Η αξιόπιστη και σταθερή διασυνδεσιμότητα επικοινωνίας είναι η ψυχή του βιομηχανικού αυτοματισμού. Δεδομένου του τεράστιου αριθμού αισθητήρων και ενεργοποιητών εντός βιομηχανικού εξοπλισμού και του πλήθους συστημάτων και πρωτοκόλλων που επικρατούν σε πραγματικές-βιομηχανικές σενάρια, χρησιμοποιούνται αμέτρητες παραδοσιακές πύλες για τη μετάδοση και τη μετατροπή δεδομένων σε όλη τη διαδικασία. Ο βιομηχανικός αυτοματισμός πρέπει να λαμβάνει υπόψη τις απαιτήσεις των συστημάτων πληροφορικής για ανοιχτή πρόσβαση σε δεδομένα και έλεγχο σε πραγματικό χρόνο.
Το Industrial Ethernet έχει διαδραματίσει σημαντικό ρόλο από αυτή την άποψη, βελτιώνοντας ουσιαστικά την αποτελεσματικότητα και το συγχρονισμό της μετάδοσης δεδομένων μεγάλης-κλίμακας σε σύγκριση με συστήματα fieldbus. Από πλευράς υλικού-, ο εξοπλισμός μεταγωγής Ethernet περιλαμβάνει τσιπ μεταγωγής Ethernet, CPU, PHY, PCB και υποσυστήματα διασύνδεσης/θύρας, με το τσιπ μεταγωγής Ethernet να είναι ένα κρίσιμο στοιχείο. Αυτά τα τσιπ είναι εξειδικευμένα για εναλλαγή και επεξεργασία μεγάλου όγκου δεδομένων και προώθησης μηνυμάτων, χρησιμεύοντας ως βελτιστοποιημένα ολοκληρωμένα κυκλώματα για εφαρμογές-για δικτύωση. Οι μεγάλοι προμηθευτές τσιπ μεταγωγών προσφέρουν συνήθως προϊόντα εμπορικής-βαθμίδας με ολοκληρωμένη υποστήριξη πρωτοκόλλου και ισχυρή λειτουργικότητα.
Ενσωμάτωση Chip Switch
Οι λειτουργίες μεταγωγής δικτύου συνήθως υλοποιούνται στο MAC Layer 2 του Ethernet. Τα πρώιμα τσιπ μεταγωγής Ethernet περιείχαν γενικά μόνο το επίπεδο MAC, βασιζόμενοι στα τσιπ PHY στο Επίπεδο 1 για τη δημιουργία πραγματικών συνδέσεων Ethernet. Με τις τεχνολογικές εξελίξεις και την αυξανόμενη ζήτηση των χρηστών για απλοποιημένες αρχιτεκτονικές συστημάτων, τα τσιπ μεταγωγέων δικτύου που ενσωματώνουν το φυσικό επίπεδο (PHY) και το επίπεδο σύνδεσης (MAC) εμφανίστηκαν και κέρδισαν ευρεία υιοθέτηση.
Επί του παρόντος, πολλά τσιπ μεταγωγέα 10M/100M έχουν επιτύχει αυτήν την ενσωμάτωση. Ωστόσο, τα τσιπ μεταγωγής 10G και οι θύρες Gigabit σε τυπικούς διακόπτες εξακολουθούν να απαιτούν συνήθως αποκλειστικά τσιπ PHY. Όταν συζητάμε τη συνδεσιμότητα Ethernet, η Broadcom είναι βασικός παίκτης. Η Broadcom είναι εδώ και καιρό ηγέτης στον τομέα των τσιπ μεταγωγών Ethernet, προσφέροντας την πιο ολοκληρωμένη σειρά εξοπλισμού και τσιπ μεταγωγής Ethernet στον κλάδο.
Όσον αφορά την ενοποίηση, η λύση μεταγωγής Ethernet της αρχιτεκτονικής Roboswitch της Broadcom διαθέτει διαμορφώσεις 5-24 θυρών που υποστηρίζουν Fast Ethernet και Gigabit Ethernet (GbE). Σε αυτές τις λύσεις μεταγωγής υψηλής-ταχύτητας και Gigabit Ethernet, όλες οι λειτουργίες ενός συστήματος μεταγωγής υψηλής Αυτό το επίπεδο ενοποίησης είναι εξαιρετικά υψηλό για βιομηχανικές εφαρμογές.
Για να διασφαλιστεί η υψηλή ικανότητα επεξεργασίας δεδομένων κατά τη διάρκεια συνεργατικών λειτουργιών, οι εσωτερικές λογικές διαδρομές του τσιπ μεταγωγής είναι εξαιρετικά περίπλοκες. Οι κορυφαίες αρχιτεκτονικές του κλάδου-μεγάλων κατασκευαστών υποστηρίζουν πολλαπλές ταχύτητες, συμπεριλαμβανομένων 100M/1GE/2,5GE και 10GE, χρησιμοποιώντας ταχύτητες 2,5GbE/10GbE για την επίτευξη συνδέσεων ανοδικής ζεύξης υψηλής-ταχύτητας. Το ενσωματωμένο τσιπ μεταγωγής ενσωματώνει επίσης μια CPU απευθείας μέσα σε αυτό, επιτρέποντας τη σχεδίαση μιας ενιαίας{10}}CPU{11}}διαχειριζόμενης πλατφόρμας μεταγωγής που υποστηρίζει τη λειτουργία κλιμάκωσης χωρίς να απαιτείται εξωτερικός επεξεργαστής.
