Auf Echtzeit getrimmt: Aktive CAN-Bus-Karten von COSATEQ

Bereit für den Betrieb in Windows-, Linux-, LabVIEW- und Agilent-VEE-Umgebungen

(firmenpresse) - Wangen, 01. August 2011 - Der Echtzeit-Spezialist COSATEQ bietet nach einer ausgiebigen Betaphase zwei aktive CAN-Bus-Karten (CO-PCICAN/4 für PCI-Bus, CO-cPCICAN/4 für CompactPCI) an. Die Karten entlasten den Host-PC von zahlreichen Kommunikationsaufgaben. In zeitkritischen Anwendungen wie beispielsweise HiL-Prüfständen (Hardware-in-the-Loop) bleibt dem Host mehr Zeit für die Ausführung des Simulationsmodells. Im Loopback-Betrieb wurden 11,5 Mikrosekunden Rechenzeit pro empfangener Nachricht ermittelt.

Speed by Design: Die aktiven CAN-Bus-Karten CO-PCICAN/4 und CO-cPCICAN/4 unterscheiden sich in einem wesentlichen Detail von klassischen aktiven Karten. "COSATEQ hat bei der Entwicklung der beiden CAN-Bus-Karten auf eine möglichst geringe Anzahl von Buszugriffen geachtet, die sich in der Hauptsache auf den Datentransfer beschränken", fasst Martin Siemens, Geschäftsführer der Cosateq GmbH & Co. KG, das Design-Konzept zusammen.
In klassischen aktiven CAN-Bus-Karten kommuniziert der PC über die Bus-Schnittstelle direkt mit einem Mikrocontroller auf der CAN-Bus-Karte. Der PC stellt beispielsweise eine Anfrage an den Mikrocontroller und wartet, bis dieser antwortet. Untersuchungen an solchen Karten haben gezeigt, dass selbst ein Design mit zwei 32-Bit Mikrocontrollern auf der Karte oft nicht ausreicht, um in einem HiL-Prüfstand Daten aus vier Kanälen kontinuierlich an den Host-Bus zu übergeben.
"In Maschinenbau, Automobil-Industrie sowie Luft- und Raumfahrt gehören Prüfstände auf Hardware-in-the-Loop-Basis (HiL) mittlerweile zum Stand der Technik. Bei einem HiL-Prüfstand wird eine reale Komponente, beispielsweise ein Steuergerät, in einer Reglerschleife betrieben, während die Regelstrecke, beispielweise ein Prozess in einer Fertigungsanlage, in Echtzeit vom Host simuliert wird. Klassische CAN-Bus-Karten sind hier oft der Flaschenhals", verdeutlicht Martin Siemens die Wichtigkeit einer schnellen CAN-Bus-Karte.

Minimalistische Kommunikation


Das Design von COSATEQ nutzt zur Kommunikation zwischen Mikrocontroller und Host-Bus-Interface ein Dual-Ported RAM (DP-RAM). Jeder der beiden 32-Bit Mikrocontroller ist über ein DP-RAM an das Host-Bus-Interface angebunden. Da sowohl der Host-Bus (PCI-Bus oder CompactPCI-Bus) als auch die beiden Mikrocontroller relativ unabhängig voneinander auf die DP-RAMs zugreifen können, muss der PC nicht auf die Mikrocontroller warten, sondern kann seine Daten direkt aus dem DP-RAM auslesen bzw. reinschreiben. Das gesamte CAN-Bus-Protokoll-Handling wird vom Controller erledigt. Die CAN-Bus-Telegramme werden in Warteschlangen (Queues) zwischengespeichert.

Geringe Belastung des Host-PCs
Da die maximale Geschwindigkeit des CAN-Bus nur 1 MBit/s beträgt, überlastet selbst eine hohe Anzahl von zu empfangenden oder zu sendenden CAN-Bus-Telegrammen einen normalen PC nicht. Auf dem PC könnte z. B. ein MATLAB-Modell unter der Echtzeitsimulationsumgebung SCALE RT laufen. Die empfangenen CAN-Telegramme werden dabei entsprechend ihrer Object-ID vom MATLAB-Modell gefiltert. Wie kurz die Rechenzeit zum Abholen der empfangenen CAN-Daten ist, hat COSATEQ in einer dokumentierten Versuchsanordnung ermittelt. Im Loopback-Betrieb ermittelte das MATLAB-Modell 11,5 Mikrosekunden Rechenzeit pro empfangene Nachricht. Damit qualifiziert sich die Karte für den Einsatz in vielen zeitkritischen Anwendungen.

Polling oder Interrupt-Betrieb
Mit der Firmware legt der Anwender fest, ob die Karte im Polling- oder im Interrupt-Modus betrieben werden soll. In Echtzeit-Umgebungen wie SCALE-RT muss die Karte im Polling-Modus laufen. Unter Windows oder Linux ist der Interrupt-Modus erforderlich, da unter diesen Betriebssystemen keine deterministischen Reaktionszeiten sichergestellt sind. Der Windows- oder Linux-Betrieb bietet sich für Prüfstände und anderen Anwendungen an, die an CAN angebunden werden, aber keine Echtzeitbedingungen erfüllen müssen.

Kommunikationsfreudiges Design
Die Karte bietet vier voneinander unabhängige CAN-Kanäle, wobei diese paarweise voneinander elektrisch isoliert sind. Alle Kanäle sind frei konfigurierbar. COSATEQ stellt Treiber für SCALE-RT, Windows, Linux, LabVIEW und Agilent VEE zur Verfügung. CANopen wird durch CANfestival unterstützt. Prinzipiell kann der Anwender die Karte an jede Umgebung anpassen, die Raw-CAN-Daten benötigt.
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Datum: 09.08.2011 - 14:05 Uhr
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