高まるマルチネットワーク対応の重要性と設計課題
近年の製造業の自動化に伴いPLC、モーションコントローラ、CNCなどの制御装置のネットワーク対応の多様性が重要になっています。これらの制御装置は、サーボやインバータなどのデバイス機器との通信にEtherCAT やPROFINETなどの産業イーサネット（IE）のコントローラの対応が必要ですが、複数のプロトコルに同時対応するケースや、同じプロトコルで複数のネットワークに対応するケースも出ています。加えて、工場の管理システムや、HMI機器などとの通信には汎用イーサネットの実装も必要です。また、モーションコントローラやCNC、小型のPLCでは、メインPLCとの接続にIEが使用されるため、IEのデバイスの対応も求められます。そして、異なるメーカの機器やシステムが使用される工場では、出荷先で使用されているIEのプロトコルに対応するため、IEのマルチプロトコル対応も重要です。このように制御装置の開発では、IEのコントローラとデバイスの両方にマルチプロトコルで対応することや、汎用イーサネットを複数ポート実装するなど、柔軟にネットワーク要求に対応する必要があります。
様々なプロトコルと複数のイーサネットに対応するには、メインの処理をするMPUに加えて、EtherCATやPROFINETに対応した専用の通信LSIや、HWをプログラミングできるFPGAを使用したり、汎用のイーサネットであればマイコンを追加するなど、ネットワークの要求に合わせてハードウェアを構成する必要があります。更に各デバイスにはそれぞれ電源やメモリが必要であり、メインMPUと追加されたデバイスの通信も実装しなければいけないため、ハードウェア設計は複雑になります。
ワンチップで様々なネットワークの要求に柔軟に対応
前述したネットワークの要求を実現するためには、それぞれのネットワークに適したCPUと周辺機能を搭載し、OS(Operating System)に対応したMPUの選択が必要です。RZ/T2HはアプリケーションCPUとしてCortex-A55 1.2GHzを4個と大容量で高速なメモリとしてLPDDR4-3200 32bitをサポートするDDR IFを搭載し、IEコントローラの対応で広く使われるLinuxを実行可能です。また、リアルタイムCPUとして Arm® Cortex®-R52を2個と、大容量の密結合メモリ(TCM) 576KBを各CPUに搭載しており、実行時間のブレをなくし確定的な高速応答処理を実現します。コントローラに対して決められたサイクルで応答が求められるIEのデバイス対応に最適です。ネットワーク機能としては、EtherCAT 用のスレーブコントローラ（ESC）、PROFINETやEtherNet/IPなどに対応する3ポートのイーサスイッチ（ETHSW）、3つのギガビットイーサネットマック（GMAC）と、これらの機能と4つの外部ポートを柔軟に切り替えるためのマルチプレクサを持っています。１チップで様々なネットワークを対応でき、ハードウェアの設計工数の削減と、部品点数削減によるPCBボードサイズの縮小が実現できます。
PLCを例にすると、IEのコントローラ向けに2ポートと、監視システムやHMIなどとの接続用として汎用イーサネット向けに1ポートの合計3ポートにGMACを割り当てることが可能です。また、モーションコントローラやCNCでは4ポートのうち、2ポートをEtherCATなどのIEのデバイスとして使用し、残りの2ポートをIEのコントローラとして使用することが可能です。
| コンビネーション | Port 0 | Port 1 | Port 2 | Port 3 |
|---|---|---|---|---|
| 1 (使用例：PLC) | コントローラ (GMAC) | IE コントローラ (GMAC) | 監視システム/HMI (GMAC) | ー |
| 2 (使用例：モーションコントローラ, CNC) | EtherCAT デバイス (ESC) | IEコントローラ (GMAC) | IEコントローラ (GMAC) | |
通信の用途に応じて、アプリケーションCPUとリアルタイムCPUから最適なCPUを選択でき、豊富なネットワーク機能でIEのコントローラとデバイス、汎用イーサネットを柔軟に対応するRZ/T2Hを活用いただくことで、通信専用LSIやマイコンなどの部品を削減し、ハードウェア設計を容易にします。また、機種展開時に異なるネットワーク要求が発またRZ/T2Hの製品WEBサイトからは、Linux、FreeRTOS生した場合、ハードウェアを変更せず、ソフトウェアで外部ポートへの割り当てを変えることで柔軟に対応でき、ハードウェア開発工数の削減が可能です。
ネットワークプラットフォームの開発に必要な評価ボード、サンプルプログラムを提供
EVK-RZ/T2Hは、RZ/T2Hに大容量のLPDDR4メモリ、４つのイーサネットポートなど必要な部品がすべて搭載されており、様々なネットワークのソフトウェア開発が可能です。
またRZ/T2Hの製品WEBサイトからは、Linux、FreeRTOSに対応したサンプルプログラムがダウンロード可能です。OPC UAやEtherCATなどのIEのコントローラとデバイス向けや、汎用イーサネット向けなど、ネットワーク向けサンプルプログラムも充実しています。各種サンプルプログラムをダウンロードし、評価ボードと共に利用いただくことで、RZ/T2Hの評価をすぐに開始することが可能です。
詳しくは、RZ/T2Hの製品ページをご参照ください。