Pålidelig og stabil kommunikationssammenkobling er livsnerven i industriel automatisering. I betragtning af det store antal sensorer og aktuatorer inden for industrielt udstyr og de mange systemer og protokoller, der er fremherskende i den virkelige-verdens industrielle scenarier, anvendes utallige traditionelle gateways til at transmittere og konvertere data gennem hele processen. Industriel automatisering skal tage højde for it-systemernes krav til åben dataadgang og-realtidskontrol.
Industrielt Ethernet har spillet en væsentlig rolle i denne henseende, hvilket væsentligt har forbedret effektiviteten og synkroniseringen af stor-datatransmission sammenlignet med feltbussystemer. Hardware-mæssigt omfatter Ethernet-switch-udstyr Ethernet-switchchips, CPU'er, PHY'er, PCB'er og interface/port-undersystemer, hvor Ethernet-switchchippen er en kritisk komponent. Disse chips er specialiserede til at skifte og behandle store mængder data og videresendelse af meddelelser, der fungerer som applikations-optimerede integrerede kredsløb til netværk. Store leverandører af switch-chips tilbyder typisk kommercielle-produkter med omfattende protokolunderstøttelse og robust funktionalitet.
Switch Chip Integration
Network switching-funktioner implementeres typisk på Ethernets Layer 2 MAC. Tidlige Ethernet-switch-chips indeholdt generelt kun MAC-laget, idet de stolede på PHY-chips på Layer 1 til at etablere faktiske Ethernet-forbindelser. Med teknologiske fremskridt og voksende brugerefterspørgsel efter forenklede systemarkitekturer opstod netværksswitchchips, der integrerede det fysiske lag (PHY) og linklaget (MAC), og vandt udbredt anvendelse.
I øjeblikket har mange 10M/100M switch-chips opnået denne integration. 10G switch-chips og Gigabit-porte på standard switches kræver dog stadig typisk dedikerede PHY-chips. Når vi diskuterer Ethernet-forbindelse, er Broadcom en nøglespiller. Broadcom har længe været førende inden for Ethernet-switch-chip-sektoren og tilbyder branchens mest omfattende udvalg af Ethernet-switch-udstyr og -chips.
Med hensyn til integration har Broadcoms Roboswitch-arkitektur Ethernet-switchløsning 5-24 portkonfigurationer, der understøtter Fast Ethernet og Gigabit Ethernet (GbE). Inden for disse høj-hastigheds- og Gigabit Ethernet-koblingsløsninger er alle funktioner i et høj-omskiftningssystem-inklusive pakkebuffere, fysiske lag-transceivere, medieadgangscontrollere (MAC), adressestyring, port-baseret hastighedskontrol og ikke-blokerende switching-enkelt CMOS-chip integreret i en enkelt CMOS-chip. Dette integrationsniveau er usædvanligt højt til industrielle applikationer.
For at sikre høj databehandlingskapacitet under samarbejdsoperationer er switch-chippens interne logiske veje ekstremt komplekse. Brancheførende-arkitekturer fra store producenter understøtter flere hastigheder, herunder 100M/1GE/2.5GE og 10GE, ved at bruge 2.5GbE/10GbE-hastigheder til at opnå høj-uplinkforbindelser. Den integrerede switch-chip inkorporerer også en CPU direkte i den, hvilket muliggør designet af en enkelt-CPU-administreret switching-platform, der understøtter cascading-tilstand uden at kræve en ekstern processor.
I datacenterscenarier og deep learning-netværksapplikationer opnår switch-chips endnu højere integrationsniveauer. For eksempel har markedets StrataXGS-serie med den højeste-integration og højeste-båndbredde integrerede enkelt-chipløsninger, der er i stand til at skalere fra flere gigabit til flere terabit.
Multi-protokolunderstøttelse
Udbredelsen af industrielle kommunikationsprotokoller er almindeligt anerkendt, og multi-protokol switch-chips har utvivlsomt større appel i industrielle applikationer, hvilket reducerer designkompleksiteten markant. ADI's FIDO5100 og FIDO5200 multi-protokolswitchchips opnår protokolunderstøttelse gennem tilpassede indstillinger ved at bruge firmware, der er downloadet fra værtsprocessoren. Denne firmware er integreret i real-Ethernet multi-protokolswitchdriveren og downloades under opstart-.
(Fuld protokolunderstøttelse, ADI)
Skalerbare og fleksible konfigurationer gør det muligt for switch-chippen at interface problemfrit med enhver værtsprocessor. Ved at udnytte enhedsdrivere til specifikke protokoller letter den fleksibel systempartitionering, samtidig med at den giver større frihed til at bruge protokolstakke fra enhver leverandør-integrater blot protokolstakken med multi-protokolswitchchipdriveren. Switch-chippens multi-protokolunderstøttelse øger effektiviteten markant i industrielle automationsscenarier.
Vedholdende stræben efter effektiv datatransmission og realtidskrav.-
Uanset teknologiske tendenser forbliver kernekravene til effektiv transmission og lav latens konstant for switch-chips. Dette er især kritisk i industrielle applikationer, hvor bevægelseskontrol kræver strenge-realtidsydelser. Den førnævnte FIDO-serie anvender en Timer Control Unit (TCU) til at implementere synkroniseringsmekanismer til forskellige industrielle Ethernet-protokoller, der understøtter EtherCAT-cyklustider så lave som 12,5μs og PROFINET-cyklustider så lave som 31,25μs.
Microchips enkelt-chip VSC75XTSN-serie integrerer fuld hardwareunderstøttelse af IEEE 1588v2 Precision Time Protocol (PTP), inklusive hardwaretidsstempling for alle PHY-MAC-grænseflader og et hardware-PTP-ur med høj-opløsning. Dette leverer sub-mikrosekundssynkronisering til en række industrielle Ethernet-applikationer. Efterspørgslen efter højeffektiv-realtidsforbindelse fortsætter med at drive switch-chips mod mere effektiv transmission og lavere-latenssynkronisering.
Oversigt
Efterhånden som netværk går fra traditionelle feltbus- og 4mA- til 20mA-forbindelser til industrielt Ethernet, opstår der adskillige udfordringer under design- og implementeringsfaserne af netværksforbindelse. Dette har drevet udviklingen af Ethernet-switch-chips. Kraftige og fleksible switch-chips bringer industrielle applikationer tættere på at opnå den ideelle industrielle Ethernet-forbindelse.