Микросхемы GDSCN832 и GD32H75E от GigaDevice - EtherCAT® решения на новом уровне
На фоне устойчивого роста требований к производительности, интеллектуальности и связности систем промышленной автоматизации компания GigaDevice расширяет своё портфолио специализированных решений. Для ускорения внедрения и развития технологии EtherCAT® представлены два новых продукта:
- серия контроллеров ведомых устройств EtherCAT Slave Controller (ESC) GDSCN832;
- серия высокопроизводительных микроконтроллеров для промышленного интернета вещей GD32H75E.
Оба решения ориентированы на системы реального времени и объединяют аппаратные и программные механизмы, направленные на повышение вычислительной производительности, гибкости архитектуры и экономической эффективности. Наибольший практический интерес они представляют для робототехники и систем управления движением, где критичны точная синхронизация и согласованная работа многоосевых приводов. Высокая пропускная способность и минимальные задержки EtherCAT® делают данные микросхемы подходящей аппаратной основой для промышленных и коллаборативных роботов, а также автоматизированных производственных линий.
Требования к микроконтроллеру для EtherCAT®
Протокол EtherCAT® (Ethernet for Control Automation Technology), разработанный в 2003 году, является высокопроизводительным промышленным Ethernet-стандартом, оптимизированным для задач управления в реальном времени. Он обеспечивает детерминированную передачу данных с минимальной задержкой и поддерживает механизм распределённых часов (Distributed Clocks) с субмикросекундной точностью синхронизации (до десятков наносекунд). Это позволяет реализовывать высокоточную координацию многоосевых сервосистем.
Простая топология сети и гибкая конфигурация упрощают проектирование, монтаж и обслуживание оборудования, а также снижают нагрузку на центральный процессор, высвобождая ресурсы для реализации алгоритмов управления движением и диагностики.
В промышленной робототехнике применение EtherCAT® фактически является стандартом де-факто. Микросекундные задержки и наносекундная точность синхронизации необходимы для 6-осевых и более сложных манипуляторов, где требуется строго согласованная работа всех приводов. По открытым источникам, EtherCAT® широко используется ведущими производителями промышленных роботов (в том числе KUKA и FANUC) в задачах сварки, перемещения и окраски. Аналогичные требования предъявляют и современные человекоподобные роботы, работающие с большим числом приводов и датчиков.
Для построения сервосистем с поддержкой EtherCAT® микроконтроллер должен обладать следующими характеристиками:
- Высокая вычислительная производительность
Процессорное ядро класса ARM® Cortex®-M7, или эквивалентное по вычислительной производительности, способное одновременно обслуживать стек связи в реальном времени и выполнять вычислительно ёмкие алгоритмы сервоуправления. - Достаточный объём памяти
Оперативная память (RAM) для кэширования данных и выполнения программ, а также энергонезависимая память (NVM) для хранения прошивки и параметров системы. - Развитая периферия
Таймеры высокого разрешения для управления положением, скоростью и моментом, а также АЦП для обработки сигналов обратной связи от датчиков. - Интегрированный EtherCAT IP (ESC)
Встроенный контроллер ведомого устройства снижает сложность схемотехники, уменьшает нагрузку на CPU и оптимизирует пути передачи данных, повышая детерминизм и устойчивость системы.
С учётом этих требований решения GigaDevice GDSCN832 (официально лицензированный Beckhoff ESC) и серия MCU GD32H75E подходят в качестве базовых компонентов для современных сервосистем и узлов автоматизации.
Аппаратная реализация и безопасность
Оба продукта демонстрируют высокие показатели реализации функций EtherCAT Slave Controller и в ряде аспектов превосходят сопоставимые решения на рынке.
