A megbízható és stabil kommunikációs összekapcsolhatóság az ipari automatizálás éltető eleme. Tekintettel az ipari berendezésekben található érzékelők és aktuátorok nagy számára, valamint a valós világban-elterjedt ipari forgatókönyvekben elterjedt rendszerek és protokollok sokaságára, számtalan hagyományos átjárót alkalmaznak az adatok továbbítására és konvertálására a teljes folyamat során. Az ipari automatizálásnak figyelembe kell vennie az IT-rendszereknek a nyílt adathozzáféréssel és a valós idejű-vezérléssel kapcsolatos követelményeit.
Az ipari Ethernet jelentős szerepet játszott ebben a tekintetben, jelentősen javítva a nagy-léptékű adatátvitel hatékonyságát és szinkronizálását a terepibusz-rendszerekhez képest. Hardveresen{2}} az Ethernet kapcsolóberendezések Ethernet switch chipeket, CPU-kat, PHY-ket, PCB-ket és interfész/port alrendszereket tartalmaznak, amelyekben az Ethernet switch chip kritikus összetevő. Ezek a chipek nagy mennyiségű adat kapcsolására és feldolgozására, valamint üzenettovábbításra specializálódtak, és alkalmazásra optimalizált integrált áramkörökként{4}} szolgálnak a hálózatépítéshez. A fő kapcsolóchip-beszállítók általában kereskedelmi minőségű,{6}}termékeket kínálnak átfogó protokolltámogatással és robusztus funkciókkal.
Switch Chip integráció
A hálózati kapcsolási funkciókat általában az Ethernet Layer 2 MAC-jában valósítják meg. A korai Ethernet switch chipek általában csak a MAC réteget tartalmazták, az 1. réteg PHY chipjeire támaszkodva tényleges Ethernet kapcsolatok létrehozásához. A technológiai fejlődésnek és az egyszerűsített rendszerarchitektúrák iránti növekvő felhasználói igénynek köszönhetően a fizikai réteget (PHY) és a kapcsolati réteget (MAC) integráló hálózati switch chipek jelentek meg, és széles körben elterjedtek.
Jelenleg sok 10M/100M switch chip elérte ezt az integrációt. A 10G switch chipekhez és a szabványos switcheken lévő Gigabit portokhoz azonban jellemzően dedikált PHY chipekre van szükség. Amikor az Ethernet-csatlakozásról beszélünk, a Broadcom kulcsszerepet játszik. A Broadcom régóta vezető szerepet tölt be az Ethernet switch chip szektorban, és az Ethernet kapcsolóberendezések és chipek legátfogóbb választékát kínálja az iparágban.
Ami az integrációt illeti, a Broadcom Roboswitch architektúrájú Ethernet kapcsolómegoldása 5-24 portkonfigurációt tartalmaz, amelyek támogatják a Fast Ethernetet és a Gigabit Ethernetet (GbE). Ezeken a nagy-sebességű és Gigabites Ethernet kapcsolómegoldásokon belül a nagy-sebességű kapcsolórendszerek- összes funkciója, beleértve a csomagpuffereket, a fizikai rétegű adó-vevőket, a médiahozzáférés-vezérlőket (MAC), a címkezelést, a port-alapú sebességszabályozást és a nem -blokkoló chip-kapcsolást, egyetlen CMOS-szövetbe integrálva van. Ez az integrációs szint rendkívül magas az ipari alkalmazásokhoz.
Az együttműködési műveletek során a nagy adatfeldolgozási kapacitás biztosítása érdekében a switch chip belső logikai útvonalai rendkívül összetettek. A nagy gyártók iparágvezető-architektúrái többféle sebességet támogatnak, beleértve a 100M/1GE/2.5GE és a 10GE sebességet, és 2,5GbE/10GbE sebességet használnak a nagy-sebességű uplink kapcsolatok eléréséhez. Az integrált kapcsolóchip közvetlenül magában foglal egy CPU-t is, amely lehetővé teszi egyetlen-CPU-felügyelt kapcsolóplatform kialakítását, amely támogatja a lépcsőzetes módot külső processzor nélkül.
