Infineon è pronta per l’Industry 4.0
XMC4800 è il primo microcontrollore che integra il nodo EtherCAT slave in un processore ARM® Cortex®-M a 32 bit, mantenendo inalterate le funzionalità analogiche.
Il protocollo EtherCAT combina l’alta richiesta d’isocronismo, larghezza di banda e immunità alle interferenze come nessun altro nel mondo dei protocolli Ethernet real-time. Il valore aggiunto di EtherCAT è la stabilità dello sviluppo, senza nessuna interruzione: le funzionalità sono costantemente estese, ma rimangono compatibili con le versioni precedenti. Tuttavia, l’accettazione nel mercato di EtherCAT non è comparabile con altri sistemi bus di campo, come il CAN.
Il microcontrollore XMC4800 vuole essere l’inizio del cambiamento. Questo perché combina EtherCAT con una maggiore qualità del prodotto, un programma “long-term” che prevede una disponibilità garantita fino al 2027 e un ambiente di sviluppo integrato totalmente gratuito.
EtherCAT, nessuna modifica dal 2004
La digitalizzazione globale si sta facendo strada nella produzione e inizia a richiedere una sempre maggiore quantità di informazioni. I sistemi fieldbus classici hanno già raggiunto i loro limiti tecnici e non sono più in grado di gestire un così elevato volume di dati. E sebbene non sia ancora chiaro come si svilupperà Industry 4.0, è altrettanto certo che questi non diminuiranno.
EtherCAT, a differenza di altri sistemi real-time Ethernet, non è cambiato dal 2004. I primi dispositivi comunicano nello stesso network con i nuovi prodotti, nonostante tutte le nuove funzionalità aggiunte nel frattempo. EtherCAT inoltre raggiunge i migliori valori di determinismo isocrono, che arrivano fino alle decine di nanosecondi. Attualmente c’è solo una caratteristica che EtherCAT condivide con Profinet ed Ethernet/IP™: i costi piuttosto elevati di manutenzione, necessari per tutto il ciclo di vita del prodotto.
XMC4800 è il primo microcontrollore, basato sulla piattaforma ARM® Cortex®-M4, con un controllore slave EtherCAT integrato, che mantiene inalterate le funzionalità analogiche.
Un confronto con le soluzioni esistenti presenti sul mercato, basate su FPGA e ASIC, mostra com’è facile integrare EtherCAT con l’XMC4800. Quest’ultimo non richiede componenti aggiuntivi, quali memoria esterna o un generatore di clock. Un PLL interno genera la frequenza di 25 MHz di clock mentre il codice è eseguito dal processore ARM® Cortex®-M4 a 144 MHz nella RAM integrata o nella memoria flash interna. La presenza di una memoria esterna implica una più problematica manutenzione durante il periodo di vita del prodotto.
I produttori di memorie ottimizzano le loro tecnologie per le industrie PC e Mobile, il che significa che un nodo tecnologico diventa obsoleto dopo cinque anni e da allora in poi non è più economicamente vantaggioso e dovrà essere dismesso. Questo non coincide con i tempi di ciclo di vita di un sistema industriale nel quale la longevità delle macchine deve essere di almeno 15 anni.
L’XMC4800, come tutti i dispositivi della famiglia XMC4000, risolve questo problema con un programma garantito “long-term”, almeno fino al 2027.
EtherCAT nel mondo dei sensori e degli attuatori
L’XMC4800, oltre allo slave EtherCAT, offre una vasta gamma di periferiche integrate, in modo da coprire completamente tutte le applicazioni. Oltre al processore ARM® Cortex®-M4, è dotato di una memoria flash espandibile fino a 2 MB, la RAM fino a 352 kB, e pone particolare enfasi sulla comunicazione di sensori ed attuatori. Nessun altro dispositivo, basato su core Cortex®-M, offre sei nodi CAN i cui messaggi possono essere organizzati in FIFO, permettendo una comunicazione con un’interazione ridotta con la CPU.
Ci sono inoltre sei interfacce seriali (UART, SPI, dual SPI, quad SPI, I2C, I2S) che possono essere realizzate tramite l’interfaccia programmabile USIC. Esistono anche interfacce parallele (EBU), USB e un’interfaccia SDIO/SD/MMC. Un’interfaccia TCP/IP offre un facile mezzo per la diagnostica e la manutenzione locale o remota. In aggiunta a queste periferiche di comunicazione, è l’integrazione con le interfacce per segnali analogici e misti che rende il microcontrollore XMC4800 unico.
Per quanto riguarda i sensori, esso è equipaggiato con quattro convertitori A/D a 12 bit, quattro demodulatori delta-sigma, due interfacce encoder.
Per gli attuatori, è fornito di due unità timer per controllare due full-bridges, quattro unità timer per gli half-bridges e due convertitori D/A a 12 bit. Questo permette di controllare, tramite encoder e resolver, fino a due motori mentre, simultaneamente, la comunicazione EtherCAT è attiva.
Qualità e design robusto per aprire nuovi mercati
L’applicazione tipica di EtherCAT è nell’automazione industriale. Finora, la tecnologia non si è ancora diffusa in un settore che pone grandi richieste di real-time sui fieldbus: macchine edili, carrelli elevatori e mezzi di trasporto agricoli. Questo non sorprende molto, dal momento che i dispositivi EtherCAT precedenti non sono stati in grado di soddisfare le esigenze necessarie di qualità e affidabilità. Come nel mercato automotive, i dispositivi devono essere in grado di operare in un range di temperatura esteso fino a 125 °C e ha bisogno di una qualifica AEC-Q100 per verificarne l’attendibilità. L’XMC4800 è il primo dispositivo EtherCAT che soddisfa questi requisiti.
Ma c’è una differenza tra il mondo industriale e quello automotive: l’XMC4800 non ha PPAP (Production Part Approval Process), il che significa che non è destinato ad essere utilizzato nella produzione di autovetture.
La famiglia di microcontrollori XMC4800 è composta da un totale di 18 dispositivi che variano in dimensione della memoria (da 1 MB flash e 200 kB di RAM fino a 2 MB flash e 352 KB di RAM), package (LQFP100, LQFP144, e LFBGA196), e range di temperatura (fino a 85 °C e 125 °C).
Tutti i dispositivi XMC4800 sono code-compatible con tutti i microcontrollori della famiglia XMC4000 e pin-to-pin compatibili con i rispettivi packages.
Plug & Play – Setting di EtherCAT con XMC4800
Infineon offre inoltre una scheda di sviluppo, l’XMC4800 Relax EtherCAT Kit, e una serie di adeguati strumenti di sviluppo software per la configurazione immediata del nodo EtherCAT. L’XMC4800 Relax EtherCAT Kit è dotato di un dispositivo XMC4800 (package LQFP144), un debugger on-board, un’interfaccia Ethernet, nodi CAN, USB e un lettore di schede SD/MMC.
Il kit è reperibile presso i distributori ufficiali di Infineon o sul sito www.infineon.com/xmc-dev. Per lo sviluppo software, Infineon offre l’ambiente di sviluppo gratuito DAVE™, in cui viene utilizzato lo SSC (Slave Stack Code) di Beckhoff, reperibile presso il sito www.infineon.com/dave.
