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Nouveaux produits

Renesas Electronics améliore la productivité des applications industrielles

Publication: Novembre 2014

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Un CPU temps-réel, doté d’une fréquence de fonctionnement atteignant 600 MHz et d’un moteur R-IN...
 

Renesas Electronics a annoncé le groupe RZ/T1, une nouvelle solution pour l’automatisation industrielle intégrant une fonctionnalité de réseau industriel et destinée aux servomoteurs AC, aux contrôleurs de mouvement, au contrôle d’onduleur et plus généralement aux équipements industriels qui requièrent de hautes vitesses, une grande réactivité et d’excellentes performances temps-réel.

« Une demande accrue pour plus de productivité dans les usines impose des améliorations sur les performances et la connectivité des réseaux, » déclare Niels Trapp, Senior Manager, Industrial & Communications Business Group à Renesas Electronics Europe. « La nouvelle famille RZ/T1 répond à ce besoin du marché en combinant sur une puce unique de hautes performances, le contrôle temps-réel et des fonctions de communication multi-protocoles Ethernet industriel ».

Les solutions traditionnelles telles que des microprocesseurs (MPU) haute-fréquence à mémoire cache ne sont pas adaptées au contrôle temps-réel du fait des caractéristiques d’imprévisibilité en terme de délais de la mémoire cache. Et, bien que des microcontrôleurs (MCU) embarquant de la mémoire flash soient commercialisés comme pouvant en principe convenir au contrôle temps-réel, les exigences pour plus de performances leur font atteindre la limite de leurs possibilités.

De plus, des réseaux déterministes basés sur des standards ouverts tels qu’EtherCAT®, Ethernet/IPTM, et PROFINET sont de plus en plus utilisés par une grande variété d’équipements industriels. Le support pour ce type de standards demande généralement l’utilisation d’un ASIC séparé prenant en charge la fonctionnalité dédiée à la communication, ce qui conduit à une augmentation du coût du système et de l’encombrement du circuit imprimé.

Les composants du nouveau groupe RZ/T1 sont construits autour d’un CPU ARM® Cortex™-R4F opérant jusqu’à 600 mégahertz (MHz) et sont configurés avec une mémoire à deux régions étroitement liées (tightly coupled memory, TCM, Note 1), cette mémoire étant connectée directement au CPU, la présence d’une mémoire cache devient inutile. Les TCM assurent des tâches critiques, telles que la gestion des interruptions et des tâches temps-réel, ce qui garantit un niveau élevé de réactivité et un fonctionnement sans temps de latence. Le RZ/T1 embarque également le moteur R-IN, un accélérateur de communication pour l’Ethernet industriel. Il fournit les mêmes caractéristiques multi-protocoles que la célèbre famille R-IN de Renesas, avec son support pour plusieurs standards de communication de l’Ethernet industriel, incluant EtherCAT.

De même, les composants RZ/T1 comportent plusieurs des fonctions périphériques propres aux familles RX et SH de Renesas, ce qui simplifie la tâche des fabricants de systèmes pour concevoir des systèmes évolutifs de contrôle des équipements industriels en profitant des multiples architectures de Renesas.

Principales caractéristiques des solutions RZ/T1 :

1) CPU Cortex-R4F opérant jusqu’à 600 MHz et une mémoire à haute vitesse, de large capacité, étroitement couplée et connectée directement au CPU pour un traitement à haute vitesse et une excellente réactivité. Le groupe RZ/T1 est bâti autour du CPU Cortex-R4F d’ARM (évalué à 1,66 DMIPS/MHz), qui est conçu pour le traitement temps-réel, peut fonctionner à des fréquences jusqu’à 600 MHz, et comporte une unité FPU simple/double précision pour des opérations mathématiques performantes. Il bénéficie de deux régions TCM – 512K dédiés au code et à son exécution et 32K pour les données, chacune accédant efficacement au CPU sans aucun délai d’attente (Note 2). Il est muni également de 1Mo de RAM supplémentaire, utilisable par l’application afin de permettre un meilleur partitionnement et une plus grande efficacité. De plus, il y a un contrôleur vectoriel des interruptions (VIC) séparé réalisé en hardware qui assure une gestion de très hautes performances et avec une faible latence des interruptions ; un atout supplémentaire pour augmenter les performances temps-réel. Toutes ces améliorations apportées à la configuration permettent de construire des systèmes de traitement à haute vitesse et affichant une excellente réactivité temps-réel. Les résultats obtenus sont bien meilleurs que ceux des systèmes faisant appel aux MCU conventionnels avec de la mémoire flash embarquée ou à des microprocesseurs équipés de mémoire cache.

