IO, EtherNet/IP und Modbus werden vollständig auf dem integrierten Prozessor NiosII ausgeführt. Da alle drei Protokolle auf Standard TCP/IP basieren, sind keine speziellen Hard-Real-Time Anforderungen umzusetzen um Reaktionszeiten von <1ms zu erreichen. Die Geräteapplikation wird ohne aufwendige Änderungen über die Applikationsschnittstelle EPIIC von Softing an die drei Ethernet Protokolle angebunden. Wahlweise kann die Applikation auf einer eigenen externen CPU oder kostengünstig über einen zweiten integrierten Nios-Prozessor ausgeführt werden. Interfacekosten von unter 30# sind so realisierbar. Durch das einheitliche Design senkt der OEM Hersteller seine Kosten für Wartung und Support und verkürzt die Zeit für die Produktfreigabe. Man kann davon ausgehen, dass weitere Ethernet Protokolle zusätzliche Anforderungen an die Performance (IRT) und Flexibilität (Redundanz) für den Technologielieferanten bringen. Aus diesem Grund stellt Softing einen komplett in VHDL entwickelten Switch mit den eigenen Real-Time-Ethernet Protokollen zur Verfügung. Vorteile dieser IP Lösung sind: Kosteneinsparung, da kein externer Switch benötigt wird, integrierte IEEE 1588 V1/V2 zur netzweiten Synchronisation von Feldgeräten, Performancesteigerung durch Protokolloptimierung und Erweiterung der Management-Dienste um Redundanzkonzepte oder integrierte Gerätediagnose.