工業(yè)以太網(wǎng)設計階段會碰到什么問題?工業(yè)以太網(wǎng)實施階段會碰到什么問題?

以太網(wǎng)作為通信網(wǎng)絡的一種，在信息傳輸方面扮演著不可缺少的角色。為增進大家對以太網(wǎng)的認識，本文將對工業(yè)以太網(wǎng)予以介紹。通過本文，你將了解到工業(yè)以太網(wǎng)在設計和實施階段面臨的問題。如果你對以太網(wǎng)具有興趣，不妨繼續(xù)往下閱讀哦。

一、工業(yè)以太網(wǎng)

工業(yè)以太網(wǎng)是基于IEEE 802.3 (Ethernet)的強大的區(qū)域和單元網(wǎng)絡。工業(yè)以太網(wǎng)， 提供了一個無縫集成到新的多媒體世界的途徑。 企業(yè)內(nèi)部互聯(lián)網(wǎng)(Intranet)，外部互聯(lián)網(wǎng)(Extranet)，以及國際互聯(lián)網(wǎng)(Internet) 提供的廣泛應用不但已經(jīng)進入今天的辦公室領域，而且還可以應用于生產(chǎn)和過程自動化。繼10M波特率以太網(wǎng)成功運行之后，具有交換功能，全雙工和自適應的100M波特率快速以太網(wǎng)(Fast Ethernet，符合IEEE 802.3u 的標準)也已成功運行多年。采用何種性能的以太網(wǎng)取決于用戶的需要。通用的兼容性允許用戶無縫升級到新技術。

二、工業(yè)以太網(wǎng)在設計和實現(xiàn)階段面臨的挑戰(zhàn)

1、交換芯片集成化

網(wǎng)絡交換功能通常在以太網(wǎng)的第二層MAC實現(xiàn)，早期的以太網(wǎng)交換芯片一般都只有MAC層，然后在通過位于以太網(wǎng)第一層的PHY物理層芯片實現(xiàn)真正的以太網(wǎng)連接。隨著技術發(fā)展以及用戶對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡化需求的提升，將物理層(PHY)和鏈路層(MAC)集成在一起的網(wǎng)絡交換芯片出現(xiàn)并廣泛應用起來。

目前對于10M/100M交換芯片不少都實現(xiàn)了這種集成化，在10G交換機芯片和普通交換機的千兆口通常仍然要使用專用的物理層芯片。聊到以太網(wǎng)連接那肯定少不了Broadcom，Broadcom在以太網(wǎng)交換芯片領域長期位于領先梯隊，旗下的以太網(wǎng)交換設備/交換芯片在業(yè)內(nèi)也是最全的。

要說集成，Broadcom的Roboswitch架構(gòu)以太網(wǎng)交換方案采用5-24端口配置，支持快速以太網(wǎng)和千兆以太網(wǎng)(GbE)。這些高速以太網(wǎng)和千兆以太網(wǎng)交換方案中，把高速交換系統(tǒng)的所有功能(包括數(shù)據(jù)包緩沖區(qū)、物理層收發(fā)器、媒體訪問控制器(MAC)、地址管理、基于端口的速率控制和非阻塞交換結(jié)構(gòu))結(jié)合到單個CMOS中，這種集成度在工業(yè)應用中也是相當高的。

為了保證協(xié)同工作時的高數(shù)據(jù)處理能力，交換芯片的內(nèi)部邏輯通路極為復雜，大廠行業(yè)領先的架構(gòu)會支持100M/1GE/2.5GE和10GE多種速度，利用2.5GbE/10GbE速度實現(xiàn)高速上行鏈路連接。集成化的交換芯片CPU也直接集成在其中，以便在不添加外部處理器的情況下設計支持級聯(lián)模式，單CPU管理的交換平臺。

在數(shù)據(jù)中心場景以及深度學習網(wǎng)絡應用上，交換芯片的集成度會更高，比如市面上集成度最高帶寬最大的StrataXGS系列，集成的單芯片能夠從數(shù)千兆位擴展到數(shù)兆位。

2、多協(xié)議支持

工業(yè)通訊協(xié)議之多想必大家都知道，支持多協(xié)議的交換芯片在工業(yè)應用中無疑是更吃香的，這省去了不少設計上的麻煩。ADI的FIDO5100以及FIDO5200兩款多協(xié)議支持的交換芯片是通過個性化設置，通過從主機處理器下載的固件支持所需的協(xié)議，該固件包含在實時以太網(wǎng)多協(xié)議交換機驅(qū)動程序中，在上電時下載。

可擴展和靈活的配置讓交換芯片可與任何主機處理器輕松對接，再利用提供的特定協(xié)議的器件驅(qū)動器實現(xiàn)靈活的系統(tǒng)劃分，還能夠更自由地利用任何供應商的協(xié)議堆棧，只需將該協(xié)議堆棧與多協(xié)議交換芯片驅(qū)動程序集成。交換芯片多協(xié)議的支持在工業(yè)自動化場景里大大提升了效率。

3、從未止步的高效數(shù)據(jù)傳輸與實時需求

不管發(fā)展趨勢如何，交換芯片要實現(xiàn)的高效傳輸與更低的延遲是從未變過的。尤其在工業(yè)應用中運控有著非常嚴苛的實時要求。上面提到的FIDO系列采用定時器控制單元TCU，用于實現(xiàn)各種工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議的同步機制，能支持低至12.5μs的EtherCAT周期時間和低至31.25μs的PROFINET周期時間。

Microchip的單芯片VSC75XTSN系列則是集成了對 IEEE 1588v2 精確時間協(xié)議(PTP)的完整硬件支持，包括所有PHY-MAC接口的硬件時間戳和高分辨率硬件PTP時鐘，為一系列工業(yè)以太網(wǎng)應用提供亞微秒級的同步。對實時高效連接的需求促進了交換芯片向更高效的傳輸更低延時的同步繼續(xù)發(fā)展。

以上便是此次帶來的以太網(wǎng)相關內(nèi)容，通過本文，希望大家對以太網(wǎng)已經(jīng)具備一定的了解。如果你喜歡本文，不妨持續(xù)關注我們網(wǎng)站哦，將于后期帶來更多精彩內(nèi)容。最后，十分感謝大家的閱讀，have a nice day!