Automatisierungschip netX 90
Hilschers Neuer bringt viele Innovationen
Das Unternehmen Hilscher ist als ausgewiesener Experte für Kommunikation in industriellen Prozessen, Maschinen und Anlagen bekannt. In vielen Automatisierungsgeräten sorgen die Prozessoren der netX-Reihe seit vielen Jahren für den Echtzeit-Datenaustausch. Das besondere daran: Es handelt sich um Multiprotokoll-Chips, die viele industrielle Protokolle unterstützen. Mit dem erscheinenden netX 90 zündet das Unternehmen die nächste Stufe seiner Entwicklung. Was die neuen Chips können und was das für Anwender und Entwickler bringt, erläutern wir im vorliegenden Beitrag, für den uns Sebastian Hilscher Rede und Antwort stand.
Bild: Hilscher Gesellschaft für Systemautomation mbHDie Kernkompetenz von Hilscher ist die Technologie, Entwicklung und Produktion von industriellen Kommunikationslösungen für die moderne Fabrikautomation. Die Produkte von Hilscher reichen von PC-Karten, Gateways über OEM-Aufsteckmodule bis hin zu leistungsfähigen Asics mit den dazugehörigen Protokollstacks. Diese werden weltweit zur Kommunikation zwischen Automatisierungsgeräten und Steuerungen eingesetzt - bei PC-Karten ist Hilscher in diesem Bereich der Marktführer. Ein derart umfassendes Lösungsportfolio für Feldbusse und Real-Time-Ethernet ist das Alleinstellungsmerkmal von Hilscher.
Neues Multiprotokoll SoCs
Seit der Gründung des Unternehmens 1986 hat sich Hilscher auf die Unterstützung der Anwender bei ihren industriellen Kommunikatinsprozessen verschrieben und gehört ohne Zweifel zu den weltweit führenden Experten auf diesem Gebiet. Heute gehört neben den bekannten PC-Einsteckkarten, Gateways und Asics auch leistungsfähige Multiprotokoll-Prozessoren - sogennante SoCs - die eine Vielzahl an Industrieprotokollen gleichzeitig verstehen zum Portfolio des Unternehmens. Sie heißen netX-Chips und werkeln nicht nur in vielen Hilscher-Geräten, sondern kommen auch bei Drittanbietern zum Einsatz, weil sie viele 'Fliegen mit einer Klappe schlagen'.
Was ist netX?
Alle netX-Chips sind wahre Sprachtalente für die zahlreichen Ausprägungen der industriellen Kommunikation und deren diversen Dialekte. Dazu gehören Profibus und Profinet ebenso wie Ethernet/IP, Sercos, Ethercat, Modbus oder Powerlink. Zudem unterstützt netX immer schon Technologien wie UART, SPI, I2C, CAN, IO-Link und ein GPIO-Interface. All das, was die bisherigen netX-Chips können, kann netX 90 auch, aber er ist zudem mit echten IoT-Kommunikationstechnologien ausgestattet, die ihn für Geräte im Industrie-4.0-Zeitalter prädestinieren, aber erzählen wir der Reihe nach?
Zentrale Eigenschaften von netX 90
Mittlerweile ist die nächste Hilscher-Generation in Person von Sebastian Hilscher im Unternehmen. Er ist als Manager netX Technology mit der Entwicklung der Technologie befasst: Er beschreibt die wichtigsten Talente des neuen Chips im folgenden so: "Der neue Chip bringt eine beachtliche Miniaturisierung mit sich, was sich positiv auf die Gerätegröße auswirkt. Das Gehäuse des netX 90 ist lediglich 10x10mm² klein. Gleichzeitig ermöglicht er höchste Performance, bringt eingebaute Security mit und ermöglicht eine deutlich verkürzte Entwicklungszeit für Gerätehersteller." Realität wird dies alles auch durch den Wechsel auf eine komplett neue Fertigungstechnologie bei TSMC (Taiwan Semiconductor Manufacturing Company), erläutert Hilscher. "Ein wesentlicher Punkt ist, dass wir keinen externen Speicher mehr benötigen, da er nun komplett integriert ist. Ein weiterer großer Vorteil ist die nun deutlich geringere Verlustleistung: Wir kommen mit den integrierten Ethernet PHYs auf eine Verlustleistung von unter einem Watt. Die geringere Abwärme und der geringere Verbrauch erschließen wieder neue Anwendungsfelder für Gerätebauer und Endanwender.
