事業紹介:EtherCAT マスター

KSJが提供可能なEtherCATMasterとは!!

組込み型のEtherCAT通信システムの採用を検討されているお客様には必見のシステムの提案です。
KSJは組込み型のEtherCAT通信システムに特化し、FPGAとCPUを組み合わせたAPPを自社開発し最速の周期通信等を持つEtherCATMasterが提供可能です。
EtherCATMasterは複数の選択肢が用意されており、それぞれの事情にあったご採用を検討する事が可能でKSJのEtherCATMasterを採用いただければ、お客様の事情にあった最適な環境が提供できると考えております。
KSJは組込み用のEtherCATMasterが色々な方法で選択可能で、更にハード開発、製造部門も社内で持っているためKSJ EherCATMasterを組み込んだ形で基板供給する事もできるメーカーです。

KSJ EtherCAT Master搭載基板。
KSJ EtherCAT Masterが組み込まれたボード
であり、性能確認用評価ボードと兼用する。
KSJ EtherCAT Masterを
搭載した専用ボード
プロダクト LZ202 RB100 UZ100 EMM
(EtherCAT
Master Module)
性能確認用“EVAL-CB”
概要 KSJ EtherCAT Masterが組み込まれたボードでユーザAPと組み込んで使用可能、更にプログラマブルロジック部に外部に接続可能なコネクターを持ちます。 XILINX システムオンモジュール ”Kria”を活用した多機能基板。
KSJ EtherCAT Master以外にTSNマスター/ROS2コントローラー/USB3.0カメラでの画像処理/シリアル処理/DIOシステムなどの各種機能をドライバーとして提供可能です。
チャンピオンスペック。研究開発向け。
KSJ EtherCAT Master以外にEthernet-TSN/ROS2コントローラ/CMOSカメラ対応/USB3.0カメラ対応/画像取込後の処理機能/その他ADC、AO、DIO対応/
などの各種機能をドライバーとして提供可能です。
KSJ EtherCAT Masterが実現可能な専用モジュールでお客様のボードとはDPRAMによってコミュニケーションが取れる構造となっております。 KSJ EtherCAT MasterおよびEMMの性能評価のための評価用キャリアボードです。お客様のボードとは、DPRAMを介して通信します。初期段階でのみ必要で、以降は非売品と位置づけされたボードです。
プロダクト写真 LZ202 RB100 UZ100 EMM (EtherCAT-Master Module) 性能確認用 EVAL-CB
基本的な提供物
(一部有償ドライバーも含みます)
ARM CPU プログラム:
A9/R5F CPU library
FPGAデザイン:
EtherCAT API+IPコア
EtherCAT Profile:
CiA402 Motor Control
EtherCAT通信確認用PCソフト:
EtherCAT Configuration tool

(透過用Configuration tool)
※DPRAM経由の影響確認
FPGA FPGA Xilinx ZynqSOC XC7Z010-1CLG400C
ARM CPU プログラム
FPGA :Xilinx Kria SoM K26
ARM CPUプログラム
FPGA:Xilinx Zynq +MPSOC XCZU3EG-L1SFVC784I
ARM CPU プログラム
FPGAXilinx XC7010
ARM CPUプログラム
ブートローダー
Linux OS:Ubuntu Image
Linux用開発環境
オンボードUbuntu上で開発
Linux用サンプルソフト:Linux C/C++/Python sample
software(TCP/IP,USB,SD Card)
FreeRTOS用Xilinx開発環境
Vitis SDK for FreeRTOS C/C++
FreeRTOS用各種サンプルソフト
FreeRTOS SampleSoftware
(EtherCAT/CiA402/TCP/IP/
SDCard/DIO)

+DIO

+RS485

+DIO
OS間通信ライブラリ
Linux⇔FreeRTOS
Communication library
CPU間通信ライブラリ A9/R5 CPU⇔A9/R5 CPU Library
オプション機能追加
USB3.0 画像取り込みアプリケーション
プラス OPCV ライブラリ

CMOS, USB3.0画像取り込みアプリケーション
プラス OPCV ライブラリ
画像処理
ROS
画像取り込みと連動するライブラリ

画像取り込みと連動するライブラリ

KSJ EtherCAT Masterstackの性能

ハード化されたEtherCAT通信によりソフト処理版と比較して高いスペックを達成
ETG.1500classB準拠機能
実績より、要望の多い以下3機能は対応済。他機能もご要望がございましたら、インプリメント可能です。

