Entwicklungsboard für Echtzeitregelung mit Ethernet

Gast #4483177
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Hi, ich suche für ein Projekt zur Ansteuerung von mehreren Motoren ein 
Entwicklungsboard, das echtzeitfähig ist und mittels Timern die Regelung 
zu festgelegten Zeitpunkten berechnet.

Bis jetzt habe ich das mit einem Arduino Mega gemacht, der über die 
Timer ja sehr gut für zeitlich äquidistante Berechnungen von Regelungen 
zu nutzen ist. Gut wäre ein Entwicklungboard, das aber ein wenig mehr 
Geschwindigkeit bietet und am besten direkt einen Ethernetport zur 
Kommnukation mit dem Rechner bereitstellt.
#4483722
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Echtzeit und Ethernet sind <normalerweise> zwei Dinge, die sich beißen, 
wie gesagt, NORMALERWEISE.
Ist ja nicht so, dass sowas in der Austomatisierungsinsudstrie nicht 
gemacht wird.
Der Grund sind die Buffer, die im Media Access Controller sind.
Und ehrlicherweise währe ich bei Ethernet+Arduino+Echtzeit sehr 
skeptisch.
Willst du das Ethernet nur als Punkt zu Punkt quasi als Cross Over oder 
über ein Netzwerk? Denn Ethernet beschreibt nur OSI Layer 1 (Physical 
Attachment) und OSI Layer 2 (Media Access Control). Ein Netzwerk ist 
schon etwas mehr und noch mehr Buffer.
Ich denke mit Standardroutern wird man keine Echtzeit schaffen. Echtzeit 
meint ja nicht "so schnell wie möglich" sondern "determinisitisch zu 
einem bestimmten Zeitpunkt".
Daher letztlich auch die Frage, mit welchen Zeitkonstanten sich dein 
Prozess abspielt - im Millisekundenbereich oder reichen auch Sekunden?

Um richtung Echtzeit zu kommen, wirst du etwas brauchen, wo du das 
Verhalten der Buffer beeinflussen kannst, oder dir jemand einen Stack 
anbietet und das garantiert.
Willst du es Hobbymäßig oder beruflich machen?
Schau mal bei TI  und in deren e2e Forum vorbei und frag da mal, ob die 
was für dich haben.
Gast #4484203
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Jasson J. schrieb:
> Echtzeit meint ja nicht "so schnell wie möglich" sondern "determinisitisch
> zu meint ja nicht "so schnell wie möglich" sondern "determinisitisch zu
> einem bestimmten Zeitpunkt".
> Daher letztlich auch die Frage, mit welchen Zeitkonstanten sich dein
> Prozess abspielt - im Millisekundenbereich oder reichen auch Sekunden?

Das ist der Knackpunkt. Ohne eine konkrete Zeitangabe und ohne die Art 
der Regelung zu kennen, kann man da wenig empfehlen.
Ist das eine reine Spielerei oder eine professionelle Anwendung? Dann 
kann sich ja auch schon der Einsatz eines EtherCAT Stacks o.ä. lohnen.
Gast #4484732
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Jasson J. schrieb:

> Echtzeit und Ethernet sind <normalerweise> zwei Dinge, die sich beißen,
> wie gesagt, NORMALERWEISE.

Schon lange nicht mehr. Eigentlich ziemlich genau seit dem Moment, seit 
dem es nicht mehr zu Kollisionen auf dem Medium kommen kann. Sprich: 
seitdem man Switches einsetzt.

> Ist ja nicht so, dass sowas in der Austomatisierungsinsudstrie nicht
> gemacht wird.

Eben...

> Denn Ethernet beschreibt nur OSI Layer 1 (Physical
> Attachment) und OSI Layer 2 (Media Access Control).

Genau...

> Ein Netzwerk ist
> schon etwas mehr und noch mehr Buffer.

Hahaha... Es KANN natürlich mehr sein. Aber es MUSS *NICHT* mehr 
sein.

Das genau ist der Punkt. Da man ja die volle Kontrolle über alle Geräte 
eine Netzwerksegments hat (zumindest haben sollte...), kann man die 
Sache sehr leicht Richtung Echtzeit trimmen. Lustigerweise sind hier 
primitive Consumer-Switches (oder die völlig überteuerten 
Industrieversionen der exakt gleichen Hardware) viel besser geeignet als 
schweineteuere managebare L3-Switches. Die sind nur als Border-Gateway 
zum Echtzeitnetz brauchbar, das dafür dann aber wiederum sehr gut. Denn 
damit hat man die Möglichkeit, die Kommunikation zwischen dem "normalen" 
und dem Echtzeitnetz sehr streng zu reglementieren. Das kann bei einem 
hoch ausgelasteten Echtzeitnetz dann natürlich dazu führen, dass es 
"Verbindungsprobleme" gibt. Weil Pakete Richtung Echtzeitnetz einfach 
weggeworfen werden müssen, um die garantierte Zykluszeit innerhalb des 
Echtzeitnetzes zu sicherzustellen.

> Ich denke mit Standardroutern wird man keine Echtzeit schaffen.

ROUTER im Echtzeitnetz will sowieso niemand und braucht auch 
niemand. An der Grenze zum "normalen" Netz sind sie allerdings in vielen 
Fällen ein denk- und brauchbarer Ersatz für teuere L3-Switches...
#4484790
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> ROUTER im Echtzeitnetz will sowieso niemand und braucht auch
> niemand. An der Grenze zum "normalen" Netz sind sie allerdings in vielen
> Fällen ein denk- und brauchbarer Ersatz für teuere L3-Switches...


Das Stimmt so nicht. So lange keine Last darüber läuft ist die Latenz 
relativ gering und auch die Schwankungen. Sobald aber Pakete darüber 
laufen ändert sich dies. Ohne eine Regel wer Vorfahrt hat kommen die 
Pakete unbestimmt an oder auch gar nicht wenn die Lebenszeit 
überschritten wurde.

Ethercat, AVB und andere Video/ Audio Streams brauchen schon eine 
Reservierte Bandbreite und garantierte Latenz. Sonst kommt es zu Drop 
Outs im Signal.

Da xmos einen AVB Stack zur Verfügung stellt sind sämtliche Mechanismen 
die hierzu nötig wären schon vorhanden. PTP usw.

Die xmos MCUs sind eigentlich ideal für alles wo es auf "Echtzeit" 
ankommt. Diese besitzt mehrere Kerne welche über Channels kommunizieren. 
Man kann Sie sogar Verlinken (Xlink).

Es ist eben ein Zwischenschritt zum FPGA. Für die meisten Anwendungen 
durchaus praktikabel da sie sich in C programmieren lassen.

Wer beide Welten Arm u. xmos verbinden möchte dem sei das xcore-XA 
empfohlen. Das Board besitzt einen J-Link OB für den ARM und auch einen 
Debugger für den Xmos.

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