USB und Ethernet integrieren FMconnect für Embedded-Kommunikationsanforderungen

Autor / Redakteur: Dirk Fischer * / Holger Heller

Moderne Schnittstellen aus der PC-Welt wie USB und Ethernet erobern industrielle Anwendungen. Das FMconnect-Ecosystem hilft bei der Integration dieser Kommunikationsstandards in Applikationen.

Firmen zum Thema

FMconnect-Ecosystem von Fujitsu: unterstützt Entwickler bei der Integration von Kommunikationsstandards in eigene Applikationen
FMconnect-Ecosystem von Fujitsu: unterstützt Entwickler bei der Integration von Kommunikationsstandards in eigene Applikationen
(Fujitsu Semiconductor Europe)

In verschiedenen Ausprägungen kommt die UART-Schnittstelle als robuste RS485-Variante in Industrieanlagen zur Anwendung oder als RS232 zum Anschluss an einen PC. Ihr Vorteil ist das wenig komplexe Protokoll. Wie bei anderen, einfachen seriellen Schnittstellen etwa I2C oder SPI, kommt ein Softwareentwickler schnell an sein Ziel: Das Senden und Empfangen von Daten.

Nun drängen USB und Ethernet in Embedded-Systeme und Industrieanwendungen. Im Vergleich zu UART bieten sie erweiterte Möglichkeiten: So lassen sich bei USB über eine physikalische Verbindung mit nur vier Leitungen die Stromversorgung eines Geräts sowie mehrere logische Kommunikationskanäle realisieren. Eine MCU kann als USB-Host, dem Busmaster, agieren und unterschiedliche Geräte wie Speichersticks, Mäuse und Tastaturen bedienen. Oder er kann selbst, als sogenanntes USB-Device, an einen Busmaster angeschlossen werden.

Bildergalerie
Bildergalerie mit 5 Bildern

Außerdem werden deutlich höhere Transferraten erzielt. Der 100 MBit/s Ethernet MAC, implementiert auf gängigen MCUs, ist um den Faktor 1000 schneller als eine PC-UART; eine Highspeed-USB-Schnittstelle, kompatibel zur USB 2.0 Spezifikation mit 12 MBit/s, um den Faktor 120. Nachteilig wirkt sich der erweiterte Funktionsumfang auf die Komplexität und den Programmieraufwand aus.

Embedded-System-Entwicklung mit erweiterten Kommunikationsanforderungen

Entwickler müssen heute Lösungen immer schneller fertigstellen. Dieser Anforderung steht die steigende Komplexität mit erhöhtem Entwicklungsaufwand entgegen. Mit FMconnect gibt Fujitsu Hard- und Softwareentwicklern Werkzeuge in die Hand, mit denen trotz steigendem Aufwand die Entwicklungszeiten kurz gehalten werden. Das Paket deckt alle Aspekte der Embedded-System-Entwicklung mit erweiterten Kommunikationsanforderungen ab. Vom Portfolio der MCUs, über die Entwicklungsumgebung mit Software-Utilities, Evaluierungsboards, bis hin zu Bibliotheken und Beispielapplikationen.

Im Rahmen eines Beispiels soll bei einer existierenden, konfigurierbaren Regelelektronik für bürstenlose DC-Motoren die Schnittstelle für Parametrierung und Diagnose von RS232 auf USB umgestellt werden. Außerdem ist angedacht, ein höherwertiges Modell mit Ethernet als Serviceschnittstelle anzubieten.

Zunächst muss entschieden werden, ob die komplette Applikation inklusive der Antriebslösung überarbeitet oder lediglich die USB- und Ethernet-Funktion ergänzt wird. Abhängig davon wählt man die entsprechende MCU aus. Im Falle einer integrierten Lösung wird eine MCU mit hoher Rechenleistung, spezialisierten Motorcontrol-Timern zur PWM-Generierung sowie USB- und/oder Ethernet-Schnittstelle benötigt. Im zweiten Fall reicht ein kleiner Controller, der lediglich die USB-Funktion bereitstellt und an das Motorcontrol-System angebunden wird.

Vollintegrierte Lösung für Kosteneffizienz

Für beide Lösungen findet man die passende MCU in Fujitsus FM-Familie, einer skalierbaren Plattform ARM-Cortex-basierter Bausteine. Das Portfolio umfasst über 460 Cortex-M3-Derivate, davon 150 Typen mit USB, 100 mit CAN und 25 mit Ethernet MAC. Weitere Typen, auch mit Cortex-M0+- und Cortex-M4-CPUs folgen im Laufe dieses Jahres. Das Angebot reicht von kleinen 32-Pin- bis großen 176-Pin-Gehäusen und Speicherausstattungen zwischen 64 KByte und 1 MByte Flash.

Aus Sicht der Kosteneffizienz stellt eine vollintegrierte Lösung meist das Optimum dar. So fällt die Wahl für das oben beschriebene Anwendungsszenario auf die MB9B310S-Serie. Mit 144 MHz CPU-Takt, drei Motor-Timern für je sechs PWM-Signale, USB-Schnittstelle und weiteren Funktionen erfüllt sie auch anspruchsvolle Steuerungsaufgaben.

(ID:37023430)