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Ethernet TSN, CC-Link IE TSN規格の概要 と ソフトウェア開発環境

ハンドブック

スマート工場化を大きく加速させる新通信技術 Ethernet TSNの解説と、TSN規格を効率よく製造機器に実装するためのソフトウェアデベロップメントキットのご紹介

CC-Link IE TSNは、異種ネットワークの同一配線上でのリアルタイムで安定した制御通信、高精度な異常の原因解析や予知保全を可能にし、より進化したスマートファクトリーを実現します。図研エルミックは、三CC-Link IE TSN 対応製品をより簡単、確実に開発するためのソフトウェア・デベロップメント・キットとして製品化しました。TSNの技術解説と、デベロップメントキットについてまとめたハンドブックです。

このカタログについて

ドキュメント名 Ethernet TSN, CC-Link IE TSN規格の概要 と ソフトウェア開発環境
ドキュメント種別 ハンドブック
ファイルサイズ 1.6Mb
登録カテゴリ
取り扱い企業 図研エルミック株式会社 (この企業の取り扱いカタログ一覧)

この企業の関連カタログ

このカタログの内容

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スライド番号 1

TSN, CC-Link IE TSN規格の概要 と 図研エルミックソフトウェア開発環境 ※本内容は予告なく変更される事があります。
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スライド番号 2

本資料は、7月に開催される「産業オープンネット展2019」 での弊社セミナーで使用予定の資料から抜粋したものです。 セミナー終了後の8/5以降、全ページがダウンロード可能にな ります。 2
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スライド番号 3

n TSN規格策定状況 n CC-Link IE TSN コンセプトと特徴 n図研エルミック保有技術 n CC-Link IE TSN リモート局用 S/W開発環境 3
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TSN規格策定状況

TSN規格策定状況 4
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TSN(Time-Sensitive Networking)プロトコル構造

TSN(Time-Sensitive Networking)プロトコル構造 Discovery, Enumeration, Configuration and Control Protocl (IEEE 1722.1, etc...) IEEE 802.1 IEEE 802.1 IEEE 1722 RTP AS-REV Qcc (Real Time (gPTP) AVB Protocol) Stream Transport Timing and Reservation Protocol Synchronization Protocol (Eanhanced) UDP TCP(Eanhanced) IP IEEE 802.1Qbu: Preemption , IEEE802.1Qbv: Scheduling HW依存度 IEEE 802.1CB : Redundancy , IEEE802.1Qci: Ingress Policing 高 IEEE 802.1Qch: Synchronized Media-Specific Links (Ethernet, WiFi, EPON, MoCa, PowerLine, etc...) 5
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TSN 規格策定状況

TSN 規格策定状況 主なTSN規格は、以下の13種類の機能から構成されます。 Industry HW No Standard/Project Subject Status D# P A I M 依存度 1 P802.1AS-Rev Timing and Synchronization Sponsor 8.0 ✔ ✔ ✔ 低 2 802.1Qbv Scheduled Traffic Published ✔ ✔ ✔ ✔ 高 3 802.1Qbu Frame Preemption Published ✔ ✔ 高 4 802.1Qca IS-IS Path Control and Reservation Published ✔ - SRP Enhancements and Performance 5 802.1Qcc Published ✔ ✔ - Improvements 6 802.1Qch Cyclic Queuing and Forwarding Published ✔ ✔ ✔ 高 7 802.1Qci Per-Stream Filtering and Policing Published ✔ ✔ ✔ 高 Automatic Attachment to Provider Backbone 8 P802.1Qcj WG 1.0 Bridging (PBB) services 9 802.1Qcp YANG Data Model Published ✔ ✔ - 10 P802.1Qcr Asynchronous Traffic Shaping WG 1.0 ✔ ✔ 11 802.1CB Frame Replication and Elimination for Reliability Published ✔ ✔ ✔ 高 12 802.1CM TSN for Fronthaul Published ✔ 13 P802.1CS Link-local Registration Protocol WG 2.1 ✔ ✔ ※ Status: TG ⇒ WG ⇒ Sponsor ⇒ Published ※ Industry: ProA/V, Automotive, Industrial, Mobile Publishedは仕様Fix済み 6
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Industrial TSN プロファイル策定状況

Industrial TSN プロファイル策定状況 n 産業アプリケーションでは、多世代の製品とテクノロジが混在 n 従来の製品やテクノロジをTSNベースのシステムへ移行するための方法と アプローチが必要 n IEEE1588ベースの製品やテクノロジと共存 n IEEE ÿ IEC/IEEE 60802 TSN Profile for Industrial Automation (D1.0) n Avnu ÿ Marketing Requirements Document for Industrial Bridged and non-Bridged End Stations V0.017 ÿ Theory of Operation for TSN-enabled Systems V1.0 7
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Automotive TSN プロファイル策定状況