Контроллер ведомого устройства GDSCN832
- Интеграция PHY:
Два встроенных порта Ethernet PHY, а также интерфейс MII для подключения внешнего PHY или MAC. Каждый порт поддерживает полнодуплексный режим 100BASE-TX (100 Мбит/с). - Обработка данных:
Поддержка 8 блоков FMMU (Fieldbus Memory Management Unit) и 8 менеджеров синхронизации Sync Manager, что повышает производительность и надёжность обмена данными. - Память и синхронизация:
8 КБ двухпортовой памяти (Dual-Port RAM) и 64-битный модуль распределённых часов с точностью синхронизации лучше 1 мкс. - Интерфейсы подключения:
Поддержка 8- и 16-битных параллельных и последовательных интерфейсов, совместимость с SPI, QSPI и OSPI (до 100 МГц), а также режим синхронизации EXMC.
Промышленный микроконтроллер GD32H75E
- Производительность:
Ядро ARM® Cortex®-M7 с тактовой частотой до 600 МГц. - Память:
До 512 КБ TCM (Tightly Coupled Memory) для минимизации задержек доступа. Общий объём SRAM на кристалле — до 1 МБ (включая TCM). Объём Flash-памяти — от 1 МБ до 3,75 МБ. - Периферия:
Встроенный EtherCAT® ESC, 3 контроллера CAN-FD, 2 интерфейса USB, высокопроизводительные цифровые фильтры (HPDF), EDOUT, 14-битный АЦП, 12-битный ЦАП, компараторы и другие модули. - Интеграция:
Совмещение MCU, ESC, PHY и большого объёма памяти на одном кристалле позволяет уменьшить размер печатной платы и снизить себестоимость изделия.
Функциональная и информационная безопасность
Для промышленных приложений вопросы безопасности имеют критическое значение. Серия GD32H7 сертифицирована TÜV Rheinland на соответствие стандарту IEC 61508 (функциональная безопасность). Аппаратная часть включает поддержку ECC для памяти, сторожевые таймеры, мониторинг напряжения и температуры. Также предоставляются программные библиотеки самотестирования (STL) для CPU, SRAM и Flash.
В части информационной безопасности микроконтроллеры GD32H75E поддерживают защиту кода, безопасную загрузку (Secure Boot), аппаратный генератор случайных чисел (TRNG), криптографический ускоритель и механизмы управления жизненным циклом безопасности, обеспечивая баланс между защищённостью и производительностью.
Эталонное решение для сервоприводов
На базе серии GD32H75E компанией GigaDevice разработано эталонное решение управления серводвигателями с поддержкой EtherCAT®. Решение использует стандартный профиль CiA 402, управляется через среду TwinCAT в режиме реального времени и применимо в станках с ЧПУ, роботах и автоматизированных производственных линиях.
Ключевые особенности решения:
- Режимы управления
Поддержка профилирования положения (PP), циклического синхронного положения (CSP) и 30 режимов возврата в исходное положение (Homing). - В режиме PP применяется трапецеидальное планирование траектории для плавного движения и стабильной работы в установившемся режиме.
- Наличие большого числа режимов Homing обеспечивает адаптацию к различным механическим конфигурациям.
- Наблюдатель скорости (Speed Observer)
Алгоритм обеспечивает стабильную скорость и быстрый отклик системы при резких изменениях нагрузки. - Высокоточная выборка токов
Использование Σ-Δ модулятора совместно с модулем HPDF позволяет реализовать встроенную (in-line) выборку тока, повысить разрешение измерений, снизить уровень ЭМИ и улучшить качество управления двигателем.
Архитектурная гибкость
Параллельный выпуск дискретного ESC GDSCN832 и высокоинтегрированного MCU GD32H75E предоставляет разработчикам свободу выбора архитектуры:
от применения внешнего контроллера EtherCAT с любым хост-процессором до использования компактного решения класса «система на кристалле».
По продукции GigaDevice вам также ответят специалисты ЮниРЭК:
ТЕХНИЧЕСКИЕ ВОПРОСЫ, ЗАКАЗ ОБРАЗЦОВ, УСЛОВИЯ ПОСТАВКИ, ПОДБОР АНАЛОГОВ
или свяжитесь с нами: info@unirec.ru; 8 (800) 511-65-20