Zweikern-Technologie trennt Kommunikation und Anwendung
Eine wesentliche Neuerung im netX 90 ist die Verwendung eines Zwei-Core-Systems, d.h. eine ARM-CPU arbeitet für die Kommunikationsseite und eine weitere ARM-CPU für die Applikationsseite. Sebastian Hilscher erläutert: "Für die Kommunikationsseite bieten wir von Hilscher auch die komplette Softwareinfrastruktur, das heißt die ganzen Protokollstacks, das Betriebssystem und vieles mehr als fertiges Binary. Der Kunde hat für seine Applikation einen kompletten ARM-Core für sich zur Verfügung und kann dort machen, was er möchte, ohne, dass sich die Prozesse gegenseitig auf der Hardware beeinflussen können. Das ist ein großer Vorteil im Vergleich zu den Vorgängern. Es sind wirklich zwei getrennte Welten. Mit der verdoppelten Kernzahl ist natürlich auch eine erhebliche Leistungssteigerung des SoC verbunden. "In Bezug auf die generelle Geschwindigkeit der CPU", erklärt uns Sebastian Hilscher, "gehen wir von einer 2,8- bis 3-fachen Performance-Steigerung aus."
Fit für industrielle IoT-Anwendungen
Doch netX 90 ist viel mehr als eine deutlich verbesserte Version der bisherigen netX-Serie. Vielmehr macht Sebastian Hilscher klar, dass der neue Chip die Plattform für völlig neue Geräteklassen ist, die das industrielle Internet der Dinge bedienen: "Der netX 90 kann, wie die bisherigen netX-Chips auch, als ganz normaler Companion-Multiprotokoll-Chip verwendet werden, falls man eine CPU zur Verfügung hat, auf der die Applikation bereits läuft. Er macht dann einfach nur die Kommunikation, aber er kann eben viel mehr als das: Er ist unsere Plattform für das IIoT, für das Automatisierungshersteller heute ihre Geräte konzipieren müssen. Dafür unterstützt der neue Chip sowohl OPC UA als auch MQTT und wir sind aktiv an der Open-Source-Variante von OPC UA beteiligt."
Parallele Pfade
netX 90 macht also die Feldkommunikation und die übergeordnete Kommunikation z.B. bis in die Cloud mit einem einzigen Gerätechip möglich. Doch ist das überhaupt sinnvoll? Hilscher dazu: "Was wir sehen, ist, dass gerade im Bereich IIoT nicht mehr nur die ganzen Prozessdaten per Steuerung übertragen werden, sondern eben parallele Pfade aufgebaut werden, d.h. man hat einmal den Pfad für die Steuerung vor Ort über Profinet, über Ethernet/IP, Ethercat usw. Daneben wird für übergeordnete Dinge noch ein paralleler Pfad über OPC UA betrieben, beispielsweise zu Cloud-Plattformen. Hier findet dann die Kommunikation für größere Diagnosen und weiteren Mechanismen und Funktionalitäten statt. Das sind heute häufig Ansätze, die helfen sollen, Prozesse oder die Performance zu optimieren.
Security Integrated
Gerade in industriellen Kommunikationsprozessen kommt es heute mehr denn je auf Security an, erläutert Hilscher und das wurde dementsprechend auch im netX 90 berücksichtigt: "Zum einen haben wir uns angeschaut, was für OPC UA als Security-Funktionalitäten definiert wurde. Für diese Security-Funktionalitäten haben wir im netX 90 heute bereits eine entsprechende Hardwarebeschleunigung eingebaut, damit die Verlustleistung auf dem geringen Niveau bleibt. Neben dieser Hardwarebeschleunigung haben wir im ROM-Code schon die Zertifikation der Firmware integriert. D.h. ich kann heute dem netX 90 vorgeben, dass das Gerät prüft, ob die Software, die auf dem netX läuft, signiert ist. Auf einem netX 90 kann dann wirklich nur vom Kunden signierte Software laufen und man hat nicht mehr die Möglichkeit, irgendeine andere Software aufzuspielen. Diese Funktion wurde in diversen Security-Levels integriert, beispielsweise sorgt Security Level 3 dafür, dass das komplette Debugging abgeschaltet wird." Aber auch die Entwicklungsprozesse im Hause Hilscher selber hätten sich im Hinblick auf die Security-Problematik in den vergangenen Jahren deutlich verändert: "Kunden möchten dort früh informiert werden, wenn es Probleme gibt", erklärt Hilscher. "Sie möchten auch selbst Probleme melden können und wir müssen dafür gewisse Reaktionszeiten einhalten. D.h., wenn ein Kunde ein Security Issue meldet, müssen wir in definierter Reaktionszeiten darauf reagieren.