Automotive TSN プロファイル策定状況 Automotive向けプロファイルは、まだこれから。 n IEEE ÿ P802.1DG TSN Profile for Automotive In-Vehicle Ethernet Communications (D1.0) ― まだ、Projectができたばかりの状況。 n Avnu ÿ MRD (Market Requirements Document) V0.3 ― 802.1AS-Rev と 802.1Qci(Per-Stream Filtering and Policing)について記載 ― 章構成に抜けがある状況 8
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CC-Link IE TSN コンセプトと特徴

CC-Link IE TSN コンセプトと特徴 9
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CC-Link IE TSN コンセプトと特徴(1)

CC-Link IE TSN コンセプトと特徴(1) n CC-Link IE TSNは、OSI参照モデルの第2層に位置するTSN技術をベース に、第3層~7層のCC-Link IE TSN独自プロトコルとEthernet標準プロト コルで構成されています。 n CC-Link IE TSNとしては、確定しているIEEE802.1AS規格(時刻同期方式 を規定)とIEEE802.1Qbv規格(時分割方式を規定)に対応したことに より、一定時間内での伝送を保証する定時性や、異なる通信プロトコル との共存が実現可能となります。 IEEE802.1Qbv(時分割方式)、IEEE802.1AS(時刻同期) 10
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CC-Link IE TSN コンセプトと特徴(2)

CC-Link IE TSN コンセプトと特徴(2) n CC-Link IE TSNでは、同一ネットワーク内で複数の通信周期で運用することが できます。これにより、それぞれの機器の特性に合わせ通信周期を最適化する ことが可能になり、ネットワーク上のスレーブ機器が持つポテンシャルを最大 限に活用し、システム全体の生産性を高めることができます。 11
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CC-Link IE TSN コンセプトと特徴(3)

CC-Link IE TSN コンセプトと特徴(3) n 従来のCC-Link IEは、1ネットワーク中でトークン(送信権)を保有しているノードが自局の送 信データを送信した後に、隣接局にトークンを譲渡するトークンパッシング方式を採用してい ます。 n CC-Link IE TSN は、ネットワーク内で同期している時刻を活用し、決められた時刻で、出力と 入力の通信フレームを双方向に同時に送信する方式を採用。この方式とEthernetで採用された TSNを組み合わせることで、ネットワーク全体のサイクリックデータを更新する時間を短縮さ せることが可能です。 12
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認証クラス

認証クラス n CC-Link IE TSNでは、各局の実装機能、性能に応じた認証クラスを定義します。 〇:実装必須、 ―:実装任意 認証クラス No. 機能 条件 A B 1 受信/中継 100Mbps 以上 フルレート受信/中継(※1) ― 〇 2 時刻同期 IEEE1588v2 〇 〇 IEEE802.1AS ― 〇 精度1us 以下 ― 〇 3 サイクリック伝送 ユニキャスト 〇 〇 ブロードキャスト/マルチキャスト ―(※2) 〇 4 トランジェント伝送 NRSV-Transient 〇 〇 ※1:1ポートの場合:受信、2ポート以上の場合:受信と中継 ※2:ローカルの場合、実装必須 13
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CC-Link IE TSN リモート局用 ソフトウェア開発環境 (ミドルウェア)

CC-Link IE TSN リモート局用 ソフトウェア開発環境 (ミドルウェア) 14
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図研エルミック保有技術とFA向け製品展開

図研エルミック保有技術とFA向け製品展開 ネットワーク ストリーミング 蓄積された‘つなぐ’‘流す’の技術 を産業用IoTに応用。 産業用各種通信規格を実装するためのミドルウェアと、映像と制御の連携による稼働監視/記録システムを提供します。 スマートファクトリーの実現に貢献します。 15
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Ze-PRO CC-Link IE TSN (Remote)

