Echtzeit-Prozessor

So knackt Industrie 4.0 den Schlüsselfaktor Echtzeit

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Vernetzte Systeme bergen Einsparpotenzial

Ein weiteres Instrument der Automation in der Industrie 4.0 sei die Visualisierung der Produktion. Das geschieht mit Hilfe einer virtuellen Kopie des herzustellenden Werkstücks, dem sogenannten Digital Twin. So lassen sich die Prozesse und Anlagen von überall aus betrachten oder steuern. Fähigkeiten, aus denen sich aufkommende Trends wie Predictive Maintenance, Cloud Services, Big Data und Internet der Dinge speisen. Diese Anpassungen der Fertigungs- und Geschäftsprozesse bieten Marktforschern und Branchenexperten zufolge ein enormes Potenzial für Einsparungen - vorausgesetzt es handelt sich um vernetzte Systeme.

Neuer Architektur-Ansatz

„Mehr Performance wiederum erfordert nicht nur eine Realtime-Kommunikation der Anlagen untereinander. Ich brauche dafür viel sogenannte Processing Power, also Leistung und auch Geschwindigkeit“, erklärt Thamm und skizziert, was im Hinblick auf die Smart Factory noch alles hinter den reinen technischen Fakten steckt. Denn Renesas verfolgt mit der Architektur des Antriebs-Chips RZ/T1 einen neuen Ansatz, der auf die Anforderungen der Fabrik von Morgen zielt: Nicht mehr je ein Bauteil für Kommunikations-Chip, Motor-Control-Chip und Encoder-Chip, sondern 3-in-1. „Das Design besteht aus zwei CPU-Kernen, die der Kunde frei programmieren kann.“ Der eine CPU-Kern, ein ARM Cortex R4F mit einer Taktfrequenz bis zu 600 MHz, ist für die Antriebssteuerungs-Software gedacht, der zweite CPU-Kern, ein ARM-Cortex M3 dient als Kommunikations-Schnittstelle auf Feldbus-Ebene. Dieser Teil wird zusammen mit zusätzlichen Hardware-Beschleunigern auch R-IN Engine genannt.

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Die Bausteine sind konfiguriert mit einem sogenannten Tightly Coupled Memory (TCM). „Dieser wiederum ist direkt an der Verarbeitungseinheit der CPU angeflanscht.“ Der Prozessorkern greift also über eine dedizierte Speicher-Schnittstelle direkt anstatt über den Umweg des Cache-Speichers auf den Highspeed-On-Chip-Speicher zu. „Und das bedeutet: Kein Cache, keine Waitstates, während des Betriebs werden keine Daten nachgeladen.“ Erst durch die Eliminierung dieser Cache-Latenzen werden Echtzeit-Aufgaben möglich, weil sie das nötige Reaktionsvermögen gewährleisten. Ebenfalls integriert die R-IN-Engine, ein Hardware-Beschleuniger für die Industrial-Ethernet-Kommunikation.

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