Stand der Entwicklung und Auslieferungstermin
Der netX 90 steht kurz vor seiner Auslieferung, erläutert Sebastian Hilscher. "Genauer gesagt, haben wir den Chip heute schon bei uns im Hause, die ersten Bauteile sind gerade in Verifikation für den Final Chip. Der Plan ist die Entwicklungsboards und die ganzen Starterkits zum 1. November dieses Jahres verfügbar zu haben, auch für unseren Online-Shop. Also nochmal: Der 1. November ist zunächst das Datum für die Entwicklungsboards. Für die große Masse wird es dann allerdings noch bis nächstes Jahr Januar dauern, bis Stückzahlen verfügbar sind. Dann können wir den Chip wirklich in breiter Masse in den Markt streuen und unsere Kunden können mit der Serienfertigung beginnen. (kbn)
Über Hilscher
Die Kernkompetenz von Hilscher ist die Technologie, Entwicklung und Produktion von industriellen Kommunikationslösungen für die moderne Fabrikautomation. Die Produkte von Hilscher reichen von PC-Karten, Gateways über OEM-Aufsteckmodule bis hin zu leistungsfähigen Asics mit den dazugehörigen Protokollstacks. Diese werden weltweit zur Kommunikation zwischen Automatisierungsgeräten und Steuerungen eingesetzt - bei PC-Karten ist Hilscher in diesem Bereich der Marktführer. Ein derart umfassendes Lösungsportfolio für Feldbusse und Real-Time-Ethernet ist das Alleinstellungsmerkmal von Hilscher. Hilscher bietet auch die netX-Technologie für Gerätehersteller an, inklusive Entwicklungsdienstleistungen und kundenspezifischer Baugruppenfertigung. In diesem Bereich ist Hilscher nicht nur anerkannter Systempartner der großen Hersteller, sondern zählt auch eine Vielzahl von Ingenieurbüros, Lösungsanbietern und Systemintegratoren zu seinen Kunden. Außerdem ist Hilscher in allen Feldbus- und Real-Time-Ethernet-Organisationen vertreten.
Universalchip auch für Spezialisten
Der netX 90 kommt mit vielen neuen Features und einer einfachen Integration in das Internet der Dinge. Das bedeutet aber nicht, dass Hilscher die Automatisierungsfunktionen vernachlässigt. Auch hier hat das Unternehmen viele Neuheiten an Board, erläutert Sebastian Hilscher: "Wir haben für Encoder z.B. das BiSS-Protokoll integriert und haben EnDat auf Hardware-Ebene implementiert. Zusätzlich haben wir mit dem netX 90 eine Motor Control Unit, d.h. wir haben diverse ADCs, die auch parallel samplen können, in den Chip eingebaut. Wir haben zudem eine Motion Unit, die auch PWM generieren kann. Wir haben also für die verschiedenen Automatisierungsbranchen Hardware mit eingebaut. Er hat auch wieder einen IO-Link-Master integriert, den wir bereits im netX 51 hatten, d.h. mit einem netX 90 kann man einen 8-Kanal-IO-Link-Master bauen. Das Besondere ist die Tatsache, dass wir diese Automatisierungstechnologien alle sehr gut unterstützen und Ihnen mit dem netX 90 nun den Weg in das IoT-Zeitalter ebnen."
