ADIN3310/ADIN6310工业以太网时间敏感网络交换机技术手册

概述
ADIN3310 和 ADIN6310 分别为 3 端口和 6 端口千兆以太网 具有集成安全性的时间敏感网络 （TSN） 交换机 主要为工业以太网应用而设计。每个端口 可以配置为以不同的速度运行。这些开关 具有未提交的媒体访问控制器 （MAC） 接口，并且 可与 Analog Devices， Inc. 的物理 （PHY） 层配对 设备[ADIN1100],[ADIN1200], 和[ADIN1300]，以形成 低功耗、低延迟系统。四个独立串行千兆位介质 接口 （SGMII） 和串行器/解串器 （Serdes） 接口 允许背板连接、与 SFP 模块的连接以及 级联交换机。该交换机支持 IEEE 802.1Q 套件 IEEE 60802 要求的时间敏感网络桥接功能 为延迟敏感型提供服务质量 （QoS） 的标准 流。该设备还包括硬件功能，以支持 并行冗余协议 （PRP） 或无缝高可用性 redundancy （HSR） 冗余协议，从而卸载 主机处理器。
数据表：*附件：ADIN3310 ADIN6310工业以太网时间敏感网络交换机技术手册.pdf

应用

• 工厂和过程自动化
• 运动控制、机器人和协作机器人
• 能源自动化
• 运输
• 仪表
• 楼宇自动化

特性

• 以太网 MAC 接口：每个端口 10 Mb、100 Mb 或 1 Gb
  • 6 端口：4 个 RMII/RGMII/SGMII 和 2 个 RMII/RGMII
  • 3 端口：2 个 RMII/RGMII/SGMII 和 1 个 RMII/RGMII
  • SGMII、1000BASE-SX/1000BASE-LX/1000BASE-KX 和 100BASE-FX
• 低延迟第 2 层以太网交换机
  • 端口到端口的确定性延迟
  • 直通或存储转发作
  • 符合 IEEE/IEC 60802 的流量类型和网桥延迟
  • 符合 IEEE 802.1Q-2018 的标准桥接（定制）
    • 每个端口都是非阻塞且独立的
  • 每个传输端口 32 kB 帧缓冲区
  • 4096 个 VLAN
• 时间同步
  • IEEE 802.1AS-2020 标准
  • IEEE 1588-2019 默认配置文件
  • IEEE C37.238-2017 能源概况
  • 8 ns 时间戳分辨率
  • 在入口或出口上加盖时间戳的帧
• IEEE 802.1Q 时间敏感网络桥接
  • Qbv：计划流量的增强功能
  • Qci：按流筛选和策略
  • Qbu：帧抢占
  • Qch：循环排队和转发
  • Qav：转发和排队增强功能
  • qcc：流式预留协议增强
  • 流数
    • 16000 个 TSN 第 2 层流
    • 256 个扩展查找流（IPV4、IPV6、PCP 等）
• PROFINET SendList 控制
• 高可用性和冗余
  • IEEE 802.1CB 帧复制和消除以实现可靠性
  • IEC62439-3：2016-03 符合 HSR/PRP 标准的协议，实现无缝故障转移
  • IEC62439-3-2021-12 媒体冗余协议
• 两个端口上的自定义第 2 层，用于 PROFINET IRT、基于 EtherNet/IP 信标的 DLR、POWERLINK （100 Mbps）
• 数据包辅助引擎可卸载主机并管理 TSN 和交换机功能
• 用于 TSN 和工业以太网协议的便携式 C 驱动程序
• NETCONF 支持（驱动程序到 Sysrepo 转换层）
• 基于硬件信任根的安全功能
  • 安全启动，带防回滚的安全更新
  • 基于硬件的加密
  • 安全主机配对协议
  • 加密真实性检查
• 与外部主机处理器的接口
  • RMII、RGMII、SGMII、SPI、双 SPI 或四通道 SPI
• 权力
  • 3 个外部电源：1.1 V、3.3 V 和 VDDIO_x（1.8 V、2.5 V 或 3.3 V）
  • 1 Gbps 时每个端口的总芯片功率为 60 mW，VDDIO_B = 1.8 V 时完全利用
• 封装和温度范围
  • 256 引脚 CSP_BGA，14 mm × 14 mm，0.8 mm 间距
  • 196 引脚 CSP_BGA，12 mm × 12 mm，间距 0.8 mm
  • 额定温度范围为 −40°C 至 +85°C 和 −40°C 至 105°C

