【導(dǎo)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(dòng)化技術(shù)的供應(yīng)商和制造商都對(duì)獨(dú)立于制造商的開(kāi)放式通信平臺(tái)充滿渴望。制造商期望在系統(tǒng)范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)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(tǒng)對(duì)于開(kāi)放數(shù)據(jù)訪問(wèn)的需求，以及工業(yè)控制系統(tǒng)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(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)總線，這一網(wǎng)絡(luò)技術(shù)具有諸多優(yōu)勢(shì)，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(xì)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(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(hào)，這兩種型號(hào)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(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(biāo)配，而未來(lái)的工業(yè)4.0應(yīng)用必須支持各種常見(jiàn)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，如線狀和環(huán)狀拓?fù)湟约靶切瓮負(fù)?。另外，它可以連接任何主機(jī)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(nèi)存總線進(jìn)行通信，以實(shí)現(xiàn)高性能、低延遲/低抖動(dòng)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(jì)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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)流量的干擾。這意味著，來(lái)自實(shí)時(shí)通道的數(shù)據(jù)會(huì)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(gè)隊(duì)列，可以在處理實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)時(shí)進(jìn)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(qiáng)大的定時(shí)器控制單元 (TCU)。TCU設(shè)計(jì)用于實(shí)現(xiàn)各種工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議的同步機(jī)制。通過(guò)四個(gè)專用輸出或四個(gè)通用輸入/輸出，可以實(shí)現(xiàn)輸入捕捉等其他功能，也可以輸出任何方波信號(hào)。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(duì)四個(gè)輸入端中任何一處的邊沿到達(dá)加蓋時(shí)間戳。在輸出端，任何數(shù)字信號(hào)模式都可以與網(wǎng)絡(luò)時(shí)間同步輸出。這意味著可以將用戶的應(yīng)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(zhǔn)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(yīng)用的需求將能夠滿足運(yùn)動(dòng)控制或安全等應(yīng)用非常苛刻的實(shí)時(shí)要求。
TSN是由IEEE 802.1工作組定義的一組標(biāo)準(zhǔn)。它兼容現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)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(shù)據(jù)路由的第一個(gè)IEEE標(biāo)準(zhǔn)。因此，IEEE 802系列標(biāo)準(zhǔn)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(xiàn)。
除了單芯片fido5000，ADI同時(shí)還提供基于fido5000電路板級(jí)完整解決方案的RapID平臺(tái)。RapID平臺(tái)實(shí)現(xiàn)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(xiàn)場(chǎng)設(shè)備中。這使得現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備能夠滿足工業(yè)4.0應(yīng)用的要求。常見(jiàn)工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議的實(shí)現(xiàn)均已經(jīng)過(guò)預(yù)先認(rèn)證。RapID平臺(tái)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(tái)可用于評(píng)估套件中。
fido5000 REM交換芯片和RapID平臺(tái)已經(jīng)為基于當(dāng)前工業(yè)以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)和未來(lái)TSN標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)間關(guān)鍵型應(yīng)用提供了最佳的前提條件。
本文轉(zhuǎn)載自亞德諾半導(dǎo)體。
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