次世代の産業用ネットワーク
近年、産業用ネットワークに大きな変革の流れが起きています。各社独自のネットワーク・プロトコルから、世界標準のネットワーク規格であるイーサネットをベースにした産業用イーサネットの採用へという方向性です。アルテラのFPGAは、既存のシステムに追加して産業用イーサネット接続を可能にするなど、次世代の産業用ネットワークに大きく貢献しています。
民間の調査会社ＡＲＣによると、世界の産業機器分野におけるイーサネットベースの機器もしくは I/O 機器市場は、今後、年平均成長率27.5%で成長すると予測されています。
現在、FA (Factory Automation) 機器には、各企業が推進する独自のプロトコルとIEEE802.3ベースの汎用プロトコルが約19種類ほど混在して使われています。日本独自のネットワーク規格で代表的なものとしては、CC-Link、FL-net、Mechatrolinkがあげられます。
そうした中、ネットワーク制御の高速化と安定化を目指して、工場のコントロールレベルからシステム機器の末端に至るまで、同期速度が速く、信頼性が高いイーサネットベースのプロトコルで接続しようとするトレンドがあり、一般的にインダストリアル・イーサネットまたは産業用イーサネットと呼ばれています。
複数の規格（プロトコル）
「産業用イーサネット」と一口に言っても、実はその中に複数の規格（プロトコル）が存在しているというのが現状です。このため、各国の市場やエンドユーザーの要望によりさまざまな接続対応力が求められています。
| Protocol | Class (Cycle Time) | Cyclone IV IP | Trade Organization |
|---|---|---|---|
 |
A (NRT, > 100ms) |
Standard MAC + protocol stack on Nios II | www.modbus.org |
 |
A (NRT, > 100ms) |
Standard MAC + Protocol-specific MAC on Nios II | www.odva.org |
 |
B (Architecture, SRT, 10ms)) C (Performance, IRT, < 1ms) |
Standard MAC + specific packet handling protocol stack on Nios II | www.ethernet-powerlink.org |
 |
C (IRT, < 1ms)
|
Protocol-specific MAC | www.ethercat.org |
 |
C (IRT, < 1ms) |
Protocol-specific MAC | www.sercos.com |
 |
A (V1 / TCP, NRT), B (V2 / SRT), C (V3 / IRT) |
Standard MAC + protocol-specific MAC on Nios II | www.profinet.com |
さまざまな産業用イーサネットに対応可能なFPGA
アルテラの再プログラム可能なロジックデバイス、FPGAは、単一ハードウェアプラットフォームでありながら、柔軟にプログラムを変更することで必要な規格（プロトコル）に対応することができます。
| 表1. 産業用イーサネット・ソリューション | |||||||
| パートナー | プロトコル | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| EtherNet/IP | EtherCAT | Powerlink | PROFINET | Modbus/TCP | SERCOS III | IEEE 1588 | |
| IXXAT |  |
|
|
|
|
|
|
| Softing | |
|
|
|
|||
| Beckhoff | |
||||||
| Automata | |
||||||
| MorethanIP | |
||||||
| Zhaw | |
|
|||||
FPGAによる解決
FPGAは、既存CPUやシステムライブラリへの変更負荷をかけることなく、既存のシステムにFPGAを追加することでイーサネット接続を可能にすることができます。
左図のように、アルテラおよびパートナー企業が提供する各種プロトコルのIPやソフトウェアスタック、アルテラの Nios® II ソフトCPUコアを実装することでこれを実現します。
アルテラの Arria® GX FPGA シリーズはギガビット・トランシーバ機能も内蔵しており、よりコンパクトな実装が可能です。
Cyclone® IV FPGA は周辺機能を統合してシステムの集積化を図ることができるだけでなく、開発したプログラムを次世代のFPGAデバイスに継承することができます。一度開発した設計プログラムの再利用が可能なため、産業機器の長い製品ライフサイクルに対応し、また設計プログラムを更新することで商品の陳腐化も防止できます。
 |
デモ： FPGA 1チップで、複数の 産業用イーサネット・プロトコルをサポートする方法 （日本語字幕・10分） FPGAならではの産業用イーサネット設計方法について、 デモを交えながら解説します。 |
関連リンク
さらなる詳細については、下記アルテラのパートナー企業までご連絡ください。
日本アルテラ・産業用イーサネット・パートナー企業
 |
 |
||
| Softing | IXXAT | ||
| 日本での取り次ぎは、ガイロジック株式会社 (Tel: 0422-26-8211) までお問合せください。 |
日本での取り次ぎは、青山特殊鋼株式会社 (Tel: 03-3552-5256) までお問合せください。 |
||
具体的にデモが見たい等、ご相談・お問い合わせはこちらからどうぞ。
 |
 |
 |
 |
 |
|||||
|
|||||
 |
