La interconnectivitat de comunicació fiable i estable és l'element vital de l'automatització industrial. Atesa la gran quantitat de sensors i actuadors dins dels equips industrials, i la multitud de sistemes i protocols prevalents en escenaris industrials del món real-, s'utilitzen infinitat de passarel·les tradicionals per transmetre i convertir dades durant tot el procés. L'automatització industrial ha de tenir en compte els requisits dels sistemes informàtics per a l'accés a dades obertes i el control-en temps real.
L'Ethernet industrial ha jugat un paper important en aquest sentit, millorant substancialment l'eficiència i la sincronització de la transmissió de dades a gran-escala en comparació amb els sistemes de bus de camp. Pel que fa al maquinari-, l'equip de commutació Ethernet inclou xips de commutació Ethernet, CPU, PHY, PCB i subsistemes d'interfície/port, sent el xip de commutació Ethernet un component crític. Aquests xips estan especialitzats per canviar i processar grans volums de dades i reenviament de missatges, i serveixen com a circuits integrats-optimitzats per a aplicacions per a xarxes. Els principals proveïdors de xips de commutació solen oferir productes de qualitat comercial-amb un suport complet de protocols i una funcionalitat sòlida.
Integració de xip de commutació
Les funcions de commutació de xarxa s'implementen normalment al MAC de capa 2 d'Ethernet. Els primers xips de commutació Ethernet generalment només contenien la capa MAC, depenent dels xips PHY de la capa 1 per establir connexions Ethernet reals. Amb els avenços tecnològics i la creixent demanda dels usuaris d'arquitectures de sistemes simplificades, els xips de commutació de xarxa que integraven la capa física (PHY) i la capa d'enllaç (MAC) van sorgir i van obtenir una adopció generalitzada.
Actualment, molts xips de commutació 10M/100M han aconseguit aquesta integració. Tanmateix, els xips de commutació 10G i els ports Gigabit dels commutadors estàndard encara requereixen xips PHY dedicats. Quan es parla de connectivitat Ethernet, Broadcom és un jugador clau. Broadcom ha estat durant molt de temps un líder en el sector dels xips de commutació Ethernet, oferint la gamma més completa d'equips i xips de commutació Ethernet del sector.
Pel que fa a la integració, la solució de commutació Ethernet d'arquitectura Roboswitch de Broadcom inclou configuracions de 5-24 ports compatibles amb Fast Ethernet i Gigabit Ethernet (GbE). Dins d'aquestes solucions de commutació d'alta-velocitat i Gigabit Ethernet, totes les funcions d'un sistema de commutació d'alta-velocitat-incloses les memòries intermèdies de paquets, els transceptors de capa física, els controladors d'accés a mitjans (MAC), la gestió d'adreces, el control de velocitat basat en port- i el teixit de commutació sense{{7}bloqueig, s'integren en un únic xip CMOS. Aquest nivell d'integració és excepcionalment alt per a aplicacions industrials.
Per garantir una gran capacitat de processament de dades durant les operacions col·laboratives, les vies lògiques internes del xip de commutació són extremadament complexes. Les arquitectures líders del sector-des dels principals fabricants admeten diverses velocitats, com ara 100M/1GE/2.5GE i 10GE, que utilitzen velocitats de 2,5GbE/10GbE per aconseguir connexions d'enllaç ascendent d'alta-velocitat. El xip de commutació integrat també incorpora una CPU directament dins d'ell, la qual cosa permet dissenyar una plataforma de commutació gestionada-CPU-única que admet el mode en cascada sense necessitat d'un processador extern.
En escenaris de centres de dades i aplicacions de xarxa d'aprenentatge profund, els xips de commutació aconsegueixen nivells d'integració encara més elevats. Per exemple, la sèrie StrataXGS amb més-integració i amplada de banda- més alta del mercat inclou solucions integrades d'un sol-xip capaços d'escalar des de diversos gigabits a diversos terabits.
Suport multi-protocol
La prevalença dels protocols de comunicació industrial és àmpliament reconeguda i, sens dubte, els xips de commutació multi-protocols tenen un atractiu més gran a les aplicacions industrials, reduint significativament la complexitat del disseny. Els xips de commutació multi-protocol FIDO5100 i FIDO5200 d'ADI aconsegueixen compatibilitat amb el protocol mitjançant configuracions personalitzables, utilitzant el microprogramari baixat del processador amfitrió. Aquest microprogramari està integrat al-controlador del commutador multi-Ethernet en temps real i es baixa durant l'engegada-.
(Suport complet del protocol, ADI)
Les configuracions escalables i flexibles permeten que el xip del commutador s'interfaci perfectament amb qualsevol processador amfitrió. Mitjançant l'aprofitament dels controladors de dispositiu per a protocols específics, facilita la partició flexible del sistema alhora que ofereix una major llibertat per utilitzar les piles de protocols de qualsevol proveïdor-simplement integreu la pila de protocols amb el controlador de xip de commutació multi-protocol. El suport multi-protocol del xip de commutació millora significativament l'eficiència en escenaris d'automatització industrial.
La recerca implacable d'una transmissió eficient de dades i de les exigències en temps real-
Independentment de les tendències tecnològiques, els requisits bàsics per a una transmissió eficient i una baixa latència es mantenen constants per als xips de commutació. Això és especialment crític en aplicacions industrials on el control de moviment requereix un rendiment-estricte en temps real. L'esmentada sèrie FIDO empra una unitat de control de temporitzador (TCU) per implementar mecanismes de sincronització per a diversos protocols Ethernet industrials, suportant temps de cicle EtherCAT fins a 12,5 μs i temps de cicle PROFINET fins a 31,25 μs.
La sèrie VSC75XTSN d'un-xip de Microchip integra un suport de maquinari complet per al protocol de temps de precisió (PTP) IEEE 1588v2, inclosa la marca de temps de maquinari per a totes les interfícies PHY-MAC i un rellotge PTP de maquinari d'alta-resolució. Això ofereix una sincronització de sub-microsegons per a una sèrie d'aplicacions Ethernet industrials. La demanda de connectivitat-en temps real i d'alta-eficiència continua impulsant els xips de commutació cap a una transmissió més eficient i una sincronització de latència més baixa-.
Resum
A mesura que les xarxes passen de les connexions de bus de camp tradicionals i de 4 mA a 20 mA a Ethernet industrial, sorgeixen nombrosos reptes durant les fases de disseny i implementació de la connectivitat de xarxa. Això ha impulsat l'evolució dels xips de commutació Ethernet. Els xips de commutació potents i flexibles apropen les aplicacions industrials a aconseguir la connectivitat Ethernet industrial ideal.