קישוריות תקשורת אמינה ויציבה היא נשמת אפה של אוטומציה תעשייתית. בהתחשב במספר העצום של חיישנים ומפעילים בתוך ציוד תעשייתי, וריבוי המערכות והפרוטוקולים הרווחים בתרחישים תעשייתיים-ממשיים, אינספור שערים מסורתיים משמשים לשידור ולהמרה של נתונים לאורך כל התהליך. אוטומציה תעשייתית חייבת להתייחס לדרישות של מערכות IT לגישה פתוחה לנתונים ובקרת-זמן אמת.
Ethernet תעשייתי מילא תפקיד משמעותי בהקשר זה, והגביר באופן משמעותי את היעילות והסנכרון של שידור נתונים-בקנה מידה גדול בהשוואה למערכות אוטובוס שטח. מבחינה חומרה-, ציוד מיתוג Ethernet כולל שבבי מתג Ethernet, CPUs, PHYs, PCBs ותת-מערכות ממשק/יציאות, כאשר שבב המתג Ethernet הוא מרכיב קריטי. שבבים אלה מתמחים למעבר ולעיבוד כמויות גדולות של נתונים והעברת הודעות, ומשמשים כמעגלים משולבים-מותאמים ליישום עבור רשתות. ספקי שבבי מתגים עיקריים מציעים בדרך כלל מוצרים- מסחריים עם תמיכה מקיפה בפרוטוקול ופונקציונליות חזקה.
שילוב שבב מתג
פונקציות מיתוג רשת מיושמות בדרך כלל ב-Layer 2 MAC של Ethernet. שבבי מתג אתרנט מוקדמים הכילו בדרך כלל רק את שכבת ה-MAC, תוך הסתמכות על שבבי PHY בשכבה 1 כדי ליצור חיבורי Ethernet בפועל. עם ההתקדמות הטכנולוגית ודרישת המשתמשים הגוברת לארכיטקטורות מערכת מפושטות, צצו שבבי מתג רשת המשלבים את השכבה הפיזית (PHY) ושכבת הקישור (MAC) וזכו לאימוץ נרחב.
נכון לעכשיו, שבבי מתג רבים של 10M/100M השיגו אינטגרציה זו. עם זאת, שבבי מתג 10G ויציאות Gigabit במתגים סטנדרטיים עדיין דורשים שבבי PHY ייעודיים. כאשר דנים בקישוריות Ethernet, Broadcom היא שחקן מפתח. Broadcom כבר זמן רב מובילה בתחום שבבי מתג Ethernet, ומציעה את המגוון המקיף ביותר בתעשייה של ציוד ושבבים למיתוג Ethernet.
בנוגע לאינטגרציה, פתרון מיתוג Ethernet בארכיטקטורת Roboswitch של Broadcom כולל 5-24 יציאות תצורות התומכות ב-Fast Ethernet ו-Gigabit Ethernet (GbE). בתוך פתרונות מיתוג מהירים ו-Gigabit Ethernet אלה, כל הפונקציות של-מערכת מיתוג במהירות גבוהה-כולל מאגרי מנות, משדרים בשכבה פיזית, בקרי גישת מדיה (MAC), ניהול כתובות, בקרת קצב מבוססת-יציאות ושבב מיתוג יחיד לא-חוסם-משולבות בשבב CMOS יחיד. רמת אינטגרציה זו גבוהה במיוחד עבור יישומים תעשייתיים.
כדי להבטיח יכולת עיבוד נתונים גבוהה במהלך פעולות שיתופיות, מסלולי הלוגיקה הפנימיים של שבב המתג הם מורכבים ביותר. ארכיטקטורות-מובילות בתעשייה מיצרנים גדולים תומכות במהירויות מרובות, כולל 100M/1GE/2.5GE ו-10GE, תוך שימוש במהירויות של 2.5GbE/10GbE כדי להשיג חיבורי קישור מעלה-במהירות גבוהה. שבב המתג המשולב גם משלב מעבד ישירות בתוכו, מה שמאפשר עיצוב של פלטפורמת מיתוג-CPU- יחידה התומכת במצב מדורג ללא צורך במעבד חיצוני.
