Pålitlig och stabil kommunikationssammankoppling är livsnerven i industriell automation. Med tanke på det stora antalet sensorer och ställdon inom industriell utrustning, och den mångfald av system och protokoll som är vanliga i verkliga-industriscenarier, används otaliga traditionella gateways för att överföra och konvertera data genom hela processen. Industriell automation måste ta hänsyn till IT-systemens krav på öppen dataåtkomst och-realtidskontroll.
Industriellt Ethernet har spelat en betydande roll i detta avseende, vilket avsevärt förbättrat effektiviteten och synkroniseringen av stor-dataöverföring jämfört med fältbusssystem. Hårdvarumässigt-innehåller Ethernet-växlingsutrustning Ethernet-växlingschips, CPU:er, PHY:er, PCB:er och gränssnitts-/portundersystem, där Ethernet-växelchippet är en kritisk komponent. Dessa chips är specialiserade för att byta och bearbeta stora mängder data och vidarebefordran av meddelanden, och fungerar som applikations-optimerade integrerade kretsar för nätverk. Stora leverantörer av switchchips erbjuder vanligtvis kommersiella-produkter med omfattande protokollstöd och robust funktionalitet.
Switch Chip Integration
Nätverksväxlingsfunktioner implementeras vanligtvis på Ethernets Layer 2 MAC. Tidiga Ethernet-switchchips innehöll i allmänhet bara MAC-lagret, och förlitade sig på PHY-chips på Layer 1 för att upprätta faktiska Ethernet-anslutningar. Med tekniska framsteg och växande efterfrågan från användare på förenklade systemarkitekturer, växte nätverksväxelchips som integrerade det fysiska lagret (PHY) och länklagret (MAC) fram och fick en bred användning.
För närvarande har många 10M/100M switchchips uppnått denna integration. Men 10G-switchchips och Gigabit-portar på standardswitchar kräver fortfarande vanligtvis dedikerade PHY-chips. När vi diskuterar Ethernet-anslutning är Broadcom en nyckelaktör. Broadcom har länge varit ledande inom sektorn för Ethernet-switchchips och erbjuder branschens mest omfattande utbud av Ethernet-switchutrustning och -chips.
När det gäller integration har Broadcoms Roboswitch-arkitektur Ethernet-växlingslösning 5-24-portskonfigurationer som stöder Fast Ethernet och Gigabit Ethernet (GbE). Inom dessa snabba och Gigabit Ethernet-växlingslösningar är alla funktioner i ett hög-växlingssystem-inklusive paketbuffertar, sändare/mottagare för fysiska lager, medieåtkomstkontroller (MAC), adresshantering, port-baserad hastighetskontroll och icke-blockerande växlingschip, integrerade i ett enda CMOS-chip. Denna integrationsnivå är exceptionellt hög för industriella tillämpningar.
För att säkerställa hög databehandlingskapacitet under samarbetsoperationer är de interna logikvägarna för switchchippet extremt komplexa. Branschledande-arkitekturer från stora tillverkare stöder flera hastigheter inklusive 100M/1GE/2.5GE och 10GE, med 2.5GbE/10GbE hastigheter för att uppnå höghastighetsupplänksanslutningar-. Det integrerade switchchippet innehåller också en CPU direkt i det, vilket möjliggör utformningen av en enda-CPU-hanterad switchplattform som stöder kaskadläge utan att behöva en extern processor.
I datacenterscenarier och nätverksapplikationer för djupinlärning uppnår switchchips ännu högre integrationsnivåer. Till exempel har marknadens StrataXGS-serie med högsta-integrering och högsta-bandbredd integrerade enstaka-chiplösningar som kan skalas från flera gigabitar till flera terabitar.
Stöd för flera-protokoll
Förekomsten av industriella kommunikationsprotokoll är allmänt erkänd, och fler-protokollsväxlingschips har utan tvekan större tilltalande i industriella tillämpningar, vilket avsevärt minskar designkomplexiteten. ADI:s FIDO5100 och FIDO5200 multi-protokollväxlingschips uppnår protokollstöd genom anpassningsbara inställningar, med fast programvara som laddats ner från värdprocessorn. Denna firmware är integrerad i realtids-Ethernet multi-protokollsväxlingsdrivrutinen och laddas ned under uppstart-.
(Fullständigt protokollstöd, ADI)
Skalbara och flexibla konfigurationer gör det möjligt för switchchipet att sömlöst samverka med vilken värdprocessor som helst. Genom att utnyttja enhetsdrivrutiner för specifika protokoll, underlättar det flexibel systempartitionering samtidigt som det ger större frihet att använda protokollstackar från vilken leverantör som helst-integrera helt enkelt protokollstacken med multi-protokollväxelchipsdrivrutinen. Switchchipets multi-protokollstöd förbättrar effektiviteten avsevärt i industriella automationsscenarier.
Obeveklig strävan efter effektiv dataöverföring och realtidskrav.-
Oavsett tekniska trender förblir kärnkraven för effektiv överföring och låg latens konstant för switchchips. Detta är särskilt viktigt i industriella applikationer där rörelsekontroll kräver stränga realtidsprestanda. Den tidigare nämnda FIDO-serien använder en Timer Control Unit (TCU) för att implementera synkroniseringsmekanismer för olika industriella Ethernet-protokoll, som stöder EtherCAT-cykeltider så låga som 12,5 μs och PROFINET-cykeltider så låga som 31,25 μs.
Microchips VSC75XTSN-serie med enkel-chip integrerar fullt hårdvarustöd för IEEE 1588v2 Precision Time Protocol (PTP), inklusive hårdvarutidsstämpling för alla PHY-MAC-gränssnitt och en hög-hårdvaru-PTP-klocka. Detta ger sub-mikrosekundssynkronisering för en rad industriella Ethernet-applikationer. Efterfrågan på högeffektiv-realtidsanslutning fortsätter att driva switchchips mot effektivare överföring och lägre-latenssynkronisering.
Sammanfattning
När nätverk övergår från traditionella fältbuss- och 4mA- till 20mA-anslutningar till industriellt Ethernet, uppstår många utmaningar under konstruktions- och implementeringsfaserna av nätverksanslutning. Detta har drivit utvecklingen av Ethernet-switchchips. Kraftfulla och flexibla switchchips för industriella applikationer närmare att uppnå den idealiska industriella Ethernet-anslutningen.