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netRAPID 51

netX Chipträger für Real-Time Ethernet Lösungen, IT-Funktionen und IoT
 
  • Fertig lötbares netX Design im Briefmarkenformat
 
  • Transparenter Ethernet-Kanal für eigene IT-Lösungen
 
  • Firmware-Update durch integrierten Webserver
 
 
  • Prototyping und SMD-Massenfertigung
 
  • Eine Hardware für alle Real-Time-Ethernet Slaves
 
  • Integrierter OPC UA Server & MQTT Client
 

 

netRAPID für Real-Time Ethernet in zwei Ausprägungen

Im Zuge der Dezentralisierung in der Automatisierungstechnik werden neben Steuerungsfunktionen vermehrt auch IT-Funktionen in die leistungsfähigen Prozessoren der Feldgeräte verlagert. Zusätzlich sollen diese intelligenten Feldgeräte auch an das „Internet der Dinge“ angebunden werden, um Analyse-, Zustands- oder Diagnose-Daten an eine überlagerte Cloud-Applikation zu liefern.

Grundvoraussetzung ist neben performantem Echtzeit-Ethernet der Zugang zum Standard Ethernet über eine gemeinsame Verkabelung. Idealerweise enthält die zentrale Kommunikationseinheit bereits Basis-IT-Funktionen, z.B. einen Webserver, sowie grundlegende IoT-Funktionalitäten, z.B. einen integrierten OPC UA Server bzw. MQTT Client. 

  


Anwendungsszenario: Mit integriertem OPC UA / MQTT, können Feldgeräte wertsteigernde Daten für Edge Geräte oder für Cloudservices über dasselbe physische Kabel zur Verfügung stellen.

  

Um den unterschiedlichen Anforderungen gerecht zu werden, gibt es netRAPID für Real-Time-Ethernet in zwei verschiedenen Ausprägungen:

 

NRP 52-RE

NRP 51-RE

Durch integrierte Ethernet Übertrager und Nutzung des netX internen RAM, ist netRAPID 52 optimiert auf minimalen Platzbedarf. Dabei liegt der Fokus rein auf der Echtzeit-Ethernet Kommunikation für kompakte Feldgeräte.

Durch ein zusätzliches SDRAM, statt den Ethernet Übertragern, ist netRAPID 51 optimiert auf maximale Funktionsmöglichkeiten. Neben Echtzeit-Ethernet Kommunikation gibt es einen integrierten Webserver sowie einen zusätzlichen, transparenten Ethernet-Kanal, um eigene IT-Lösungen im Host-Prozessor des Automatisierungsgeräts zu realisieren. Darüber hinaus steht ab Mitte 2018 eine Erweiterung um einen integrierten OPC UA Server und MQTT Client bereit.

 

 

Einheitliche Software-Struktur zur Applikation

netX basierte Produkte bieten als einheitliche Schnittstelle zum Host-Prozessor ein internes Dual-Port-Memory, über das der Datenaustausch abgewickelt wird. Das Dual-Port-Memory besitzt ein fest definiertes Layout, bestehend aus einem Systemkanal, einem Handshakekanal sowie bis zu 4 Kommunikationskanälen, die unabhängige Funktionen / Protokolle abbilden können.

Je nach Funktionsumfang der geladenen netX Firmware, variiert die Anzahl der Kommunikationskanäle, die der Applikation angeboten wird. Allen Lösungen gemein ist, dass im ersten Kanal (Kanal 0) immer die Echtzeit-Ethernet Daten abgebildet werden.

Im Maximalausbau bietet die Firmware für netRAPID 51 drei separate Kanäle an, auf die der Host Prozessor per 50MHz SPI zugreift:

Kanal 0:

Zyklische und azyklische Echtzeit-Ethernet Daten

Kanal 1:

Ethernet-Kanal mit TCP socket oder Raw Ethernet Schnittstelle

Kanal 2

IoT Daten mittels OPC UA / MQTT (ab Mitte 2018 verfügbar)

 

 

Host Anbindung über schnelles SPI

Abhängig vom Produkt erfolgt der Zugriff auf das netX interne Dual-Port-Memory entweder per 8/16bit breitem Parallelbus (DPM-Mode) oder seriell mittels 50MHz SPI (SPM-Mode).

Im DPM-Mode kann in der Regel (Adressleitungen: A0 - A13) nur auf den Kanal 0 für Echtzeit-Ethernet zugegriffen werden. Wohingegen im SPM-Mode die Applikation immer den Kanal 0 für Echtzeit-Ethernet als auch Kanal 1 und 2 für zusätzliche IT & IoT Funktionen bedienen kann.

Die folgende Tabelle zeigt die Zuordnung der Ethernet-Protokolle zu den Kommunikationskanälen für die jeweilige Betriebsart der Host-Schnittstelle:

 

Modus der Host- Schnittstelle Kanal 0:
Real-Time Ethernet 
Kanal 1:
Standard-Ethernet
Kanal 2:
IoT-Daten (geplant)
DPM Mode E/A Daten - -
azyklische Kommunikation
SPM Mode E/A Daten TCP/UDP Daten via MQTT
azyklische Kommunikation Raw Ethernet Daten via OPC UA

 

Ethernet Kommunikation

Wie alle netX-basierten Produkte besitzt netRAPID 51 vier MAC Adressen (MAC0 - MAC3). Diese entstammen standardmäßig dem Hilscher MAC Adressen Pool und werden im Produktionsprozess eingespielt. MAC Adressen 0 bis 2 sind für Real-Time Ethernet Kommunikation reserviert, die MAC Adresse 3 ist der separaten Raw Ethernet Kommunikation vorbehalten. Dabei erfolgt die Aufteilung des eingehenden Ethernet-Traffic für separate MAC Adressen bereits im Real-Time Ethernet Switch des netX Controllers.

Zur Anbindung von Internet Protokollen bzw. Ethernet Diensten greift die Applikation auf den Kanal 1 des netRAPID 51 zu. Je nach Anforderungen der Applikation kann der TCP Socket Mode oder Raw Ethernet Mode verwendet werden.

Im TCP Socket Mode kann die Host Applikation eigene UDP/TCP basierte Dienste mittels bereitgestellter Socket Schnittstelle ans Netzwerk anbinden. Dabei wird der netX integrierte TCP/IP Stack und IP Adresse mitverwendet und die Host Applikation ist im Netzwerk mit denselben Netzwerk Parameter sichtbar wie das Real-Time Ethernet Protokoll.

Im Raw Ethernet Mode kann die Host Applikation auf das Netzwerk transparent zugreifen, als ob es einen separaten Netzwerk Anschluss hätte. Die Anbindung erfolgt im netX Real-Time Ethernet Switch über eine separate Ethernet MAC Adresse. So ist die Host Applikation im Netzwerk als individuelles Gerät sichtbar und kann eigene Netzwerk Parameter frei auswählen (z.B. die IP Adresse eines im Linux Host System integrierten TCP/IP Stack).

netRAPID NRP 51-RE hat 4 MAC-Adressen: MAC0 bis MAC3.

 

MAC-Adresse Protokoll Kommunikationskanal
MAC0 Real-Time Ethernet-Protokoll Kanal 0
TCP, UDP Kanal 1
MQTT, OPC UA Kanal 2
MAC1 und MAC2 Verwendet von Real-Time Ethernet-Protokoll. Kanal 0
MAC3 Raw Ethernet Kanal 1

 

 

 

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