Noch vor wenigen Jahren genügte es, wenn ein Baustein in einem Automatisierungsnetzwerk Daten erfassen und sie über das Feldbus-Protokoll an den Controller weiterleiten konnte. In der Regel wurde diese Aufgabe in Hardware ausgeführt. In dem Maße, wie die Industrial-Ethernet-Technologie die Kommunikation in der Fertigung übernahm, gewann die Embedded-Firmware an Komplexität. Neue Protokolle wie Ethernet/IP, Profinet und einige mehr werden jetzt in Software implementiert. Darüber hinaus muss die Software jetzt auch neue Hardware-Komponenten wie Embedded-Ethernet-Switches unterstützen. Die so gestiegene Systemkomplexität kann einen entscheidenden Faktor für den Erfolg eines Produktes infrage stellen: die Markteinführungszeit. Dies zwingt Unternehmen, mehr Funktionen in weniger Zeit zu entwickeln. Um Zeit, Geld und Ressourcen zu sparen, muss die Software über unterschied-
liche Hardwareplattformen wiederverwendet werden. Entscheidende Voraussetzungen für eine einfache Code-Wiederverwendung sind daher Modularität, kompakter Aufbau und ein hohes Maß an Kohärenz.
Vielfalt der Ethernet-Protokolle
Die zentrale Herausforderung in diesem Kontext ist die Vielfalt der verfügbaren industriellen Ethernet-Protokolle wie Ethercat, Ethernet/IP, Profinet usw. Alle diese Technologien haben eine lange Geschichte und bieten unterschiedliche Funktionen. Manche von ihnen benötigen sogar eine spezielle Hardware-Unterstützung. Deshalb ist es eine Herausforderung, ein hohes Maß an Kohäsion zu erreichen. Es überrascht daher kaum, dass zum Beispiel eine für Profinet geschriebene Anwendung für eine Ethercat-Implementation vollständig umgeschrieben werden muss. Bei manchen auf dem Markt verfügbaren Hardware-Plattformen laufen die verschiedenen Protokolle auf völlig unterschiedlichen Ecosystemen. Dies macht das Wechseln zwischen den Protokollen zeitraubend, teuer und aufwendig.
Die GOAL-Middleware in der RZ/N1-Produktfamilie kann dieses Problem lösen. Die Middleware bietet ein Software-Framework, mit dem die Entwicklung einer nur geringfügig verknüpften Software möglich ist. Die GOAL-API ist dabei die Schnittstelle zu allen System-Komponenten, die unabhängig von der darunterliegenden Hardware für alle unterstützten Plattformen stabil ist. Die Schnittstelle zum darunterliegenden System selbst erfolgt über die für den Programmierer vollständig transparente GOAL-Target-API.
Einer der Hauptvorteile der GOAL-Plattform ist die Struktur des Application Programming Interface (API) als einzigartige Software-Kommunikationsschnittstelle für zahlreiche industrielle Ethernet-Protokolle. Alle Protokolle, die über GOAL portiert werden, teilen sich die gleiche Abstraktionsschicht und sind mit der Applikationssoftware über eine einheitliche Software-Schnittstelle verbunden. Natürlich hat die Applikationssoftware eine gewisse Abhängigkeit von den Stacks und muss für jedes unterschiedliche Kommunikationsprotokoll geändert werden. Wie oben erläutert, enthalten die Protokollstapel ähnliche, aber nicht dieselben Funktionen und Parameter. Allerdings ermöglicht GOAL einen einfachen Austausch der Kommunikationstechnologien mit minimaler Auswirkung auf die Anwendungssoftware. Eine im Rahmen des GOAL-Frameworks umgesetzte industrielle Netzwerkanwendung muss nur minimal modifiziert werden, wenn sie von einem Industrieprotokoll zum anderen portiert wird. Dies hat für Entwickler den Vorteil, dass diese sich nicht mehr der Portierung, sondern voll und ganz anderen Entwicklungs- und Testaufgaben widmen können.
Inter-Prozessoren-Kommunikation
Ein weiterer Vorteil der GOAL-Plattform folgt aus der Inter-Prozessor-Kommunikations-API von GOAL. Diese ermöglicht eine Konnektivität zwischen einem Kommunikations-Prozessor (wie z. B. RZ/N1L oder R-IN32M3) und einem herkömmlichen API. Bei den hoch integrierten RZ/N1D- und RZ/N1S-SoCs übernimmt dieses API die Kommunikation zwischen dem Kommunikations- und dem Anwendungsblock. Dank seiner Architektur ist das Core-to-Core-API unabhängig vom darunterliegenden Hardwaresystem, welches die Nachrichten überträgt. Shared Memory, Mailbox-basierende Systeme oder SPI – die Kommunikation lässt sich an alle diese Techniken anpassen. Dementsprechend kann man über das GOAL-API gelegte Anwendungen mit allen diesen unterschiedlichen Hardwarekomponenten nutzen. Da die GOAL-Target-Schnittstelle für alle auf der R-IN-Engine beruhenden Plattformen verfügbar ist, können Entwickler die gleiche Software auf mehreren auf der R-IN-Engine basierenden SoCs nutzen – auf dem R-IN32M3, dem RZ/T1 oder der RZ/N1-Produktfamilie.
Während Unternehmen mit speziellen Ressourcen für industrielle Kommunikation flexibel genug sind, um selbst ihre eigenen Protokoll-Stacks über GOAL zu portieren, können Unternehmen mit begrenzten Ressourcen die R-IN-Engine im RZ/N1 einfach als Industrial-Ethernet-Blackbox betrachten. Zusammen mit Partnerunternehmen wie Cannon Automata, Net Module, port GmbH und TMG TE, die Marktführer im Bereich der Industriekommunikationssoftware sind, hat Renesas zahlreiche Protokoll-Stacks für die R-IN-Engine portiert. Das GOAL-API ist direkt verfügbar auf dem Cortex-A7-Abschnitt, wo auch die Anwendungssoftware installiert ist.
Neben dem Abschnitt für industrielle Kommunikation verfügt GOAL auch über einen vom TCP/IP-Stack unabhängigen Webserver. Darüber hinaus gehören auch unterstützende Netzwerkprotokolle wie SNMP und RSTP zum Lieferumfang. Damit ist GOAL prädestiniert für den Einsatz in netzwerkfähigen Geräten wie Managed Switches, Router und Gateways. Zusätzlich zum TCP/IP-Stack bietet GOAL auch ein unabhängiges, stabiles API für TCP/IP-basierte Anwendungen mit Unterstützung für die unterschiedlichen TCP/IP-Stacks – unabhängig davon, ob die Stacks das BSD-Socket-Interface unterstützen oder nicht.
Solution Kit ist verfügbar
Der Rest des RZ/N1-Ecosystems ist abhängig von der Produktver-
sion. Der RZ/N1D-Anwendungsblock läuft unter den Betriebssystemen Linux oder ThreadX. RZ/N1S dagegen unterstützt ThreadX und VxWorks. Die R-IN-Engine im Kommunikationsblock aller drei Bausteine läuft mit UItron-Bibliotheken. Ein so genanntes Solution Kit auf der Basis von RZ/N1D und GOAL ist bereits lieferbar und kann direkt im Renesas-Webshop oder bei einem Distributionspartner bestellt werden.
Ein Whitepaper informiert über die RZ/N1-Kommunikation
