【導讀】現今，尤其是在工業(yè)物聯(lián)網(wǎng) (IIoT) 或工業(yè)4.0的背景下，許多工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)的供應商和制造商都對獨立于制造商的開(kāi)放式通信平臺充滿(mǎn)渴望。制造商期望在系統范圍內實(shí)現越來(lái)越多的自動(dòng)化流程。因此，自動(dòng)化必須考慮到IT系統對于開(kāi)放數據訪(fǎng)問(wèn)的需求，以及工業(yè)控制系統的實(shí)時(shí)要求。以太網(wǎng)和工業(yè)以太網(wǎng)已經(jīng)在這方面發(fā)揮了重要作用。
相較于傳統現場(chǎng)總線(xiàn)，這一網(wǎng)絡(luò )技術(shù)具有諸多優(yōu)勢，比如在共享傳輸介質(zhì)上高效同步地傳輸大量數據。PROFINET、EtherNet/IP®、EtherCAT®、POWERLINK®等常用工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議都在某種程度上允許與http或TCP/IP等傳統協(xié)議共享同一以太網(wǎng)介質(zhì)。
本文將更詳細地探討工業(yè)網(wǎng)絡(luò )的要求（例如可靠的數據傳輸和數據的時(shí)間同步）。此外，還將介紹ADI公司的fido5000 REM交換芯片，該芯片可作為一種產(chǎn)品解決方案。該芯片有fido5100和fido5200兩種型號，這兩種型號的區別僅在于它們支持的以太網(wǎng)協(xié)議。fido5100支持除EtherCAT以外的各種主要工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議，而fido5200支持包括EtherCAT在內的各種主要工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議。
圖1. 作為fido5000變體的fido5200 REM交換芯片。fido5200支持包括EtherCAT在內的各種主要工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議。
fido5000 REM交換芯片
ADI公司的fido5000是一款具有兩個(gè)以太網(wǎng)端口的實(shí)時(shí)以太網(wǎng)、多協(xié)議 (REM) 交換芯片。從此，兩個(gè)端口成為如今工業(yè)器件的標配，而未來(lái)的工業(yè)4.0應用必須支持各種常見(jiàn)的網(wǎng)絡(luò )拓撲，如線(xiàn)狀和環(huán)狀拓撲以及星形拓撲。另外，它可以連接任何主機處理器，這讓開(kāi)發(fā)人員可以使用自己的處理器和他們首選的開(kāi)發(fā)環(huán)境。圖2顯示了fido5000的所有這些可能性和功能。
圖2. fido5000功能概覽。
REM芯片和處理器之間通過(guò)內存總線(xiàn)進(jìn)行通信，以實(shí)現高性能、低延遲/低抖動(dòng)的工業(yè)以太網(wǎng)。內存總線(xiàn)還提供了采用PriorityChannel®技術(shù)的主控接口。ADI公司采用軟硬件協(xié)同設計開(kāi)發(fā)了這一過(guò)濾技術(shù)。它確保來(lái)自以太網(wǎng)的關(guān)鍵數據得到及時(shí)處理，而不受協(xié)議和網(wǎng)絡(luò )利用率的影響，因此避免了非時(shí)間關(guān)鍵型數據流量的干擾。這意味著(zhù)，來(lái)自實(shí)時(shí)通道的數據會(huì )優(yōu)先于普通網(wǎng)絡(luò )數據得到處理。圖3顯示的就是PriorityChannel技術(shù)，圖中有四個(gè)隊列，可以在處理實(shí)時(shí)數據時(shí)進(jìn)行微調。
圖3. ADI公司PriorityChannel技術(shù)的概念。
除了交換功能之外，fido5000還具有強大的定時(shí)器控制單元 (TCU)。TCU設計用于實(shí)現各種工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議的同步機制。通過(guò)四個(gè)專(zhuān)用輸出或四個(gè)通用輸入/輸出，可以實(shí)現輸入捕捉等其他功能，也可以輸出任何方波信號。這些端口均直接與同步時(shí)間同相。例如，它能以64位分辨率對四個(gè)輸入端中任何一處的邊沿到達加蓋時(shí)間戳。在輸出端，任何數字信號模式都可以與網(wǎng)絡(luò )時(shí)間同步輸出。這意味著(zhù)可以將用戶(hù)的應用與網(wǎng)絡(luò )時(shí)間同步，周期時(shí)間甚至低至不到31.25 s。
但fido5000的功能還不僅限于此—該芯片已經(jīng)為未來(lái)做好了準備！fido5000支持時(shí)間敏感型網(wǎng)絡(luò ) (TSN)。未來(lái)基于TSN的工業(yè)以太網(wǎng)應用的需求將能夠滿(mǎn)足運動(dòng)控制或安全等應用非?？量痰膶?shí)時(shí)要求。
TSN是由IEEE 802.1工作組定義的一組標準。它兼容現有的標準以太網(wǎng)技術(shù)。實(shí)際上，TSN定義了交換式以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò )中用于時(shí)間控制數據路由的第一個(gè)IEEE標準。因此，IEEE 802系列標準中的確定性實(shí)時(shí)通信可以通過(guò)為幾個(gè)網(wǎng)絡(luò )組件上消息路徑生成的公共時(shí)基和時(shí)間表來(lái)實(shí)現。
除了單芯片fido5000，ADI同時(shí)還提供基于fido5000電路板級完整解決方案的RapID平臺。RapID平臺實(shí)現了所有常見(jiàn)的工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議，可輕松集成到非以太網(wǎng)現場(chǎng)設備中。這使得現場(chǎng)設備能夠滿(mǎn)足工業(yè)4.0應用的要求。常見(jiàn)工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議的實(shí)現均已經(jīng)過(guò)預先認證。RapID平臺另一個(gè)有趣的功能是動(dòng)態(tài)集成的Web服務(wù)器。通過(guò)此功能，它允許用戶(hù)很方便得讀取和修改網(wǎng)絡(luò )參數，輸入及輸出數據。
圖4. 基于fido5000的RapID平臺可用于評估套件中。
fido5000 REM交換芯片和RapID平臺已經(jīng)為基于當前工業(yè)以太網(wǎng)標準和未來(lái)TSN標準的時(shí)間關(guān)鍵型應用提供了最佳的前提條件。
本文轉載自亞德諾半導體。
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