INDUSTRIELLE AUTOMATION 6/2023

Das Betriebssystem Linux wird bereits in vielen Automatisierungsgeräten
eingesetzt und erfährt großen Zuspruch. Die neuesten Linux-Versionen umfassen
inzwischen auch Mechanismen für TSN (Time Sensitive Networks). Mit
der nun vorgestellten Testumgebung lassen sich diese Implementierungen
umfassend qualifizieren.
Mittlerweile beinhalten die neusten Kernel-
Versionen den Einsatz von Ethernet-TSN-
Mechanismen in Linux. Das hat erhebliche
Vorteile für die Gerätehersteller, die ohne
spezielle Hard- oder Software eine neutrale
TSN-Lösung entwickeln können. Nun stellt
sich die Frage wie sich Hardware unter Linux
einheitlich testen lässt, um eine einfache
und performante Integration in Automatisierungsgeräte-
und Systeme zu ermöglichen.
Mit einer nun vorgestellten Testumgebung
lassen sich Implementierungen qualifizieren,
sodass eine einfache und robuste Nutzung
von TSN in Linux-basierten Geräten für jeden
Hersteller möglich ist. Das leistet einen wesentlichen
Beitrag zur Verbreitung von Time
Sensitive Networks, auch in der industriellen
Automatisierungstechnik.
TSN-FÄHIGE NETZWERKCHIPS
Die Verantwortung für die TSN-Implementierung
unter Linux liegt nicht allein bei den
Linux erweist sich als exzellente Technologie für Time
Sensitive Networks: Open-Source-Testwerkzeuge ermöglichen
die Erprobung für Chip- und Gerätehersteller.
TSN-Testwerkzeuge für Realtime-Linux
EINFACHE QUALIFIZIERUNG
VON TSN-LÖSUNGEN
Geräteherstellern, sondern auch bei den
Chipherstellern. Damit sind die Performance
und Qualität eines Automatisierungsgeräts
nur so gut, wie die zugrundeliegende TSN-
Hardware und -Software. Dieser Sachverhalt
führt heute dazu, dass die Gerätehersteller
vielfach ihre eigenen Netzwerktreiber
schreiben, um die geforderte Qualität sicherzustellen.
Zum Teil erweist sich die Hardware
ebenfalls als spezifisch und ist beispielsweise
durch FPGAs (Field Programmable
Gate Arrays) umgesetzt. Solche herstellerspezifischen
Lösungen sind kostspielig und
erschweren zusätzlich den Wechsel der
zugrundeliegenden Hardware im Lebenszyklus
eines Produkts. Daher besteht aus
Sicht der Gerätehersteller ein hohes Interesse
daran, die Hardware und Treiber der
Chiphersteller unabhängig zu qualifizieren,
bevor Geräte entwickelt und eine Hardware
sowie Applikation aufgesetzt werden. Gleiches
gilt für die Chiphersteller, die ihre TSN-
Lösungen ohne konkrete Automatisierungsanwendungen
testen möchten.
Bild: PopTika@shutterstock.com
Da inzwischen sämtliche erforderlichen TSN-
Basisfunktionen in Linux mit der notwendigen
Echtzeiterweiterung PREEMPT_RT eingebunden
sind, ergab sich der Wunsch nach
einer unabhängigen Testumgebung für TSN.
Vor diesem Hintergrund hat Phoenix Contact
gemeinsam mit dem Chiphersteller Intel und
dem Linux-Experten Linutronix entsprechende
Testwerkzeuge entwickelt und auf verbreiteten
TSN-fähigen Netzwerkchips erprobt. Auf
diese Weise konnten Chipsätze für die relevanten
TSN-Produkte qualifiziert werden.
DURCHFÜHRUNG
HOCHGENAUER MESSUNGEN
Zur unabhängigen Qualifikation der TSN-
Lösung eines Chipherstellers werden die
Industrial Middleware wie PROFINET oder
OPC UA und die Applikation durch eine Emulation
ersetzt, welche die darunterliegende
Hardware und deren Netzwerktreiber nutzt.
Die Emulation verhält sich wie ein Automatisierungsgerät
und wird nach erfolgreichen
Prüfungen später gegen die Middleware
und Geräteapplikation des Herstellers ausgetauscht.
Die Emulation setzt sich aus den
folgenden Teilen zusammen:
Referenz: Dieses Testwerkzeug emuliert
sowohl die zyklische Echtzeitkommunikation
ebenso wie die azyklische Netzwerkkommunikation.
Beides lässt sich in
weiten Bereichen in einer Datei konfigurieren.
So können zum Beispiel kürzeste
Zykluszeiten im Mikrosekundenbereich
eingestellt werden, aber auch die Paketgrößen
und deren Anzahl. Der Referenzteil
kontrolliert ebenfalls empfangene
Pakete und misst die Laufzeiten von Applikation
zu Applikation. Zudem belastet
die Referenzapplikation die CPU mit dem
speziellen Tool „Hackbench“. Sämtliche Ergebnisse
werden protokolliert.
Test: Dieses Tool empfängt die zyklische
und azyklische Kommunikation des Referenzteils
und sendet sie zurück. Bestimmte
Werte werden auch protokolliert.
Sowohl die Referenz als auch die Testapplikation
sind über das Netzwerk durch TSN-
Mechanismen aufeinander synchronisiert.
Auf diese Weise lassen sich hochgenaue
Messungen von Laufzeiten und Abweichungen
durchführen.
18 PI-Magazin 2/2023