如何定制适合的工业以太网标准？

工业以太网在工厂自动化和过程自动化、电网基础设施和楼宇自动化产品中对基于串行的现场总线扮演极其重要的角色。工业以太网将可编程逻辑控制器（PLC）与现场安装的传感器和执行器、输入输出模块和总线耦合器和驱动器相连。

不幸的是，产品制造商还未达成一致的通用的工业以太网标准；相反，所处领域也是零散的，工厂部署的标准超过30种。许多领先的制造商已经定义了一个特定的工业以太网标准，以满足他们的需求，往往来源于他们现有的其中一种基于串行的现场总线。

大多数工业以太网标准需要一个单独的设备解决方案。图1描述了一种解决方案，其中包括微控制器单元（MCU）或微处理器单元（MPU）和一个独立的工业以太网设备、媒体访问控制器（MAC）。该MAC支持实时以太网帧处理，这在技术上称为“即时”或“直通”帧处理。因此，大多数工业以太网标准需要应用专用的集成电路（ASIC）或现场可编程门阵列（FPGA）来处理实时以太网帧处理。

 

 

图1：添加工业以太网的传统方式

将其中一个工业以太网标准添加到一种产品，然后通过认证机构认证通信接口具有挑战性。但是，多数制造商将需要支持多种工业以太网协议，以将他们的设备出售给使用不同标准的多个终端客户。构建一种具有两个、三个或更多的工业以太网标准的产品为产品开发增加了额外的复杂性。一个可能的解决方案是将多个以太网标准添加到一个产品以为各个工业以太网标准创建单独的印刷电路板（PCB）模块。您一次可将其中一个模块插入到主板。然而，总是需要更改硬件来交换协议。这使得产品在处理物料清单（BOM）变得更加复杂，并需要多个PCB模组生产，以及获得多芯片解决方案。

为了解决这一难题，我建议您查看TI的Sitara™ARM处理器。这些应用处理器具有一个集成可编程实时单元和工业通信子系统（PRU-ICSS），其能够读懂多协议工业以太网。让我们回顾一下这一解决方案的关键区别和优势。

PRU是一个可编程实时内核。它在设备运行时加载工业以太网协议固件。有可用的PRU-ICSS协议固件版本用于EtherCAT、PROFINET、SERCOS III、EtherNet / IP和以太网Powerlink。协议固件执行实时关键任务，如即时或直通帧处理。注意，这些是我先前提及的在ASIC或FPGA中操作的实时关键任务，但现在可通过PRU-ICSS（见图2）处理。

 

 

 

图2：TI将多协议工业以太网集成到Sitara处理器

PRU-ICSS，与可扩展性和强大的ARM内核一起（Cortex-A8，A9或A15，取决于不同的Sitara处理器系列）可让您构建工厂自动化中产品的单芯片解决方案，然后其可通过灵活的PRU-ICSS固件交换在多工业以太网标准中进行表达。PRU-ICSS解决了软件多协议支持问题（在PRU-ICSS中为可编程的解决方案），而非像多个ASIC或FPGA的硬件问题。基于软件的解决方案有许多优点，包括发布新协议标准以添加新功能或全新协议时进行升级的能力。

除了这些优点和处理实时临界工业以太网处理任务的能力外，PRU-ICSS也能够：

无需外部ASIC和FPGA需求。

减少BOM和PCB空间，从而降低成本。

通过内部的高速内存总线接口可实现ARM处理器之间快速的I / O数据交换。

PRU-ICSS固件在设备运行时可交换。图3所示为工厂自动化中最常见的五个工业以太网标准，它们都获得TI固件的支持用于Sitara设备。

 

 

 

  图3：多协议演示设置 - TMDSICE3359 AM335x处理器的开发平台可表达前五个工业以太网标准

 

我最近记录了Sitara处理器多协议工业以太网的一小时网络研讨会了解有关此话题的更多信息。您可以通过登录myTI访问网络研讨会。

其他信息：

欲想了解更多有关五大工业以太网标准的信息，请阅读工业以太网博客系列。

熟悉与TI处理器支持的所有工业通信协议。

下载工业自动化参考设计（TIDEP0032）中带PRU-ICSS的多协议工业以太网检测。

发现AM3359处理器工业通信引擎开发平台。