【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(shù)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(nèi)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(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(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(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(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(nèi)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(nèi)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(luò)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(nèi)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(nèi)存總線還提供了采用PriorityChannel®技術(shù)的主控接口。ADI公司采用軟硬件協(xié)同設(shè)計開發(fā)了這一過濾技術(shù)。它確保來自以太網(wǎng)的關(guān)鍵數(shù)據(jù)得到及時處理，而不受協(xié)議和網(wǎng)絡(luò)利用率的影響，因此避免了非時間關(guān)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(luò)數(shù)據(jù)得到處理。圖3顯示的就是PriorityChannel技術(shù)，圖中有四個隊列，可以在處理實時數(shù)據(jù)時進行微調(diào)。
圖3. ADI公司PriorityChannel技術(shù)的概念。
除了交換功能之外，fido5000還具有強大的定時器控制單元 (TCU)。TCU設(shè)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(luò)時間同步輸出。這意味著可以將用戶的應用與網(wǎng)絡(luò)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(luò) (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(shù)。實際上，TSN定義了交換式以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)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(luò)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(shè)備中。這使得現(xiàn)場設(shè)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(wù)器。通過此功能，它允許用戶很方便得讀取和修改網(wǎng)絡(luò)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(guān)鍵型應用提供了最佳的前提條件。
本文轉(zhuǎn)載自亞德諾半導體。
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