Das Unternehmen Hilscher ist als ausgewiesener Experte für Kommunikation in industriellen Prozessen, Maschinen und Anlagen bekannt. In vielen Automatisierungsgeräten sorgen die Prozessoren der netX-Reihe seit vielen Jahren für den Echtzeit-Datenaustausch. Das besondere daran: Es handelt sich um Multiprotokoll-Chips, die viele industrielle Protokolle unterstützen. Mit dem erscheinenden netX 90 zündet das Unternehmen die nächste Stufe seiner Entwicklung. Was die neuen Chips können und was das für Anwender und Entwickler bringt, erläutern wir im vorliegenden Beitrag, für den uns Sebastian Hilscher Rede und Antwort stand.
Bild: Hilscher Gesellschaft für Systemautomation mbHDie Kernkompetenz von Hilscher ist die Technologie, Entwicklung und Produktion von industriellen Kommunikationslösungen für die moderne Fabrikautomation. Die Produkte von Hilscher reichen von PC-Karten, Gateways über OEM-Aufsteckmodule bis hin zu leistungsfähigen Asics mit den dazugehörigen Protokollstacks. Diese werden weltweit zur Kommunikation zwischen Automatisierungsgeräten und Steuerungen eingesetzt - bei PC-Karten ist Hilscher in diesem Bereich der Marktführer. Ein derart umfassendes Lösungsportfolio für Feldbusse und Real-Time-Ethernet ist das Alleinstellungsmerkmal von Hilscher.
Neues Multiprotokoll SoCs
Seit der Gründung des Unternehmens 1986 hat sich Hilscher auf die Unterstützung der Anwender bei ihren industriellen Kommunikatinsprozessen verschrieben und gehört ohne Zweifel zu den weltweit führenden Experten auf diesem Gebiet. Heute gehört neben den bekannten PC-Einsteckkarten, Gateways und Asics auch leistungsfähige Multiprotokoll-Prozessoren - sogennante SoCs - die eine Vielzahl an Industrieprotokollen gleichzeitig verstehen zum Portfolio des Unternehmens. Sie heißen netX-Chips und werkeln nicht nur in vielen Hilscher-Geräten, sondern kommen auch bei Drittanbietern zum Einsatz, weil sie viele 'Fliegen mit einer Klappe schlagen'.
Was ist netX?
Alle netX-Chips sind wahre Sprachtalente für die zahlreichen Ausprägungen der industriellen Kommunikation und deren diversen Dialekte. Dazu gehören Profibus und Profinet ebenso wie Ethernet/IP, Sercos, Ethercat, Modbus oder Powerlink. Zudem unterstützt netX immer schon Technologien wie UART, SPI, I2C, CAN, IO-Link und ein GPIO-Interface. All das, was die bisherigen netX-Chips können, kann netX 90 auch, aber er ist zudem mit echten IoT-Kommunikationstechnologien ausgestattet, die ihn für Geräte im Industrie-4.0-Zeitalter prädestinieren, aber erzählen wir der Reihe nach?
Zentrale Eigenschaften von netX 90
Mittlerweile ist die nächste Hilscher-Generation in Person von Sebastian Hilscher im Unternehmen. Er ist als Manager netX Technology mit der Entwicklung der Technologie befasst: Er beschreibt die wichtigsten Talente des neuen Chips im folgenden so: "Der neue Chip bringt eine beachtliche Miniaturisierung mit sich, was sich positiv auf die Gerätegröße auswirkt. Das Gehäuse des netX 90 ist lediglich 10x10mm² klein. Gleichzeitig ermöglicht er höchste Performance, bringt eingebaute Security mit und ermöglicht eine deutlich verkürzte Entwicklungszeit für Gerätehersteller." Realität wird dies alles auch durch den Wechsel auf eine komplett neue Fertigungstechnologie bei TSMC (Taiwan Semiconductor Manufacturing Company), erläutert Hilscher. "Ein wesentlicher Punkt ist, dass wir keinen externen Speicher mehr benötigen, da er nun komplett integriert ist. Ein weiterer großer Vorteil ist die nun deutlich geringere Verlustleistung: Wir kommen mit den integrierten Ethernet PHYs auf eine Verlustleistung von unter einem Watt. Die geringere Abwärme und der geringere Verbrauch erschließen wieder neue Anwendungsfelder für Gerätebauer und Endanwender.
