Spolehlivá a stabilní komunikační propojitelnost je mízou průmyslové automatizace. Vzhledem k obrovskému počtu senzorů a akčních členů v průmyslových zařízeních a velkému množství systémů a protokolů převládajícím v reálných-průmyslových scénářích se k přenosu a převodu dat v průběhu celého procesu používá bezpočet tradičních bran. Průmyslová automatizace musí zohledňovat požadavky IT systémů na otevřený přístup k datům a řízení v-reálném čase.
Významnou roli v tomto ohledu sehrál průmyslový Ethernet, který podstatně zvýšil efektivitu a synchronizaci velkoplošného{0}}přenosu dat ve srovnání se systémy fieldbus. Hardware-zařízení pro přepínání Ethernetu zahrnuje ethernetové přepínací čipy, CPU, PHY, PCB a subsystémy rozhraní/portů, přičemž ethernetový přepínací čip je kritickou součástí. Tyto čipy se specializují na přepínání a zpracování velkých objemů dat a přeposílání zpráv a slouží jako integrované obvody-optimalizované pro aplikace. Hlavní dodavatelé přepínacích čipů obvykle nabízejí komerční-produkty s komplexní podporou protokolů a robustní funkčností.
Integrace spínacího čipu
Funkce síťového přepínání jsou obvykle implementovány na ethernetové vrstvě 2 MAC. Dřívější ethernetové přepínací čipy obecně obsahovaly pouze MAC vrstvu a spoléhaly na PHY čipy na vrstvě 1, aby vytvořily skutečné ethernetové připojení. S technologickým pokrokem a rostoucí poptávkou uživatelů po zjednodušených architekturách systémů se objevily a získaly široké přijetí čipy síťových přepínačů integrující fyzickou vrstvu (PHY) a linkovou vrstvu (MAC).
V současné době dosáhlo této integrace mnoho 10M/100M přepínacích čipů. Čipy 10G přepínačů a gigabitové porty na standardních přepínačích však stále obvykle vyžadují vyhrazené čipy PHY. Když mluvíme o ethernetové konektivitě, Broadcom je klíčovým hráčem. Broadcom je již dlouho lídrem v sektoru ethernetových přepínacích čipů a nabízí nejkomplexnější řadu ethernetových přepínacích zařízení a čipů.
Pokud jde o integraci, ethernetové přepínací řešení s architekturou Roboswitch od Broadcomu nabízí 5-24 portových konfigurací podporujících Fast Ethernet a Gigabit Ethernet (GbE). V rámci těchto vysokorychlostních a gigabitových ethernetových řešení přepínání jsou všechny funkce vysokorychlostního přepínacího systému-včetně vyrovnávací paměti paketů, vysílačů/přijímačů fyzické vrstvy, řadičů přístupu k médiím (MAC), správy adres, řízení rychlosti založené na portech- a neblokující přepínací textilie – integrovány do jediného čipu CMOS. Tato úroveň integrace je pro průmyslové aplikace mimořádně vysoká.
Aby byla zajištěna vysoká kapacita zpracování dat během kolaborativních operací, jsou vnitřní logické cesty přepínacího čipu extrémně složité. Špičkové-architektury od hlavních výrobců podporují různé rychlosti včetně 100M/1GE/2,5GE a 10GE a využívají rychlosti 2,5GbE/10GbE k dosažení vysokých-rychlostních uplink připojení. Integrovaný přepínací čip také obsahuje přímo v sobě CPU, což umožňuje navrhnout jedinou -CPU{11}} řízenou přepínací platformu, která podporuje kaskádový režim bez nutnosti externího procesoru.
Ve scénářích datových center a v síťových aplikacích hlubokého učení dosahují přepínací čipy ještě vyšších úrovní integrace. Například řada StrataXGS s nejvyšší-integrací a nejvyšší{2}}šířkou pásma na trhu obsahuje integrovaná řešení s jedním čipem{3}} schopná škálování z několika gigabitů na několik terabitů.
Podpora více-protokolů
Rozšíření průmyslových komunikačních protokolů je široce uznáváno a více{0}}protokolové přepínací čipy mají nepochybně větší přitažlivost v průmyslových aplikacích, což výrazně snižuje složitost návrhu. Víceprotokolové přepínací čipy FIDO5100 a FIDO5200 společnosti ADI dosahují podpory protokolů prostřednictvím přizpůsobitelných nastavení s využitím firmwaru staženého z hostitelského procesoru. Tento firmware je integrován do ovladače přepínače protokolů v reálném čase-ethernetové sítě-a stahuje se při zapnutí-.
(Plná podpora protokolů, ADI)
Škálovatelné a flexibilní konfigurace umožňují čipu přepínače bezproblémové propojení s jakýmkoli hostitelským procesorem. Využitím ovladačů zařízení pro konkrétní protokoly usnadňuje flexibilní dělení systému a zároveň nabízí větší svobodu při využívání zásobníků protokolů od libovolného dodavatele-prostě integrujte zásobník protokolů s ovladačem čipu s více-přepínáním protokolů. Podpora více protokolů přepínače-výrazně zvyšuje efektivitu ve scénářích průmyslové automatizace.
Neochvějná snaha o efektivní přenos dat a{0}}požadavky v reálném čase
Bez ohledu na technologické trendy zůstávají základní požadavky na efektivní přenos a nízkou latenci u přepínacích čipů konstantní. To je zvláště důležité v průmyslových aplikacích, kde řízení pohybu vyžaduje přísný výkon v-reálném čase. Výše uvedená řada FIDO využívá Timer Control Unit (TCU) k implementaci synchronizačních mechanismů pro různé průmyslové ethernetové protokoly, které podporují doby cyklu EtherCAT až 12,5 μs a časy cyklu PROFINET až 31,25 μs.
Jednočipová řada VSC75XTSN společnosti Microchip integruje plnou hardwarovou podporu protokolu IEEE 1588v2 Precision Time Protocol (PTP), včetně hardwarového časového označení pro všechna rozhraní PHY-MAC a hardwarové hodiny PTP s vysokým-rozlišením. To poskytuje sub-mikrosekundovou synchronizaci pro řadu aplikací průmyslového Ethernetu. Poptávka po-vysoce{10}}konektivitě v reálném čase{10} nadále žene přepínací čipy k efektivnějšímu přenosu a nižší{11}}synchronizaci s latencí.
Shrnutí
Vzhledem k tomu, že sítě přecházejí z tradičních fieldbus a 4mA na 20mA připojení k průmyslovému Ethernetu, vyvstávají během fáze návrhu a implementace síťové konektivity četné výzvy. To vedlo k vývoji ethernetových přepínacích čipů. Výkonné a flexibilní přepínací čipy přibližují průmyslové aplikace k dosažení ideální konektivity průmyslového Ethernetu.