【導讀】現今，尤其是在工業物聯網 (IIoT) 或工業4.0的背景下，許多工業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。制造商期望在系統范圍內實現越來越多的自動化流程。因此，自動化必須考慮到IT系統對于開放數據訪問的需求，以及工業控制系統的實時要求。以太網和工業以太網已經在這方面發揮了重要作用。
相較于傳統現場總線，這一網絡技術具有諸多優勢，比如在共享傳輸介質上高效同步地傳輸大量數據。PROFINET、EtherNet/IP®、EtherCAT®、POWERLINK®等常用工業以太網協議都在某種程度上允許與http或TCP/IP等傳統協議共享同一以太網介質。
本文將更詳細地探討工業網絡的要求（例如可靠的數據傳輸和數據的時間同步）。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協議。fido5100支持除EtherCAT以外的各種主要工業以太網協議，而fido5200支持包括EtherCAT在內的各種主要工業以太網協議。
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以太網協議。
fido5000 REM交換芯片
ADI公司的fido5000是一款具有兩個以太網端口的實時以太網、多協議 (REM) 交換芯片。從此，兩個端口成為如今工業器件的標配，而未來的工業4.0應用必須支持各種常見的網絡拓撲，如線狀和環狀拓撲以及星形拓撲。另外，它可以連接任何主機處理器，這讓開發人員可以使用自己的處理器和他們首選的開發環境。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，以實現高性能、低延遲/低抖動的工業以太網。內存總線還提供了采用PriorityChannel®技術的主控接口。ADI公司采用軟硬件協同設計開發了這一過濾技術。它確保來自以太網的關鍵數據得到及時處理，而不受協議和網絡利用率的影響，因此避免了非時間關鍵型數據流量的干擾。這意味著，來自實時通道的數據會優先于普通網絡數據得到處理。圖3顯示的就是PriorityChannel技術，圖中有四個隊列，可以在處理實時數據時進行微調。
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設計用于實現各種工業以太網協議的同步機制。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，任何數字信號模式都可以與網絡時間同步輸出。這意味著可以將用戶的應用與網絡時間同步，周期時間甚至低至不到31.25 s。
但fido5000的功能還不僅限于此—該芯片已經為未來做好了準備！fido5000支持時間敏感型網絡 (TSN)。未來基于TSN的工業以太網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。它兼容現有的標準以太網技術。實際上，TSN定義了交換式以太網網絡中用于時間控制數據路由的第一個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絡組件上消息路徑生成的公共時基和時間表來實現。
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平臺實現了所有常見的工業以太網協議，可輕松集成到非以太網現場設備中。這使得現場設備能夠滿足工業4.0應用的要求。常見工業以太網協議的實現均已經過預先認證。RapID平臺另一個有趣的功能是動態集成的Web服務器。通過此功能，它允許用戶很方便得讀取和修改網絡參數，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平臺已經為基于當前工業以太網標準和未來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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