Non ci sono prodotti a carrello.
di Srik Gurrapu , Marketing Manager, Texas Instruments
La popolazione mondiale ammonta a 7,8 miliardi di persone, è in aumento, e si stima che raggiungerà i 10 miliardi entro il 2050. Una popolazione in crescita ha bisogno di beni di prima necessità come cibo, vestiti e comfort sempre maggiori in modo sicuro e protetto. Le moderne tecnologie dell’Industria 4.0 e le imminenti innovazioni dell’Industria 5.0 per la produzione intelligente, per gli edifici intelligenti e per la smart grid possono soddisfare queste esigenze.
I motori di elaborazione multicore ad alte prestazioni utilizzati nelle architetture cloud per l’Industria 4.0 acquisiscono dati da migliaia di sensori «all’edge» ed eseguono analisi sofisticate per gestire le attività degli impianti. Con l’aumentare dell’automazione end-to-end, anche il numero di sensori e i dati corrispondenti da gestire aumentano in modo esponenziale. Una fabbrica intelligente può avere più di 50.000 sensori e generare diversi petabyte al giorno: anche un normale edificio per uffici può generare centinaia di gigabyte di dati.
L’International Data Corp. stima che, entro il 2022, il 40% dei dati sarà archiviato, gestito, analizzato e conservato esattamente dove è stato prodotto: in altri termini, «all’edge». L’evoluzione del computing al di fuori del cloud ha generato la necessità di dispositivi edge compatti, precisi e connessi. Questi dispositivi edge presentano tre requisiti fondamentali: computing in tempo reale, funzionalità per rete industriale multiprotocollo e funzionalità per servizi Web implementabili sul campo. La Figura 1 mostra questi requisiti nelle applicazioni industriali.
La famiglia AM64x dei processori in rete in tempo reale Sitara™ di TI risponde direttamente a queste esigenze.
Figura 1: Requisiti di edge computing intelligente
I sistemi che possono trarre vantaggio dalle funzionalità della famiglia AM64x includono i servoazionamenti in CA, i controller a logica programmabile (PLC), i controller di movimento nell’automazione industriale, l’Internet of Things, i gateway nell’automazione degli edifici, i concentratori di dati nell’automazione di rete, i sistemi di acquisizione dati ad alta precisione, le telecamere 3D e molti altri.
Esempio di azionamento per servomotore in CA
Prendiamo ad esempio un servoazionamento come quello in Figura 2: un elemento fondamentale dell’automazione moderna. I servoazionamenti controllano i motori dei dispositivi più svariati: macchine CNC, robotica, nastri trasportatori, automazione di magazzino e molto altro ancora. L’AM6442, ad esempio, è dotato di quattro core Arm® Cortex®-R5F ad alte prestazioni che funzionano fino a 800 MHz ciascuno, offrendo un totale di 6.400 DMIPS (Dhrystone million instructions per second) in tempo reale e permettendo loop di controllo motore ad alta precisione con tempi di ciclo fino a 3 µs e jitter estremamente basso.
[boris]
Le comunicazioni industriali integrate consentono a questo stesso azionamento per motore di comunicare in tempo reale con PLC industriali o controller di movimento utilizzando standard come EtherCAT, Profinet ed Ethernet/IP, senza richiedere ulteriori FPGA (field-programmable gate array) o ASIC (application-specific integrated circuit). È possibile utilizzare i core di elaborazione su chip Cortex-A53 per far girare un sistema operativo (SO) di alto livello come Linux® e offrire servizi intelligenti come diagnostica da remoto, monitoraggio dei guasti, monitoraggio delle vibrazioni e configurabilità del sistema per implementare politiche aziendali su richiesta.
Un processore che integra più funzioni è il 50% più piccolo rispetto a una soluzione multichip e permette di realizzare sistemi di azionamento più compatti. Progettato con un processo a 16 nm, il consumo energetico dell’AM64x (tra meno di 1 W e 2 W a seconda della configurazione) semplifica i risultati del design termico grazie alle sue dimensioni compatte.
Figura 2: Servoazionamenti compatti, precisi e connessi
Capacità di computing in tempo reale
La famiglia AM64x utilizza i core di elaborazione Arm Cortex-R5F (al contrario di altri core di elaborazione Arm come Cortex-M7) per abilitare la capacità multicore per sistemi embedded che richiedono affidabilità, disponibilità elevata e risposte in tempo reale a bassa latenza. I quattro core Cortex-R5F dell’AM6442 e dell’AM6441 hanno una prestazione complessiva di 5.300 DMIPS in tempo reale. Il Cortex-R5F comprende una tecnologia di interruzione a bassa latenza che consente l’interruzione e il riavvio di lunghe istruzioni multiciclo.