Az adatközponti forgatókönyvekben és a mély tanulási hálózati alkalmazásokban a switch chipek még magasabb integrációs szintet érnek el. Például a piac legmagasabb-integrációjú, legnagyobb-sávszélességű StrataXGS sorozata integrált egyetlen chipes megoldásokat tartalmaz, amelyek több gigabitről több terabitre skálázhatók.
Több-protokoll támogatás
Az ipari kommunikációs protokollok elterjedtsége széles körben elismert, és a több{0}}protokollú kapcsolóchipek kétségtelenül nagyobb vonzerőt jelentenek az ipari alkalmazásokban, jelentősen csökkentve a tervezés bonyolultságát. Az ADI FIDO5100 és FIDO5200 több-protokollkapcsoló chipjei a gazdaprocesszorról letöltött firmware-t használva testreszabható beállításokon keresztül protokolltámogatást biztosítanak. Ez a firmware a valós idejű-Ethernet több-protokollkapcsoló-illesztőprogramba van integrálva, és a bekapcsoláskor{8}}letöltésre kerül.
(Teljes protokoll támogatás, ADI)
A méretezhető és rugalmas konfigurációk lehetővé teszik, hogy a switch chip zökkenőmentesen csatlakozzon bármely gazdagép processzorhoz. Az eszköz-illesztőprogramok speciális protokollokhoz való felhasználásával megkönnyíti a rugalmas rendszerparticionálást, miközben nagyobb szabadságot kínál bármely gyártótól származó protokollveremek használatában,{1}}egyszerűen integrálja a protokollvermet a több-protokollkapcsoló chip-illesztőprogrammal. A switch chip több-protokoll támogatása jelentősen növeli a hatékonyságot az ipari automatizálási forgatókönyvekben.
Könyörtelen törekvés a hatékony adatátvitelre és a valós idejű{0}}igényekre
A technológiai trendektől függetlenül a hatékony átvitel és az alacsony késleltetés alapvető követelményei változatlanok maradnak a switch chipek esetében. Ez különösen kritikus az ipari alkalmazásokban, ahol a mozgásvezérlés szigorú valós idejű teljesítményt{1}}követel meg. A fent említett FIDO sorozat időzítő vezérlő egységet (TCU) alkalmaz a különböző ipari Ethernet protokollok szinkronizálási mechanizmusainak megvalósításához, támogatva az EtherCAT 12,5 μs-os ciklusidőket és a 31,25 μs-os PROFINET ciklusidőket.
A Microchip egyetlen{0}}chip VSC75XTSN sorozata az IEEE 1588v2 Precision Time Protocol (PTP) teljes hardveres támogatását integrálja, beleértve az összes PHY-MAC interfész hardveres időbélyegzését és a nagy-felbontású hardveres PTP-órát. Ez szub{7}}mikroszekundumos szinkronizálást biztosít számos ipari Ethernet-alkalmazáshoz. A valós idejű, nagy hatékonyságú{10}}kapcsolat iránti kereslet továbbra is a kapcsolóchipeket a hatékonyabb átvitel és az alacsonyabb{11}}késleltetési szinkronizálás felé tereli.
Összegzés
Ahogy a hálózatok a hagyományos terepibuszról és 4 mA-ről 20 mA-es kapcsolatokra térnek át az ipari Ethernetre, számos kihívás merül fel a hálózati csatlakozás tervezési és megvalósítási szakaszában. Ez vezérelte az Ethernet switch chipek fejlődését. A nagy teljesítményű és rugalmas kapcsolóchipek közelebb viszik az ipari alkalmazásokat az ideális ipari Ethernet-kapcsolat eléréséhez.