Zweikern-Technologie trennt Kommunikation und Anwendung
Eine wesentliche Neuerung im netX 90 ist die Verwendung eines Zwei-Core-Systems, d.h. eine ARM-CPU arbeitet für die Kommunikationsseite und eine weitere ARM-CPU für die Applikationsseite. Sebastian Hilscher erläutert: "Für die Kommunikationsseite bieten wir von Hilscher auch die komplette Softwareinfrastruktur, das heißt die ganzen Protokollstacks, das Betriebssystem und vieles mehr als fertiges Binary. Der Kunde hat für seine Applikation einen kompletten ARM-Core für sich zur Verfügung und kann dort machen, was er möchte, ohne, dass sich die Prozesse gegenseitig auf der Hardware beeinflussen können. Das ist ein großer Vorteil im Vergleich zu den Vorgängern. Es sind wirklich zwei getrennte Welten. Mit der verdoppelten Kernzahl ist natürlich auch eine erhebliche Leistungssteigerung des SoC verbunden. "In Bezug auf die generelle Geschwindigkeit der CPU", erklärt uns Sebastian Hilscher, "gehen wir von einer 2,8- bis 3-fachen Performance-Steigerung aus."
Fit für industrielle IoT-Anwendungen
Doch netX 90 ist viel mehr als eine deutlich verbesserte Version der bisherigen netX-Serie. Vielmehr macht Sebastian Hilscher klar, dass der neue Chip die Plattform für völlig neue Geräteklassen ist, die das industrielle Internet der Dinge bedienen: "Der netX 90 kann, wie die bisherigen netX-Chips auch, als ganz normaler Companion-Multiprotokoll-Chip verwendet werden, falls man eine CPU zur Verfügung hat, auf der die Applikation bereits läuft. Er macht dann einfach nur die Kommunikation, aber er kann eben viel mehr als das: Er ist unsere Plattform für das IIoT, für das Automatisierungshersteller heute ihre Geräte konzipieren müssen. Dafür unterstützt der neue Chip sowohl OPC UA als auch MQTT und wir sind aktiv an der Open-Source-Variante von OPC UA beteiligt."
Parallele Pfade
netX 90 macht also die Feldkommunikation und die übergeordnete Kommunikation z.B. bis in die Cloud mit einem einzigen Gerätechip möglich. Doch ist das überhaupt sinnvoll? Hilscher dazu: "Was wir sehen, ist, dass gerade im Bereich IIoT nicht mehr nur die ganzen Prozessdaten per Steuerung übertragen werden, sondern eben parallele Pfade aufgebaut werden, d.h. man hat einmal den Pfad für die Steuerung vor Ort über Profinet, über Ethernet/IP, Ethercat usw. Daneben wird für übergeordnete Dinge noch ein paralleler Pfad über OPC UA betrieben, beispielsweise zu Cloud-Plattformen. Hier findet dann die Kommunikation für größere Diagnosen und weiteren Mechanismen und Funktionalitäten statt. Das sind heute häufig Ansätze, die helfen sollen, Prozesse oder die Performance zu optimieren.
Security Integrated
Gerade in industriellen Kommunikationsprozessen kommt es heute mehr denn je auf Security an, erläutert Hilscher und das wurde dementsprechend auch im netX 90 berücksichtigt: "Zum einen haben wir uns angeschaut, was für OPC UA als Security-Funktionalitäten definiert wurde. Für diese Security-Funktionalitäten haben wir im netX 90 heute bereits eine entsprechende Hardwarebeschleunigung eingebaut, damit die Verlustleistung auf dem geringen Niveau bleibt. Neben dieser Hardwarebeschleunigung haben wir im ROM-Code schon die Zertifikation der Firmware integriert. D.h. ich kann heute dem netX 90 vorgeben, dass das Gerät prüft, ob die Software, die auf dem netX läuft, signiert ist. Auf einem netX 90 kann dann wirklich nur vom Kunden signierte Software laufen und man hat nicht mehr die Möglichkeit, irgendeine andere Software aufzuspielen. Diese Funktion wurde in diversen Security-Levels integriert, beispielsweise sorgt Security Level 3 dafür, dass das komplette Debugging abgeschaltet wird." Aber auch die Entwicklungsprozesse im Hause Hilscher selber hätten sich im Hinblick auf die Security-Problematik in den vergangenen Jahren deutlich verändert: "Kunden möchten dort früh informiert werden, wenn es Probleme gibt", erklärt Hilscher. "Sie möchten auch selbst Probleme melden können und wir müssen dafür gewisse Reaktionszeiten einhalten. D.h., wenn ein Kunde ein Security Issue meldet, müssen wir in definierter Reaktionszeiten darauf reagieren.