2) Moteur d’accélération R-IN pour les communications Ethernet industriel Le groupe RZ/T1 réunit des composants équipés du très renommé moteur R-IN de Renesas. Ce moteur R-IN incorpore un accélérateur Ethernet et un accélérateur d’OS temps-réel (HW-RTOS). Le moteur R-IN comporte un cœur CPU dédié fonctionnant à 150 MHz, implémente en matériel les fonctions d’OS temps-réel, et gère les communications et les périphériques pour une efficacité accrue au niveau du système. Il est conçu pour supporter de multiples standards de l’Ethernet industriel comme EtherCAT, Ethernet/IP, and PROFINET. Le consortium R-IN, lancé récemment, a pour objectif de fournir un ensemble de solutions provenant de Renesas et de ses partenaires commerciaux qui réduiront le temps requis pour développer les équipements industriels.

3) Des fonctions périphériques héritées des MCU déjà renommés de Renesas pour l’évolutivité, et de nouvelles fonctions périphériques améliorées ainsi que des fonctions de sécurité pour les équipements industriels.

Les familles de MCU SH et RX de Renesas ont fait leurs preuves sur le terrain dans le domaine des équipements industriels, et la famille RZ/T1 hérite de plusieurs de leurs fonctions périphériques, comme les très réputés timers et fonctions de communication. Cela simplifie le développement en permettant de réactualiser des conceptions déjà existantes sur d’autres architectures Renesas, accélérant ainsi le temps de mise sur le marché. Pour satisfaire les exigences en fiabilité et en sécurité des équipements industriels, la mémoire embarquée, dont la mémoire étroitement couplée, incorpore une fonctionnalité d’ECC. Des fonctions de sécurité additionnelles, comme la protection des écritures de registre qui empêchent l’écrasement des registres critiques en cas de dysfonctionnement d’un programme, une fonction de détection pour stopper les oscillations de l’horloge d’entrée, et une fonction indépendante de type timer « watchdog », participent toutes à simplifier l’accès à une sécurité certifiée.

4) Le support d’une interface d’encodage fournit une solution de servomoteur AC sur une puce unique

Le groupe RX/T1 incorpore le traitement temps-réel, une mémoire à faible latence, des fonctions analogiques à haute vitesse, et une connectivité réseau ; soit l’ensemble des caractéristiques permettant de satisfaire parfaitement les exigences de la plupart des applications de servomoteurs AC. De plus, Renesas prévoit de lancer des composants qui seront les premiers de l’industrie à comporter une interface d’encodage qui supportera plusieurs des protocoles de retour moteur (moteur feedback) tels que EnDat 2.2 et des protocoles pour capteurs et actionneurs tels que BiSS and SSI. Ces interfaces numériques bidirectionnelles pour les encodeurs fournissent les valeurs précises de la position des encodeurs incrémentaux ou absolus. Traditionnellement mise en œuvre sur des FPGA ou des ASIC, l’intégration de cette fonction sur le RZ/T1 réduit le nombre de composants et contribue à diminuer le coût du système.

Avec toute sa puissance de traitement, son architecture temps-réel pour gérer plus étroitement les boucles de contrôle, la connectivité réseau pour supporter une communication déterministe, et les capacités de l’interface d’encodage à haute vitesse, le composant RZ/T1 offre sur une puce unique une véritable solution de servomoteur AC.

Avec l’ajout de ces nouveaux composants à la famille de produits RZ, Renesas dispose maintenant des solutions essentielles pour la « smart society ». Renesas continuera à développer de nouveaux produits, du haut de gamme à l’entrée de gamme, en réponse aux besoins émergents du marché.

Note 1) Tightly Coupled Memory (TCM) : Le cœur du processeur accède directement à la mémoire embarquée ultra-rapide via une interface mémoire dédiée, plutôt que d’utiliser de la mémoire cache.

Note 2) Le BTCM accède sans aucun état d’attente à la mémoire fortement couplée TCM. En utilisant la pré-recherche (prefetching) l’ATCM peut charger les instructions sans état d’attente, pourvu qu’aucun branchement ne se produise.

Disponibilité

Le groupe RZ/T1 comprend dix nouveaux composants, et des échantillons devraient être disponibles à partir de janvier 2015. La production de masse est prévue pour octobre 2015. (La disponibilité est susceptible de changer sans préavis.)

http://www.renesas.eu.

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