Σε σενάρια κέντρων δεδομένων και εφαρμογές δικτύου βαθιάς εκμάθησης, τα τσιπ μεταγωγής επιτυγχάνουν ακόμη υψηλότερα επίπεδα ολοκλήρωσης. Για παράδειγμα, η σειρά StrataXGS με την υψηλότερη-ολοκλήρωση και το υψηλότερο-εύρος ζώνης της αγοράς διαθέτει ενσωματωμένες λύσεις μεμονωμένου-τσιπ με δυνατότητα κλιμάκωσης από πολλά gigabit σε πολλά terabit.
Υποστήριξη πολλαπλών-πρωτόκολλων
Η επικράτηση των πρωτοκόλλων βιομηχανικής επικοινωνίας είναι ευρέως αναγνωρισμένη και τα τσιπ μεταγωγέα πολλαπλών{0}πρωτόκολλων έχουν αναμφίβολα μεγαλύτερη ελκυστικότητα στις βιομηχανικές εφαρμογές, μειώνοντας σημαντικά την πολυπλοκότητα του σχεδιασμού. Τα τσιπ διακόπτη πολλαπλών-πρωτοκόλλων FIDO5100 και FIDO5200 της ADI επιτυγχάνουν υποστήριξη πρωτοκόλλου μέσω προσαρμόσιμων ρυθμίσεων, χρησιμοποιώντας υλικολογισμικό που έχει ληφθεί από τον κεντρικό επεξεργαστή. Αυτό το υλικολογισμικό είναι ενσωματωμένο στο-πρόγραμμα οδήγησης διακόπτη πολλαπλών-πρωτόκολλων Ethernet σε πραγματικό χρόνο και γίνεται λήψη κατά την ενεργοποίηση-.
(Πλήρης υποστήριξη πρωτοκόλλου, ADI)
Οι επεκτάσιμες και ευέλικτες διαμορφώσεις επιτρέπουν στο τσιπ μεταγωγής να διασυνδέεται απρόσκοπτα με οποιονδήποτε κεντρικό επεξεργαστή. Με τη μόχλευση προγραμμάτων οδήγησης συσκευών για συγκεκριμένα πρωτόκολλα, διευκολύνει την ευέλικτη κατάτμηση του συστήματος, ενώ προσφέρει μεγαλύτερη ελευθερία στη χρήση στοίβων πρωτοκόλλων από οποιονδήποτε προμηθευτή-απλώς ενσωματώστε τη στοίβα πρωτοκόλλων με το πρόγραμμα οδήγησης τσιπ πολλαπλών-πρωτοκόλλων. Η υποστήριξη πολλαπλών-πρωτοκόλλων του τσιπ διακόπτη ενισχύει σημαντικά την αποτελεσματικότητα σε σενάρια βιομηχανικού αυτοματισμού.
Αδιάκοπη επιδίωξη αποτελεσματικής μετάδοσης δεδομένων και πραγματικών-απαιτήσεων χρόνου
Ανεξάρτητα από τις τεχνολογικές τάσεις, οι βασικές απαιτήσεις για αποτελεσματική μετάδοση και χαμηλή καθυστέρηση παραμένουν σταθερές για τα τσιπ μεταγωγής. Αυτό είναι ιδιαίτερα σημαντικό σε βιομηχανικές εφαρμογές όπου ο έλεγχος κίνησης απαιτεί αυστηρή απόδοση σε πραγματικό χρόνο. Η προαναφερθείσα σειρά FIDO χρησιμοποιεί μια μονάδα ελέγχου χρονοδιακόπτη (TCU) για την υλοποίηση μηχανισμών συγχρονισμού για διάφορα βιομηχανικά πρωτόκολλα Ethernet, υποστηρίζοντας χρόνους κύκλου EtherCAT τόσο χαμηλούς όσο 12,5μs και χρόνους κύκλου PROFINET μικρότερους ως 31,25μs.
Η σειρά VSC75XTSN με ένα-τσιπ μικροτσίπ ενσωματώνει πλήρη υποστήριξη υλικού για το πρωτόκολλο χρόνου ακριβείας (PTP) IEEE 1588v2, συμπεριλαμβανομένης της χρονικής σήμανσης υλικού για όλες τις διεπαφές PHY-MAC και ενός ρολογιού PTP υλικού υψηλής ανάλυσης. Αυτό παρέχει συγχρονισμό δευτερολέπτων-για μια σειρά βιομηχανικών εφαρμογών Ethernet. Η ζήτηση για συνδεσιμότητα σε πραγματικό χρόνο και υψηλής απόδοσης συνεχίζει να οδηγεί τα τσιπ μεταγωγής σε πιο αποτελεσματική μετάδοση και χαμηλότερο{11}}συγχρονισμό λανθάνοντος χρόνου.
Περίληψη
Καθώς τα δίκτυα μεταβαίνουν από τις παραδοσιακές συνδέσεις fieldbus και 4mA σε 20mA στο Industrial Ethernet, ανακύπτουν πολυάριθμες προκλήσεις κατά τις φάσεις σχεδιασμού και υλοποίησης της συνδεσιμότητας δικτύου. Αυτό οδήγησε την εξέλιξη των τσιπ μεταγωγέων Ethernet. Τα ισχυρά και ευέλικτα τσιπ μεταγωγέων φέρνουν τις βιομηχανικές εφαρμογές πιο κοντά στην επίτευξη της ιδανικής συνδεσιμότητας Industrial Ethernet.