【技術記事】ワンチップで多数のイーサネット・プロトコルに接続可。REMスイッチ・チップ「fido5000」

技術記事 | Share on Twitter | Share on LinkedIn | Email fido5000: ワンチップで 多数のイーサネット・プロトコルを 著者: Thomas Brand Analog Devices, Inc. はじめに fido5000 REM スイッチ 近年、特に産業用 IoT（IIoT）や Industry 4.0 に関連して、産業 fido5000 はアナログ・デバイセズが提供するリアルタイム・イ 用オートメーション技術の多くのサプライヤとメーカーが、 ーサネット・マルチプロトコル（REM）スイッチ・チップで、 メ ー カ ー に 依 存 し な い オ ー プ ン な 通 信 プ ラ ッ ト フ ォ ー ム を 2 つのイーサネット・ポートを備えています。この 2 つのポー 切 望 し て い ま す 。 メ ー カ ー は こ れ に よ り 、 シ ス テ ム 全 般 に ト は 今 日 の 産 業 用 デ バ イ ス に 対 応 す る と 同 時 に 、 ラ イ ン ・ わ た っ て 自 動 プ ロ セ ス の 比 率 が 高 ま る と 予 想 し て い ま す 。 トポロジーやリング・トポロジー、スター・トポロジーなど し た が っ て 、 自 動 化 に あ た っ て は 、 オ ー プ ン ・ デ ー タ ・ ア の一般的なネットワーク・トポロジーのサポートを必要とす ク セ ス や 産 業 用 制 御 シ ス テ ム の リ ア ル タ イ ム 条 件 に お け る る、将来の Industry 4.0 アプリケーションにも対応します。ま IT システムの必要性を考慮する必要があります。イーサネット た、任意のホスト・プロセッサとの接続も可能です。 と 産 業 用 イ ー サ ネ ッ ト は 、 す で に こ の 分 野 で 重 要 な 役 割 を 果 た し て い ま す 。 共 有 伝 送 媒 体 を 介 し た 大 量 デ ー タ の 効 したがって、開発者は自社のプロセッサを使用することも、 率 的 な 同 期 転 送 な ど 、 こ の ネ ッ ト ワ ー ク 技 術 が 持 つ さ ま ざ 希望する開発環境を使用することもできます。fido5000 が提供 ま な 利 点 は 、 従 来 の フ ィ ー ル ド バ ス の 利 点 に 勝 る も の で するこれらすべての可能性と機能を図 2 に示します。 す。PROFINET、EtherNet/IP®、EtherCAT®、POWERLINK® など の 一 般 的 な イ ー サ ネ ッ ト ・ プ ロ ト コ ル は 、 程 度 の 差 こ そ あ れ、同じイーサネット媒体を http や TCP/IP といった従来型 プロトコルと共有することができます。 本稿では、産業用ネットワークの条件（例えば、信頼性の高い データ配信やデータの時刻同期）について詳しく検討します。 また、考えられる製品ソリューションとして、アナログ・デ バイセズの fido5000 REM スイッチを紹介します。このチップ には fido5100 および fido5200 の 2 つのタイプがありますが、 両者の差は、サポートしているイーサネット・プロトコルが 異なる点だけです。fido5100 は EtherCAT を除く主要な産業用 図 1. fido5000 の派生製品である fido5200 REM スイッチ。 イーサネット・プロトコルをサポートしており、fido5200 は fido5200 は、EtherCAT を含む主要な産業用イーサネット・プロトコルを EtherCAT を含む主要な産業用イーサネット・プロトコルをサポ サポートしています。 ートしています。 Any Processor Industrial Field Device or Controller Application Any Protocol  fido1000  ARM®  QoriIQ Etc. Flash CPU or SoC RAM  XMC Any Stack fido5200 Application I/O Network and Topology PHY PHY  DCP  LLDP  VLAN  DHCP  IGMP  Aging  MRPD  MRP  DLR  PRP  HSR  RSTP Industrial Ethernet with PriorityChannel Network Technology 図 2. fido5000 の機能概要 analog.com/jp