Funzionalità per rete industriale multiprotocollo in tempo reale
Ethernet sta diventando lo standard di comunicazione industriale de facto, andando a sostituire i bus di campo seriali in fabbriche, edifici e infrastrutture di rete. Tuttavia, lo standard Ethernet è anche non deterministico e la moderna automazione industriale richiede operazioni deterministiche e sincronizzazione temporale. Gli standard sviluppati per affrontare questa incompatibilità intrinseca richiedono l’uso di FPGA o ASIC speciali, aumentando i costi e le dimensioni del sistema.
La connettività industriale integrata è fondamentale per l’architettura AM64x. Ogni dispositivo dispone di più porte Ethernet a supporto di implementazioni per switch industriali come TSN (time-sensitive networking) fino a velocità gigabit, nonché EtherCAT®, PROFINET®, ETHERNET/IP® e altri.
La famiglia AM64x integra anche stack software completi per questi protocolli, semplificando la progettazione di dispositivi edge che si collegano perfettamente all’infrastruttura di fabbrica. Il supporto del protocollo AM64x comprende anche IO-Link Master e funge da gateway da IO-Link a qualsiasi protocollo Ethernet industriale e verso la posizione di codifica motore EnDat 2.2 e HIPERFACE DSL®.
Funzionalità per servizi Web implementabili sul campo
La gestione remota dei dispositivi (azionamenti, sensori e gateway) nell’Industria 4.0 potrebbe basarsi su algoritmi di manutenzione predittiva in esecuzione nel sistema per inviare avvisi sul cloud o all’infrastruttura. Il core o i core su chip Cortex-A53 nell’AM64x eseguono questa operazione senza interrompere il servizio.
Inoltre è possibile far girare un sistema operativo di alto livello come Linux e un server Web o applicativo per implementare diversi modelli di business. Due core, ciascuno in esecuzione a 1 GHz, offrono prestazioni sufficienti per gestire la quantità crescente di servizi multipli senza interrompere il traffico di elaborazione e di rete in tempo reale. Linux permette inoltre un più rapido sviluppo delle applicazioni, con l’aggiunta continua di funzionalità nelle revisioni del kernel. Il supporto per Linux mainline di AM64x semplifica le conversioni della base di codice da un kernel a quello successivo.
La famiglia AM64x presenta numerosi dispositivi compatibili pin-to-pin, mostrati nella Tabella 2. È possibile partire da un dispositivo con funzionalità inferiori per poi migrare su un dispositivo con prestazioni più elevate a mano a mano che le vostre esigenze di progettazione si evolvono, mantenendo lo stesso design del circuito stampato.
| Funzione | Funzionalità dettagliate | AM6442 | AM6441 | AM6421 | AM6412 | AM6411 |
| Computing in tempo reale | Core MCU | 4 Cortex-R5Fs | 4 Cortex-R5Fs | 2 Cortex-R5Fs | 1 Cortex-R5F | 1 Cortex- R5F |
| Frequenza (MHz, ogni core) | 800 | 800 | 800 | 800, 400 | 800, 400 | |
| DMIPS (totale): Cortex-R5F a 2 DMIPS/Hz | 6.400 | 6.400 | 3.200 | 1.600 | 1.600 | |
| SO di alto livello e servizi | Core MPU | 2 Cortex-A53s | 1 Cortex-A53 | 1 Cortex-A53 | 2 Cortex-A53s | 1 Cortex-A53 |
| Frequenza (MHz, ogni core) | 1.000 | 1.000 | 1.000 | 800, 1.000 | 800, 1.000 | |
| DMIPS (totale): Cortex-A53 a 3 DMIPS/Hz | 6.000 | 3.000 | 3.000 | 6.000 | 3.000 | |
| Controllo del sistema | Core microcontroller (MCU) dedicato con isolamento funzionale | 1 Cortex-M4 a 400 MHz | 1 Cortex-M4 a 400 MHz | 1 Cortex-M4 a 400 MHz | 1 Cortex-M4 a 400 MHz | 1 Cortex-M4 a 400 MHz |
| Connettività | Ethernet industriale in tempo reale | Sì | Sì | Sì | No | No |
| TSN | Sì | Sì | Sì | Sì | Sì | |
| Protezione | Autenticazione e protezione IP (riservatezza), protezione anti-clonazione, acceleratori di crittografia, ambiente di esecuzione affidabile | Sì | Sì | Sì | Sì | Sì |
| Sicurezza | Canale MCU Cortex-M4 indipendente dal dominio principale, monitoraggio degli errori | Sì | Sì | Sì | Sì | Sì |
Tabella 2: La famiglia AM64x compatibile pin-to-pin
Conclusione
La nuova famiglia di dispositivi AM64x di TI combina prestazioni di elaborazione in tempo reale, opzioni di rete integrate e la capacità di implementare servizi Web configurabili in un piccolo concentrato di potenza. Con cinque dispositivi compatibili pin-to-pin, la famiglia AM64x consente di progettare dispositivi edge compatti, precisi e connessi di nuova generazione per l’automazione moderna.
[/boris]