Stand der Entwicklung und Auslieferungstermin
Der netX 90 steht kurz vor seiner Auslieferung, erläutert Sebastian Hilscher. "Genauer gesagt, haben wir den Chip heute schon bei uns im Hause, die ersten Bauteile sind gerade in Verifikation für den Final Chip. Der Plan ist die Entwicklungsboards und die ganzen Starterkits zum 1. November dieses Jahres verfügbar zu haben, auch für unseren Online-Shop. Also nochmal: Der 1. November ist zunächst das Datum für die Entwicklungsboards. Für die große Masse wird es dann allerdings noch bis nächstes Jahr Januar dauern, bis Stückzahlen verfügbar sind. Dann können wir den Chip wirklich in breiter Masse in den Markt streuen und unsere Kunden können mit der Serienfertigung beginnen. (kbn)
Über Hilscher
Die Kernkompetenz von Hilscher ist die Technologie, Entwicklung und Produktion von industriellen Kommunikationslösungen für die moderne Fabrikautomation. Die Produkte von Hilscher reichen von PC-Karten, Gateways über OEM-Aufsteckmodule bis hin zu leistungsfähigen Asics mit den dazugehörigen Protokollstacks. Diese werden weltweit zur Kommunikation zwischen Automatisierungsgeräten und Steuerungen eingesetzt - bei PC-Karten ist Hilscher in diesem Bereich der Marktführer. Ein derart umfassendes Lösungsportfolio für Feldbusse und Real-Time-Ethernet ist das Alleinstellungsmerkmal von Hilscher. Hilscher bietet auch die netX-Technologie für Gerätehersteller an, inklusive Entwicklungsdienstleistungen und kundenspezifischer Baugruppenfertigung. In diesem Bereich ist Hilscher nicht nur anerkannter Systempartner der großen Hersteller, sondern zählt auch eine Vielzahl von Ingenieurbüros, Lösungsanbietern und Systemintegratoren zu seinen Kunden. Außerdem ist Hilscher in allen Feldbus- und Real-Time-Ethernet-Organisationen vertreten.
Universalchip auch für Spezialisten
Der netX 90 kommt mit vielen neuen Features und einer einfachen Integration in das Internet der Dinge. Das bedeutet aber nicht, dass Hilscher die Automatisierungsfunktionen vernachlässigt. Auch hier hat das Unternehmen viele Neuheiten an Board, erläutert Sebastian Hilscher: "Wir haben für Encoder z.B. das BiSS-Protokoll integriert und haben EnDat auf Hardware-Ebene implementiert. Zusätzlich haben wir mit dem netX 90 eine Motor Control Unit, d.h. wir haben diverse ADCs, die auch parallel samplen können, in den Chip eingebaut. Wir haben zudem eine Motion Unit, die auch PWM generieren kann. Wir haben also für die verschiedenen Automatisierungsbranchen Hardware mit eingebaut. Er hat auch wieder einen IO-Link-Master integriert, den wir bereits im netX 51 hatten, d.h. mit einem netX 90 kann man einen 8-Kanal-IO-Link-Master bauen. Das Besondere ist die Tatsache, dass wir diese Automatisierungstechnologien alle sehr gut unterstützen und Ihnen mit dem netX 90 nun den Weg in das IoT-Zeitalter ebnen."
Hilscher Gesell. f. Systemautomation mbH
Dieser Artikel erschien in SPS-MAGAZIN SPSS 2018 - 19.11.18.Für weitere Artikel besuchen Sie www.sps-magazin.de
