EMBEDDED
50 • NOVEMBRE • 2013
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HARDWARE
INDUSTRIAL AUTOMATION
aggiunto a un prodotto. Si tratta sempli-
cemente una funzione indispensabile
e quindi la decisione “make vs buy”
(ovvero sviluppare in proprio oppure
acquistare) è in questo caso molto sem-
plice da prendere.
I vantaggi degli FPGA
A differenza degli azionamenti tradizio-
nali basati su dispositivi ASIC, ASSP,
MCU e DSP, un azionamento che uti-
lizza una singola piattaforma FPGA,
come ad esempio un componente della
famiglia Cyclone V di Altera (Fig. 3) si
propone come una soluzione scalabile
capace di soddisfare le più svariate esi-
genze dell’azionamento stesso.
Gli FPGA di Altera consentono di uti-
lizzare molte architetture di processore
– come ad esempio il processore soft
embedded Nios II o il più potente processore hard dual core
Cortex-A9 MPCore di ARM. Grazie al supporto per diversi tipi
di sistemi operativi, dei più recenti protocolli IE, di interfacce
per encoder digitali, di funzioni matematiche e in virgola mobile
e alle numerose caratteristiche implementate in hardware (har-
dened) come ad esempio controllori di memoria, blocchi DSP
a precisione variabile e transceiver, un sistema per controllo
motore basato su FPGA consente di integrare le funzioni tradi-
zionali di un FPGA con l’anello di controllo dell’azionamento e
le funzioni del protocollo di comunicazione. Poiché queste fun-
zioni digitali di un sistema di azionamento sono implementate
utilizzando un chip singolo, Industrial Ethernet diventa uno dei
numerosi blocchi funzionali integrati in un FPGA.
Al fine di semplificare lo sviluppo i progettisti devono fornire
agli OEM la maggior parte dei protocolli IE per gli slave senza
per questo effettuare pagamenti per la sottoscrizione dei con-
tratti di licenza oppure per royalty separate. Una soluzione di
questo tipo è offerta da Altera e Softing Industrial Automation,
uno dei principali fornitori di tecnologie e prodotti di comu-
nicazione industriale per l’automazione dei processi e della
produzione. La soluzione proposta dalle due società garantisce
agli utenti l’accesso a un gran numero di protocolli senza dover
effettuare pagamenti all’atto della sottoscrizione dei contratti di
licenza o eseguire rendicontazione delle royalty oppure impe-
gnarsi in negoziazioni prolungate.
Struttura dell’IP del protocollo
Il blocco di proprietà intellettuale (IP) per Industrial Ethernet
dispone sia di un componente logico sia di un componente
software (stack). Il componente logico implementa i bloc-
chi hardware necessari per i diversi protocolli – come ad
esempio uno switch per Profinet ed EtherNet/IP, un hub
per PowerLink e così via. Questa IP è fornito sotto forma di
“black box”, il che significa che l’RTL sorgente non è reso
disponibile. L’accesso a questo IP è possibile attraverso
un’interfaccia definita e documentata. La componente sof-
tware include lo stack del protocollo che gira su un sistema
operativo open source, come ad esempio eCOS, disponibile
sotto forma di file binario .elf all’interno dell’ambiente di
sviluppo integrato (IDE) di Nios II.
L’accesso allo stack del protocollo può avvenire attraverso
una API (Application Programming Interface) software
comune a tutti i protocolli Industrial Ethernet.
Nella figura 4 viene proposto un esempio in cui il blocco
di comunicazione industriale è separato dall’unità centrale.
L’integrazione in un unico chip e la contemporanea sepa-
razione dei requisiti dello stack permette di superare con
maggior semplicità le problematiche legate all’integrazione
– come ad esempio il multithreading o la commutazione dei
task – senza per questo influenzare i requisiti in real time
dello stack del protocollo.
Un’altra opzione è quella di integrare gli stack del proto-
collo nel sistema principale. La scelta di implementazione è
comunque di pertinenza del progettista.
Come accade per altre funzioni di comunicazione, l’im-
plementazione di Industrial Ethernet si sta spostando dai
moduli ai dispositivi e si appresta a divenire una funzione
“deeply embedded”. Si tratta di un’evoluzione standard tipi-
ca di molte altre funzioni: col passare del tempo un numero
sempre maggiore di costruttori sta focalizzando i propri
sforzi sull’ottimizzazione dei progetti soprattutto in termini
di consumi, costi e dimensioni.
Fig. 4 – Blocco per la comunicazione
in ambito industriale basato su FPGA