框图

时序特征

引脚配置描述

典型性能特征

工作原理

交换机概述

ADN310和ADN310是具备3端口和6端口的千兆以太网第2层交换机，集成了安全功能，主要为工业以太网应用而设计。这些交换机可配置为创建不同的拓扑结构。每种交换机都能够与端口速率高达1000Mbps的IEEE 802.3、IEEE 802.3u和IEEE 802.3ab设备配合使用。为了实现低功耗、低延迟系统，RMII和RGMII接口支持ADN310和ADN310端口之间的SGMII，以及背板连接和直接连接到服务器模块。

在整个数据手册中，对ADN310和ADN310的引用仅指这两款设备之间的共性部分。

该交换机支持IEEE 802.1时间敏感网络（TSN）功能，这些功能是IEEE 802标准为满足行业需求所要求的。

该设备还包括硬件功能，以支持RPR或HSR冗余协议，从而消除主机处理器的负担。

关于遗留技术方面，它支持（端口1和端口2）集成了IEEE 802.1AS的RENS技术，该技术允许简单接口连接到经典的100Mbps工业以太网协议，如以下几种：

• PROFIBUS RT (Class B)和PROFINET IRT (Class C)
• 带设备级环网（DLR）的EtherNet/IP
• POWERLINK
• Modbus TCP

软件驱动程序可使主机与交换机配合工作，以实现工业以太网协议栈。

主机接口选项包括：以太网或SPI（标准、双线或四线SPI）。选择以太网主机接口时，端口可配置为控制平面和数据平面，从而为工业以太网应用留出五个或两个可用端口，分别对应ADN310或ADN310。主机处理器通过外部PHY层设备与交换机通信。VLAN、AV、VDIO_B允许灵活配置这些引脚的电压，以实现简单的接口，同时节省功耗。

端口概述

图24展示了端口传输和接收的简化概述。该交换机在所有六个端口上支持RMII和RGMII，在端口1到端口4上支持SGMII，并且端口相互独立，因此可以操作不同的速度或接口。接口详细信息在以太网接口部分讨论。

在初始配置期间（主机配置交换机端口以进行流量控制操作），请参阅《SES_init》以获取详细信息，这些信息可作为ADN310产品页面软件驱动程序的一部分获取。作为此配置的一部分，用户必须识别每个端口的配置方式、MAC接口、端口速度，以及是否存在与端口相关联的以太网PHY。然后，初始化还可以执行任何必要的接收MAC操作。

接收MAC会检查传入帧，验证帧大小是否在最小和最大范围之间，验证帧内的帧间间隔（IFG）是否可接受，检查帧是否已被预优先级处理，以及评估起始帧标记定界符（SBM）值、帧和帧校验序列（FCS）。任何失败的帧都将通过接收路径被丢弃。

在进行各种检查的同时，帧会被转发到接收传输缓冲区，直到所有其他端口的传输缓冲区都已满。传输端口会填充帧单元，直到收集到所有适当的信息并完成路由决策。

MAC、pMAC概述

MAC引擎由一个Express MAC (eMAC)和一个可预优先级处理的MAC (pMAC)组成。eMAC能够从预优先级队列（Q）中卸载数据包，并能够存储和转发数据包。pMAC处理来自预优先级队列的数据包，还监控队列以确定片段是否属于活动的预优先级队列。MAC验证并将可识别流量的片段分类为以下几类：单播（SMD - C - u）、多播（SMD - C - m）和广播（SMD - C - b），并计算帧校验序列。它还识别任何