DC機能、FoE機能など。

周期通信の高速性

表. KSJマスタースタックで実現できる周期通信時間例

PDO通信データ量 スレーブ数 最小周期通信時間
32bit (4Byte) PDO 1 8μsec
40byte PDO 5 40μsec
16byte PDO 32 100μsec

リアルタイム性 (低Jitter、同期時刻システム設計)

KSJマスターは、他社マスターと比べて、フレーム送信タイミングのJitterが非常に小さい。
そのため、高速周期通信システムでも、リアルタイム性を持ったタイミング制御が可能!

【KSJ master stack】
jitter < 50 nsec

【他社 CPU master stack】
jitter ≒ 2~3 usec

フレーム送信タイミング(250us周期)でのJitter比較

=

DC機能を用いたスレーブ処理時間イメージ
(Jitterが小さいほど、青線タイミングのブレ小さく、スレーブ処理時間を担保可能!)

KSJ製LZ202基板/KSJ EtherCAT Master搭載済み提供基板
(性能確認用の評価ボードを兼ねる)

  • ■Xilinx Zynq SoC XC7Z010搭載 組込型高速EtherCAT通信基板
  • ■開発時に利用可能なKSJ EtherCAT コンフィグレーションツール
  • ■ユーザーアプリケーションケーションはDual ARM Cortex A9 CPU上で動作
  • ■MasterリファレンスクロックによるDC同期機能可能
  • ■上位アプリケーションケーションI/F用 Ethernetポート
    (PCまたはプログラマブル表示器などの接続用)
  • ■基板背面の拡張コネクタ経由でお客様要求に合わせたインターフェース基板を拡張可能
  • ■開発評価キット LZ202 + ソフトウェアスタック/API + サポート(20h)

評価ボードLZ202 HWブロック図・ハードウェア仕様

ブロック図

ブロック図

ハードウェア仕様

Main IC Xilinx Zynq SoC XC7Z010
Dual ARM Cortex A9 CPU 667 MHz
+ FPGA Logic 28K logic cell
USB port Micro-USB: 1 port (for UART)
Slot MicroSD slot (SDHC, SDHS compatible)
Expansion 80 pin connector (62 pins for signals)
Power supply DC 24V
Memory 256MB DDR3 SDRAM 1066 Mbps Size 130 x 80 mm
QSPI NOR Flash 32 MB Operating temp 0 to 50 ℃
EtherCAT RJ45 100 Mbps: 2 ports
(1 port for redundancy)
CE marking Compliant
Ethernet RJ45 1 Gbps: 1 port (for TCP/IP)

SoC内部ブロック図

KSJ製RB100基板/KSJ EtherCAT Master搭載済み提供基板
(性能確認用の評価ボードを兼ねる)

RB100はXilinx Kria SoM K26を搭載し、KSJ EtherCAT MasterやEtherNet TSN Masterを搭載するシステムが実現できます。
Kria を採用した結果非常にコンパクトな基板となっており、110mm×160mm の大きさを実現しております。

  • ■開発時に利用可能なKSJ EtherCAT コンフィグレーションツール
  • ■リアルタイムユーザーアプリケーションはDual ARM Cortex R5F CPU上で動作
  • ■MasterリファレンスクロックによるDC同期機能可能
  • ■上位アプリケーションケーションI/F用 1GB Ethernetポート, USB 3.0, USB 2.0 (PCまたはプログラマブル表示器などの接続用)

RB100はKSJ EtherCAT MasterやEtherNet TSN Master以外にROS2コントロ-ラを実現するための各種ドライバーの提供も可能で、 USB3.0が接続できToFカメラによる3次元の画像の取込やOpenCVを使った画像解析用の各種ドライバーの提供も可能です。
また、ROS2と画像解析機能を使い、障害物を検知し、自動的に新たな軌道を解析し動作させるような機能も基本ドライバーとして提供可能です。
また、上記のドライバー以外でXilinx Kria SoM 内部でユーザーアプリケーションケーションと融合してご使用いただくことを想定しています。