בתרחישי מרכז נתונים ויישומי רשת למידה עמוקה, שבבי מתג משיגים רמות אינטגרציה גבוהות עוד יותר. לדוגמה, סדרת StrataXGS עם-האינטגרציה הגבוהה ביותר, ברוחב הפס-הגבוהה ביותר בשוק כוללת פתרונות משולבים של שבב בודד- המסוגלים להתאים ממספר גיגה-ביט למספר טרה-ביטים.
תמיכה בריבוי-פרוטוקולים
השכיחות של פרוטוקולי תקשורת תעשייתיים מוכרת באופן נרחב, ושבבי מתג ריבוי-פרוטוקולים ללא ספק מחזיקים במשיכה רבה יותר ביישומים תעשייתיים, מה שמפחית משמעותית את מורכבות התכנון. שבבי מתג פרוטוקול FIDO5100 ו-FIDO5200 מרובי-של ADI משיגים תמיכה בפרוטוקול באמצעות הגדרות הניתנות להתאמה אישית, תוך שימוש בקושחה שהורדו מהמעבד המארח. קושחה זו משולבת במנהל ההתקן של מתג פרוטוקול-Ethernet multi- בזמן אמת ומורידה במהלך-הדלקה.
(תמיכה מלאה בפרוטוקול, ADI)
תצורות ניתנות להרחבה וגמישות מאפשרות לשבב המתג להתממשק בצורה חלקה עם כל מעבד מארח. על ידי מינוף מנהלי התקנים עבור פרוטוקולים ספציפיים, זה מאפשר חלוקה גמישה של מערכת תוך מתן חופש גדול יותר להשתמש בערימות פרוטוקולים מכל ספק-פשוט לשלב את ערימת הפרוטוקולים עם מנהל ההתקן של שבב הפרוטוקולים הרב-. תמיכת הפרוטוקול הרב- של שבב המתג משפרת משמעותית את היעילות בתרחישי אוטומציה תעשייתית.
חתירה בלתי פוסקת אחר העברת נתונים יעילה ודרישות זמן אמת-
ללא קשר למגמות טכנולוגיות, דרישות הליבה לשידור יעיל והשהייה נמוכה נשארות קבועות עבור שבבי מתג. זה קריטי במיוחד ביישומים תעשייתיים שבהם בקרת תנועה דורשת ביצועי-זמן אמת מחמירים. סדרת FIDO המוזכרת לעיל משתמשת ביחידת בקרת טיימר (TCU) כדי ליישם מנגנוני סנכרון עבור פרוטוקולי Ethernet תעשייתיים שונים, התומכת בזמני מחזור של EtherCAT נמוכים עד 12.5μs וזמני מחזור PROFINET נמוכים עד 31.25μs.
סדרת VSC75XTSN של-שבב יחיד של Microchip משלבת תמיכה מלאה בחומרה עבור IEEE 1588v2 Precision Time Protocol (PTP), כולל חותמת זמן של חומרה לכל ממשקי ה-PHY-MAC ושעון PTP חומרה ברזולוציה גבוהה. זה מספק סנכרון של תת--מיקרו-שניות עבור מגוון יישומי Ethernet תעשייתיים. הדרישה לקישוריות-בזמן אמת{10}}ביעילות גבוהה ממשיכה להניע שבבי מתגים לעבר שידור יעיל יותר וסנכרון{11}}נמוך יותר.
תַקצִיר
כאשר רשתות עוברות מחיבורי Fieldbus ו-4mA ל-20mA ל-Ethernet תעשייתי, מתעוררים אתגרים רבים במהלך שלבי התכנון והיישום של קישוריות רשת. זה הניע את האבולוציה של שבבי מתג Ethernet. שבבי מתג חזקים וגמישים מקרבים יישומים תעשייתיים להשגת קישוריות Ethernet תעשייתית אידיאלית.