如何定制適合的工業(yè)以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)？

工業(yè)以太網(wǎng)在工廠自動化和過程自動化、電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施和樓宇自動化產(chǎn)品中對基于串行的現(xiàn)場總線扮演極其重要的角色。工業(yè)以太網(wǎng)將可編程邏輯控制器（PLC）與現(xiàn)場安裝的傳感器和執(zhí)行器、輸入輸出模塊和總線耦合器和驅(qū)動器相連。

不幸的是，產(chǎn)品制造商還未達(dá)成一致的通用的工業(yè)以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)；相反，所處領(lǐng)域也是零散的，工廠部署的標(biāo)準(zhǔn)超過30種。許多領(lǐng)先的制造商已經(jīng)定義了一個特定的工業(yè)以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，以滿足他們的需求，往往來源于他們現(xiàn)有的其中一種基于串行的現(xiàn)場總線。

大多數(shù)工業(yè)以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)需要一個單獨(dú)的設(shè)備解決方案。圖1描述了一種解決方案，其中包括微控制器單元（MCU）或微處理器單元（MPU）和一個獨(dú)立的工業(yè)以太網(wǎng)設(shè)備、媒體訪問控制器（MAC）。該MAC支持實(shí)時以太網(wǎng)幀處理，這在技術(shù)上稱為“即時”或“直通”幀處理。因此，大多數(shù)工業(yè)以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)需要應(yīng)用專用的集成電路（ASIC）或現(xiàn)場可編程門陣列（FPGA）來處理實(shí)時以太網(wǎng)幀處理。

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圖1：添加工業(yè)以太網(wǎng)的傳統(tǒng)方式

將其中一個工業(yè)以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)添加到一種產(chǎn)品，然后通過認(rèn)證機(jī)構(gòu)認(rèn)證通信接口具有挑戰(zhàn)性。但是，多數(shù)制造商將需要支持多種工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議，以將他們的設(shè)備出售給使用不同標(biāo)準(zhǔn)的多個終端客戶。構(gòu)建一種具有兩個、三個或更多的工業(yè)以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品為產(chǎn)品開發(fā)增加了額外的復(fù)雜性。一個可能的解決方案是將多個以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)添加到一個產(chǎn)品以為各個工業(yè)以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)創(chuàng)建單獨(dú)的印刷電路板（PCB）模塊。您一次可將其中一個模塊插入到主板。然而，總是需要更改硬件來交換協(xié)議。這使得產(chǎn)品在處理物料清單（BOM）變得更加復(fù)雜，并需要多個PCB模組生產(chǎn)，以及獲得多芯片解決方案。

為了解決這一難題，我建議您查看TI的Sitara?ARM處理器。這些應(yīng)用處理器具有一個集成可編程實(shí)時單元和工業(yè)通信子系統(tǒng)（PRU-ICSS），其能夠讀懂多協(xié)議工業(yè)以太網(wǎng)。讓我們回顧一下這一解決方案的關(guān)鍵區(qū)別和優(yōu)勢。

PRU是一個可編程實(shí)時內(nèi)核。它在設(shè)備運(yùn)行時加載工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議固件。有可用的PRU-ICSS協(xié)議固件版本用于EtherCAT、PROFINET、SERCOS III、EtherNet / IP和以太網(wǎng)Powerlink。協(xié)議固件執(zhí)行實(shí)時關(guān)鍵任務(wù)，如即時或直通幀處理。注意，這些是我先前提及的在ASIC或FPGA中操作的實(shí)時關(guān)鍵任務(wù)，但現(xiàn)在可通過PRU-ICSS（見圖2）處理。

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圖2：TI將多協(xié)議工業(yè)以太網(wǎng)集成到Sitara處理器

PRU-ICSS，與可擴(kuò)展性和強(qiáng)大的ARM內(nèi)核一起（Cortex-A8，A9或A15，取決于不同的Sitara處理器系列）可讓您構(gòu)建工廠自動化中產(chǎn)品的單芯片解決方案，然后其可通過靈活的PRU-ICSS固件交換在多工業(yè)以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)中進(jìn)行表達(dá)。PRU-ICSS解決了軟件多協(xié)議支持問題（在PRU-ICSS中為可編程的解決方案），而非像多個ASIC或FPGA的硬件問題。基于軟件的解決方案有許多優(yōu)點(diǎn)，包括發(fā)布新協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)以添加新功能或全新協(xié)議時進(jìn)行升級的能力。

除了這些優(yōu)點(diǎn)和處理實(shí)時臨界工業(yè)以太網(wǎng)處理任務(wù)的能力外，PRU-ICSS也能夠：

無需外部ASIC和FPGA需求。

減少BOM和PCB空間，從而降低成本。

通過內(nèi)部的高速內(nèi)存總線接口可實(shí)現(xiàn)ARM處理器之間快速的I / O數(shù)據(jù)交換。

PRU-ICSS固件在設(shè)備運(yùn)行時可交換。圖3所示為工廠自動化中最常見的五個工業(yè)以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，它們都獲得TI固件的支持用于Sitara設(shè)備。

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? 圖3：多協(xié)議演示設(shè)置 - TMDSICE3359 AM335x處理器的開發(fā)平臺可表達(dá)前五個工業(yè)以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)

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我最近記錄了Sitara處理器多協(xié)議工業(yè)以太網(wǎng)的一小時網(wǎng)絡(luò)研討會了解有關(guān)此話題的更多信息。您可以通過登錄myTI訪問網(wǎng)絡(luò)研討會。

其他信息：

欲想了解更多有關(guān)五大工業(yè)以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的信息，請閱讀工業(yè)以太網(wǎng)博客系列。

熟悉與TI處理器支持的所有工業(yè)通信協(xié)議。

下載工業(yè)自動化參考設(shè)計(jì)（TIDEP0032）中帶PRU-ICSS的多協(xié)議工業(yè)以太網(wǎng)檢測。

發(fā)現(xiàn)AM3359處理器工業(yè)通信引擎開發(fā)平臺。