評価ボードRB100のHWブロック図・ハードウェア仕様

ブロック図

ブロック図

ハードウェア仕様

Main IC Kria SoM K26
Arm CoretexA53×4 R5F×2
+ FPGA Logic 256K logic cell
Display Port (Board) :Linux GUI 出力
Isolated and non-Isolated GPIOs(Pmod)
USB port USB3.0 or USB 2.0, USB UART
Slot MicroSD slot (SDHC, SDHS compatible)
Memory Main Memory(Kria)
DDR4 SDRAM 4GB(64bit)
Expansion
Boot ROM(Kria)
QSPI NOR Flash 64MB
DIPSW, RTC, LED
eMMC(Kria)
16GB
RS485/RS422 4ch Full, Half duplex
microSDソケット(拡張基板上) SDHC/SDCX 128GBまで ファイルシステム対応 Ubuntuの開発で使用する。
ブート方式 NOR Flash/microSD/eMMC/JTAG 4bit DIPスイッチで切り替え
EEPROM(Kria) 64bit MACアドレス Power supply 24V
EtherCAT RJ45 Giga Bit Ether × 2 ports
(for cc-Link )
Size 160 x110 mm
Operating temp 0 to 50 ℃
Ethernet RJ45 1 Gbps: 1 port (for TCP/IP) CE marking Compliant

MPSoC内部ブロック図

KSJ製EMM基板 :KSJ EtherCAT Master Module
(性能確認用の評価ボードEVAL-CBを使用し検証)

KSJ EtherCAT Masterを内蔵するボードで、KSJが提供する他のシステムでは、同一デバイス内にお客様のアプリケーションケーションとKSJ EtherCAT Masterと融合しますが、 このボードにはKSJ EtherCAT Masterが組み込まれており、お客様様の基板上に載せてEtherCAT システムが簡単に構築可能になります。
基板サイズは70×50mmを実現しており、お客様の基板と、基板上でスタッキングコネクターで接続可能な構造としております。
EtherCAT通信によって送受信する各種データをDPRAMを使って、お客様側のシステムと送受信をする構造としております。
DPRAMはアドレスバス、データバス共に16Bit幅のバスサイズでお客様側と接続できます。
EMMではFPGA上にDPRAMを実装していますので、300Mbpsと非常に高速な送受信が可能としております。
※お客様側の基板に、FPGAでなくマイコンなどを利用いただく場合、送受信の速度は300Mbpsより低速となります。

また、PC等の接続用にGb Ethernetを1ch持ちRJ45の代わりに、IXコネクター(ヒロセ電機 'IX60G-A-10P)が実装されております。他のシステムと同様にKSJが提供するPC上で動作するコンフィグレーションソフトが使用可能となっています。
冗長機能を除き他のKSJ EtherCAT Masterの機能を搭載しておりますが、ハード的なEtherCAT通信のPHY以降の回路は搭載しておりません。
PHYはMII規格を前提としており、当ボードではADIN1300BCPZ(AD社製)を使用しております。
(※PHYのMII以外の規格への対応は別途相談)
※なお、MII規格であれば、どの型式のPHYをお客様側で選定頂いても問題ありません。EMM基板の御購入を検討されている場合は、性能確認用の評価ボードEVAL-CBを使用し評価されることを推奨します。

2024年
夏リリース予定!

EMMのシステム概念図

EMM性能確認用評価ボードEVAL-CB基板

性能確認用の評価ボードEVAL-CBを購入頂いたお客様には、300Mbpsの非常に高速通信可能なDPRAMのお客様側のFPGAデザインを提供可能です。
※お客様側の基板に、FPGAでなくCPUなどを利用いただく場合、送受信の速度は300Mbpsより低速となります。

同時に「EtherCAT通信用のEthernet回路・PHYの使用方法」「スタッキングコネクター⇔PHY⇔RJ45の参考アートワーク図の提供」をおこないます。

EVAL-CBの内部ブロックはEVAL-CBの概念図のように構成されておりUserAPPエリアにお客様のAPPを移植し性能確認もおこなう事ができます。

EMMと同じConfigツールが、EVAL-CB上のGb Ethernet経由で利用できます。
これにより、EVAL-CB側のEtherCAT APIを使って、EMMのDPRAMを介してデータやり取りした上で、正しくEtherCAT通信できていることが確認できます。