Interkonektivitas komunikasi yang andal dan stabil adalah sumber kehidupan otomasi industri. Mengingat banyaknya jumlah sensor dan aktuator dalam peralatan industri, serta banyaknya sistem dan protokol yang lazim dalam-skenario industri dunia nyata, banyak sekali gerbang tradisional yang digunakan untuk mengirimkan dan mengonversi data di seluruh proses. Otomatisasi industri harus mempertimbangkan persyaratan sistem TI untuk akses data terbuka dan kontrol-waktu nyata.
Ethernet Industri telah memainkan peran penting dalam hal ini, secara substansial meningkatkan efisiensi dan sinkronisasi transmisi data{0}}berskala besar dibandingkan dengan sistem fieldbus. Dari segi perangkat keras-, peralatan peralihan Ethernet terdiri dari chip sakelar Ethernet, CPU, PHY, PCB, dan subsistem antarmuka/port, dengan chip sakelar Ethernet sebagai komponen penting. Chip ini dikhususkan untuk mengalihkan dan memproses data dalam jumlah besar serta penerusan pesan, yang berfungsi sebagai sirkuit terpadu yang dioptimalkan-aplikasi untuk jaringan. Pemasok chip switch besar biasanya menawarkan produk kelas-komersial dengan dukungan protokol komprehensif dan fungsionalitas yang kuat.
Beralih Integrasi Chip
Fungsi peralihan jaringan biasanya diimplementasikan pada MAC Layer 2 Ethernet. Chip switch Ethernet awal umumnya hanya berisi lapisan MAC, mengandalkan chip PHY di Layer 1 untuk membuat koneksi Ethernet yang sebenarnya. Dengan kemajuan teknologi dan meningkatnya permintaan pengguna akan arsitektur sistem yang disederhanakan, chip saklar jaringan yang mengintegrasikan lapisan fisik (PHY) dan lapisan tautan (MAC) muncul dan diadopsi secara luas.
Saat ini, banyak chip saklar 10M/100M telah mencapai integrasi ini. Namun, chip switch 10G dan port Gigabit pada switch standar biasanya masih memerlukan chip PHY khusus. Saat membahas konektivitas Ethernet, Broadcom adalah pemain kuncinya. Broadcom telah lama menjadi pemimpin di sektor chip switch Ethernet, menawarkan rangkaian peralatan dan chip switch Ethernet terlengkap di industri.
Mengenai integrasi, solusi peralihan Ethernet arsitektur Roboswitch dari Broadcom memiliki konfigurasi 5-24 port yang mendukung Fast Ethernet dan Gigabit Ethernet (GbE). Dalam solusi peralihan-kecepatan tinggi dan Gigabit Ethernet ini, semua fungsi-sistem peralihan berkecepatan tinggi-termasuk buffer paket, transceiver lapisan fisik, pengontrol akses media (MAC), manajemen alamat, kontrol laju berbasis-port, dan struktur peralihan non-pemblokiran- diintegrasikan ke dalam satu chip CMOS. Tingkat integrasi ini sangat tinggi untuk aplikasi industri.
Untuk memastikan kapasitas pemrosesan data yang tinggi selama operasi kolaboratif, jalur logika internal chip switch sangatlah kompleks. Arsitektur-terkemuka di industri dari produsen besar mendukung berbagai kecepatan termasuk 100M/1GE/2.5GE dan 10GE, memanfaatkan kecepatan 2,5GbE/10GbE untuk mencapai-koneksi uplink berkecepatan tinggi. Chip sakelar terintegrasi juga menggabungkan CPU langsung di dalamnya, sehingga memungkinkan desain platform peralihan terkelola-CPU-yang mendukung mode berjenjang tanpa memerlukan prosesor eksternal.
Dalam skenario pusat data dan aplikasi jaringan pembelajaran mendalam, chip switch mencapai tingkat integrasi yang lebih tinggi. Misalnya, seri StrataXGS-integrasi,{2}}bandwidth tertinggi di pasar menghadirkan solusi chip-tunggal terintegrasi yang mampu menskalakan dari beberapa gigabit hingga beberapa terabit.
Dukungan Multi-Protokol
Prevalensi protokol komunikasi industri telah diketahui secara luas, dan chip saklar multi-protokol tidak diragukan lagi memiliki daya tarik yang lebih besar dalam aplikasi industri, sehingga secara signifikan mengurangi kerumitan desain. Chip saklar multi-protokol FIDO5100 dan FIDO5200 ADI mencapai dukungan protokol melalui pengaturan yang dapat disesuaikan, memanfaatkan firmware yang diunduh dari prosesor host. Firmware ini diintegrasikan ke dalam driver switch multi-protokol-Ethernet real-time dan diunduh saat penyalaan-up.
(Dukungan protokol penuh, ADI)
Konfigurasi yang terukur dan fleksibel memungkinkan chip switch berinteraksi secara mulus dengan prosesor host mana pun. Dengan memanfaatkan driver perangkat untuk protokol tertentu, hal ini memfasilitasi partisi sistem yang fleksibel sekaligus menawarkan kebebasan yang lebih besar untuk memanfaatkan tumpukan protokol dari vendor mana pun-cukup mengintegrasikan tumpukan protokol dengan driver chip saklar multi-protokol. Dukungan multi-protokol chip switch secara signifikan meningkatkan efisiensi dalam skenario otomasi industri.
Upaya Tanpa Henti untuk Transmisi Data yang Efisien dan Tuntutan-Waktu Nyata
Terlepas dari tren teknologi, persyaratan inti untuk transmisi yang efisien dan latensi rendah tetap konstan untuk chip switch. Hal ini sangat penting dalam aplikasi industri di mana kontrol gerakan memerlukan kinerja-waktu nyata yang ketat. Seri FIDO yang disebutkan di atas menggunakan Timer Control Unit (TCU) untuk mengimplementasikan mekanisme sinkronisasi untuk berbagai protokol Ethernet industri, mendukung waktu siklus EtherCAT serendah 12,5μs dan waktu siklus PROFINET serendah 31,25μs.
Chip tunggal-seri VSC75XTSN dari Microchip mengintegrasikan dukungan perangkat keras penuh untuk Protokol Waktu Presisi (PTP) IEEE 1588v2, termasuk stempel waktu perangkat keras untuk semua antarmuka PHY-MAC dan jam PTP perangkat keras-resolusi tinggi. Hal ini memberikan sinkronisasi sub-mikrodetik untuk berbagai aplikasi Ethernet industri. Permintaan akan konektivitas-waktu nyata dan{10}efisiensi tinggi terus mendorong chip switch menuju transmisi yang lebih efisien dan sinkronisasi{11}}latensi yang lebih rendah.
Ringkasan
Ketika jaringan bertransisi dari koneksi fieldbus tradisional dan 4mA ke 20mA ke Ethernet Industri, banyak tantangan muncul selama fase desain dan implementasi konektivitas jaringan. Hal ini telah mendorong evolusi chip switch Ethernet. Chip saklar yang kuat dan fleksibel membawa aplikasi industri lebih dekat untuk mencapai konektivitas Ethernet Industri yang ideal.