2 fido5000: ワンチップで多数のイーサネット・プロトコルを Interrupts 1 … 3 Industrial Ethernet Low Priority Queue 0 MCU or MPU (ARM, PPC, …) Queue 1 fido5000 Queue 2 Highest Priority Queue 3 図 3. アナログ・デバイセズの PriorityChannel 技術の概念 REM チップとプロセッサ間の通信は、高性能で低遅延/低ジッ TSN は、IEEE 802.1 ワーキング・グループが策定した一連の規 タの産業用イーサネットを実現するために、メモリ・バスを 格で、既存の標準イーサネット技術と互換性があります。TSN 介して行われます。メモリ・バスは、PriorityChannel® 技術に は実質的に、スイッチド・イーサネット・ネットワーク内の よりホスト・インターフェース機能も提供します。このフィ 時間的制約のあるデータのルーティングに関する初の IEEE 規 ルタ技術はアナログ・デバイセズが開発したもので、ハード 格です。これにより、共通タイム・ベースとスケジュールを ウェアとソフトウェアの組み合わせで構成されています。こ 使用して、一連の IEEE 802 規格の範囲内で確定的リアルタイ れは、イーサネット・ネットワークからの重要データを、そ ム通信が実現します。この共通タイム・ベースとスケジュー のプロトコルやネットワークの使用状況に関わらず適切な時 ルは、複数のネットワーク・コンポーネントにまたがるメッ 間内に処理できるようにするので、非タイム・クリティカル セージ・パスに対して生成されます。 なデータ・トラフィックの干渉を受けることはありません。 つまり、リアルタイム・チャンネルからのデータのほうが、 アナログ・デバイセズは、純粋な REM スイッチ・チップであ 通常のネットワーク・データより処理優先度が高いことにな る fido5000 に加えて、fido5000 を使用した RapID プラット ります。この PriorityChannel 技術を図 3 に示します。図には、 フォームと呼ばれるフル機能のソリューションも提供してい リアルタイム・データ処理時の精密な調整を可能にする、4 つ ます。RapID プラットフォームは、一般的なすべての産業用イ のキューが示されています。 ー サ ネ ッ ト ・ プ ロ ト コ ル を 備 え て お り 、 非 イ ー サ ネ ッ ト ・フ ィ ー ル ド ・ デ バ イ ス に も 、 さ ほ ど 手 間 を か け ず に 組 み fido5000 は、スイッチ機能に加え、強力なタイム・コントロー 込 む こ と が で き ま す 。 こ の プ ラ ッ ト フ ォ ー ム を 使 用 す れ ル・ユニット（TCU）も備えています。TCU は、さまざまな産業 ば、Industry 4.0 アプリケーションの要求に応じたフィールド 用イーサネット・プロトコルの同期メカニズムを実装するた ・デバイスを構成することができます。これらの一般的な産 めのものです。入力キャプチャや矩形波信号出力などの追加 業用イーサネット・プロトコルの実装は、事前に認定済みで 機能は、4 つの専用出力、あるいは 4 つの汎用入出力を介して す。RapID プラットフォームのもう 1 つの興味深い特長は、動 実行します。これらのポートは同期時刻とまさに同調してい 的なウェブ・サーバーが組み込まれていることです。これに ます。例えば、4 入力のいずれへのエッジ到着も、64 ビット分 より、非常に簡単にネットワーク・パラメータや入出力デー 解能でタイム・スタンプすることができます。また、出力で タを読み込んで修正することができます。 は、あらゆるデジタル信号パターンをネットワーク時刻に同 期させて出力することが可能です。このため、サイクル時間 が 31.25 μs 未満であっても、ユーザのアプリケーションをネ ットワーク時間に同期できることになります。 しかし、fido5000 の機能はこれだけではありません。このチッ プはすでに将来を見越した構成となっています。fido5000 は TSN （Time Sensitive Networks）をサポートしています。将来の TSN ベースの産業用イーサネット・アプリケーションのニーズに も対応するよう、モーション・コントロールや安全性など、 アプリケーションの非常に厳しいリアルタイム条件を満たす 図 4. fido5000 をベースとした RapID プラットフォームは ことができます。 評価用キット内で使用可能 fido5000 REM スイッチと RapID プラットフォームは、現行の 産業用イーサネット規格や将来の TSN 規格に基づくタイム・ク リティカル・アプリケーションに不可欠な条件をすでに備え ています。 16-/32-Bit Data Bus

著者について オンライン・ Thomas Brand サポート・ 2015 年 10 月、修士論文を作成する中で、ミュンヘンの コミュニティ アナログ・デバイセズでのキャリアを開始。2016 年 5 月 当社のオンライン・サポート・コミュニティで、アナ ～ 2017 年 1 月、アナログ・デバイセズのフィールド・ ログ・デバイセズの技術専門家と連携することができ アプリケーション・エンジニア向け訓練生プログラムに ます。設計上の難問について問い合わせたり、FAQ を 参加。その後、2017 年 2 月よりフィールド・アプリケー 参照したり、話し合いに参加することができます。 ション・エンジニアとしての業務を開始。主に産業分野 の大型顧客を担当する。専門は産業用イーサネットで、 ez.analog.com 現在は中央ヨーロッパにおいてイーサネット関連のサポ ートに従事。ドイツのモースバッハ産学連携州立大学で 電気工学を専攻後、同じくドイツのコンスタンツ応用科 ＊英語版技術記事はこちらよりご覧いただけます。 学大学で国際セールスの修士課程を修了。 連絡先: thomas.brand@analog.com 本　　　　社 〒105-6891 東京都港区海岸1-16-1　ニューピア竹芝サウスタワービル10F 大阪営業所 〒532-0003 大阪府大阪市淀川区宮原3-5-36　新大阪トラストタワー10F 名古屋営業所 〒451-6040 愛知県名古屋市西区牛島町6-1　名古屋ルーセントタワー40F ©2018 Analog Devices, Inc. All rights reserved. 本紙記載の商標および登録商標は、 各社の所有に属します。 Ahead of What’s Possible は アナログ・デバイセズの商標です。 www.analog.com/jp TA16411-0-11/17