【導讀】現(xiàn)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)自動化技術的供應商和制造商都對獨立于制造商的開放式通信平臺充滿渴望。制造商期望在系統(tǒng)范圍內實現(xiàn)越來越多的自動化流程。因此，自動化必須考慮到IT系統(tǒng)對于開放數(shù)據(jù)訪問的需求，以及工業(yè)控制系統(tǒng)的實時要求。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(tǒng)現(xiàn)場總線，這一網(wǎng)絡技術具有諸多優(yōu)勢，比如在共享傳輸介質上高效同步地傳輸大量數(shù)據(jù)。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(tǒng)協(xié)議共享同一以太網(wǎng)介質。
本文將更詳細地探討工業(yè)網(wǎng)絡的要求（例如可靠的數(shù)據(jù)傳輸和數(shù)據(jù)的時間同步）。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(qū)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是一款具有兩個以太網(wǎng)端口的實時以太網(wǎng)、多協(xié)議 (REM) 交換芯片。從此，兩個端口成為如今工業(yè)器件的標配，而未來的工業(yè)4.0應用必須支持各種常見的網(wǎng)絡拓撲，如線狀和環(huán)狀拓撲以及星形拓撲。另外，它可以連接任何主機處理器，這讓開發(fā)人員可以使用自己的處理器和他們首選的開發(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內存總線進行通信，以實現(xiàn)高性能、低延遲/低抖動的工業(yè)以太網(wǎng)。內存總線還提供了采用PriorityChannel®技術的主控接口。ADI公司采用軟硬件協(xié)同設計開發(fā)了這一過濾技術。它確保來自以太網(wǎng)的關鍵數(shù)據(jù)得到及時處理，而不受協(xié)議和網(wǎng)絡利用率的影響，因此避免了非時間關鍵型數(shù)據(jù)流量的干擾。這意味著，來自實時通道的數(shù)據(jù)會優(yōu)先于普通網(wǎng)絡數(shù)據(jù)得到處理。圖3顯示的就是PriorityChannel技術，圖中有四個隊列，可以在處理實時數(shù)據(jù)時進行微調。
圖3. ADI公司PriorityChannel技術的概念。
除了交換功能之外，fido5000還具有強大的定時器控制單元 (TCU)。TCU設計用于實現(xiàn)各種工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議的同步機制。通過四個專用輸出或四個通用輸入/輸出，可以實現(xiàn)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間同相。例如，它能以64位分辨率對四個輸入端中任何一處的邊沿到達加蓋時間戳。在輸出端，任何數(shù)字信號模式都可以與網(wǎng)絡時間同步輸出。這意味著可以將用戶的應用與網(wǎng)絡時間同步，周期時間甚至低至不到31.25 s。
但fido5000的功能還不僅限于此—該芯片已經(jīng)為未來做好了準備！fido5000支持時間敏感型網(wǎng)絡 (TSN)。未來基于TSN的工業(yè)以太網(wǎng)應用的需求將能夠滿足運動控制或安全等應用非常苛刻的實時要求。
TSN是由IEEE 802.1工作組定義的一組標準。它兼容現(xiàn)有的標準以太網(wǎng)技術。實際上，TSN定義了交換式以太網(wǎng)網(wǎng)絡中用于時間控制數(shù)據(jù)路由的第一個IEEE標準。因此，IEEE 802系列標準中的確定性實時通信可以通過為幾個網(wǎng)絡組件上消息路徑生成的公共時基和時間表來實現(xiàn)。
除了單芯片fido5000，ADI同時還提供基于fido5000電路板級完整解決方案的RapID平臺。RapID平臺實現(xiàn)了所有常見的工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議，可輕松集成到非以太網(wǎng)現(xiàn)場設備中。這使得現(xiàn)場設備能夠滿足工業(yè)4.0應用的要求。常見工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議的實現(xiàn)均已經(jīng)過預先認證。RapID平臺另一個有趣的功能是動態(tài)集成的Web服務器。通過此功能，它允許用戶很方便得讀取和修改網(wǎng)絡參數(shù)，輸入及輸出數(shù)據(jù)。
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TSN標準的時間關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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