Ze-PRO CC-Link IE TSN (Remote) CC-Link IE TSNプロトコルスタックとサンプルアプリケーションで構成され、 トランスポート、ネットワーク層、アプリケーション層やRTOSとの I/Fレイヤを構築することで、容易に ターゲットハードウェアに実装が可能 Sample Application p 特徴 u CC-Link IE TSN規格(ClassA)に準拠 API リモート局(販売開始) サイクリック 非 ネットワーク マスター局(開発中) 通信 サイクリック 管理KASAGO 通信 u 高い移植性 SNMP(Option) プロトコルスタックI/F 環境依存度の高いブロックをAPIでWrap SLMP ⇒ ユーザアプリケーションインタフェース CC-Link IETCP/IP I/F 時刻同期PTP TSN ⇒ μITRON 4.0 インタフェース KASAGO IPv4(TCP/IP) (Option) ⇒ TCP/IP インタフェース Ethernet管理I/F ⇒ Ethernetドライバー インタフェース Ethernet管理(TSN) u デバッグ支援 下位レイヤー用I/F ⇒ プログラムの動作や状態解析用ログ出力機能 Ethernet Driver u 継続的な機能拡張 ⇒ 規格のバージョンアップに迅速に対応 TSN Core TCP/IP Wrapper I/F Driver 16 RTOS用 I/F TSNプロトコルスタック サービス
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サービス内容

サービス内容 n サポート ÿ 3か月の無償サポート ÿ 4か月目以降の年間有償サポート(任意) ÿ テクニカル(Q&A)サポート ÿ フルサポート n 受託開発サービス ÿ お客様環境へのポーティング ÿ 受託開発 ÿ μITRON以外のOSへのポーティング 三菱エンジニアリング株式会社と連携 ÿ 各種マイコンへのポーティング 製品開発からコンフォーマンス試験、試作、量産 ÿ KASAGO(TCP/IP)実装サービス に至るまで、ソフトウェア、ハードウェアの両面 ÿ ハードウェアアシスト機能を用いた からユーザをサポート 時刻同期の高精度化 ÿ CC-Link協会認証取得サポート 工程 仕様 設計 実装 試験 試作 量産 ÿ コンフォーマンステスト事前確認支援 SW 図研エルミック株式会社 ÿ コンフォーマンステスト試験不具合解析 HW 三菱電機エンジニアリング株式会社 17
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通信仕様

通信仕様 n Ze-PRO CC-Link IE TSN(Remote)適用製品の通信仕様 No 項目 内容 1 局種別 リモート局 2 通信速度 1Gbps,100Mbps 3 最短同期時間/最短通信時間 10ms※1 4 伝送路形式 スター型(ライン型は次期対応予定)※現バージョンでは、1ポートをサポート 5 接続ケーブル CC-Link IE TSN 仕様書(概要編)(BAP-C2011-001)を参照。 6 最大局間距離 100m 7 総延長距離 ライン型接続時:25,600m(マスタ局:1 台,スレーブ局:255 台接続時)スター型接続時:システム構成による 8 サイクリック伝送 RY, RWw:合計256+1024 バイト ※2 RX, RWr:合計256+1024 バイト※2 9 トランジェント伝送 最大1920 バイト 10 認証Class ClassA ※1:グランドマスタがハードウェアリモート局,または推奨のNIC(Network Interface Card)を持つマスタ局に限ります。 また,最小同期周期は使用するマイコンの性能により異なります。 ※2:各データのサイズは4 バイトの整数倍にすることを推奨します。4 バイトの整数倍でない場合,通信性能が遅くなる可能性 があります。 18
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開発環境仕様

開発環境仕様 n Ze-PRO CC-Link IE TSN(Remote)の仕様 No 項目 仕様 1 対応OS μITRON4.0 仕様 2 動作実績 STマイクロシステム社STMF32F4 シリーズ 3 推奨するPHY デバイス テキサス・インスツルメンツ社 DP83848CVV 4 推奨するTCP/IP 図研エルミック製 KASAGO IPv4 Lite 5 最小必要メモリ(ROM/RAM) ROM:512KBRAM:200KB 次期バージョンにて対応OS、動作実績デバイス拡大予定 19
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動作確認済み環境

動作確認済み環境 n CC-Link IE TSNリモート局用S/W開発環境の動作確認済み環境 No 動作確認環境 製品名 メーカ名 備考 1 評価ボード NUCLEO-F429ZI STマイクロエレ(STM32F429ZIT6) クトロニクス • Cortex-M4(180MHz) 2 統合開発環境 IAR Embedded Workbench for ARM IARシステムズ • バージョン:8.3 • パッケージバージョ 3 OS μC3/compact ン:2.2.6(μITRON4.0仕様OS) イー・フォース • カーネルバージョン: 2.11.00 4 TCP/IPスタック KASAGO IPv4 図研エルミック • バージョン:6.0.1.33 5 SNMP KASAGO SNMP 図研エルミック • バージョン:6.0.1.33 6 IP重複検出 KASAGO AutoIP 図研エルミック • バージョン:6.0.1.33 20