fido5100/fido5200实时以太网多协议(REM)交换机技术手册

概述
fido5100和fido5200（REM交换机芯片）是可编程IEEE 802.3 10 Mbps/100 Mbps以太网互联网协议第6版(IPv6)和互联网协议第4版(IPv4)交换机芯片，支持几乎任何第2层或第3层协议。交换机芯片通过从主机处理器下载的固件进行定制，以支持所需的协议。

固件包含在实时以太网多协议(REM)交换机芯片驱动程序中，并在上电时下载。REM交换机芯片可以在不到4 ms的时间内为网络数据操作准备就绪，支持快速启动和快速连接类型的网络功能。REM交换器件具有与本数据手册中定义的相同的信号分配。

fido5100支持以下协议：PROFINET实时(RT)和等时实时(IRT)、有和无器件级环(DLR)的EtherNet/IP、Modbus TCP及POWERLINK。

fido5200支持以下协议：EtherCAT和fido5100支持的所有协议。

REM交换机芯片旨在配合主机处理器使用。网络操作通过REM交换机芯片驱动程序中提供的功能和服务处理。主机处理器可以实现任何协议栈，只需将其与REM交换机芯片驱动程序集成。应用实例如数据手册中的图11所示。

REM交换机芯片采用144引脚芯片级球栅阵列(CSP_BGA)封装。
数据表：*附件：fido5100 fido5200实时以太网多协议(REM)交换机技术手册.pdf

应用

• 工业自动化
  • 过程控制
  • 托管以太网交换机芯片

特性

• 144引脚CSP_BGA封装，符合RoHS标准
• 工业额定温度范围：−40°C至+105°C
• 3.3 V输入/输出缓冲器
• IEEE 802.3，10 Mbps/100 Mbps，半双工和全双工，IPv6和IPv4通信
• 2个独立的以太网端口：每个端口1个MII和1个RMII接口
• 支持所有工业协议
  • 具有快速启动功能的PROFINET B类和C类（版本2.3）
  • 集成QuickConnect、CIP同步和CIP运动的EtherNet/IP
  • Modbus TCP
  • EtherCAT
  • 以太网 POWERLINK
• 主机接口传输速率：每28 ns 32位
  • 支持低至12.5 μs的EtherCAT周期时间和低至31.25 μs的PROFINET周期时间
• PI网络负载III类能力
• DLR（监控器和节点，基于通告和信标）、MRPD、HSR、PRP、共享设备、控制器冗余
• IEEE 1588版本2支持：普通时钟；点对点和端到端透明时钟、原始帧和UDP
• 8个独立的定时器信号，可与内部精密定时器同步
  • 4个独立可编程的定时器信号，用于定时器捕获事件或定时器输出事件
  • 4个定时器信号创建同步至内部精密定时器的可编程周期波形
  • DCP、LLDP、DHCP、RSTP、VLAN、IGMP监听支持
  • 具有老化和学习功能的转发表
  • 用于链路活动的驱动LED

框图

时序图，非多路REM开关

引脚配置描述

工作原理

设备接口

振荡器
振荡器时钟源接入内部锁相环（PLL），以生成以下时钟源：

• 用于CLKOUT参考时钟的25MHz时钟
• 用于RMII参考时钟的50MHz时钟
  用作时钟源的振荡器需具备更高的精度容差。
  图7. 振荡器时钟源电路
  （此处因无法准确还原图片内容，文字描述：图中展示了振荡器时钟源电路相关连接，包括TIMER0 - TIMER7、INT1、INT2、XTAL0、XTAL1等引脚连接，以及相关的电源、接地等连接信息。 ）
  晶体
  使用晶体连接REM交换机时，需采用振荡器焊盘配置，如图8所示。
  图8. 晶体时钟源电路
  （此处因无法准确还原图片内容，文字描述：图中展示了晶体时钟源电路，包括XTAL0、XTAL1引脚与晶体、电容、电阻的连接方式。 ）
  使用40MHz晶体时，以下数值为典型工作参数：
• 等效串联电阻（ESR） = 40Ω
• 负载电容 ( C_L ) = 8pF
• 电阻 ( R_F ) = 1MΩ
  复位时序
  RESET引脚的最低有效低电平时间要求为16ns 。

内部精密定时器

REM交换机包含一个内部精密定时器（IPT）。IPT可维持1ns分辨率的系统时间。可使用IPT触发定时输出事件（在TIMER0、TIMER1、TIMER2和TIMER3引脚上捕获输入事件，或在TIMER4、TIMER5、TIMER6和TIMER7引脚上生成复杂脉冲模式）。
TIMER0至TIMER3输入/输出
TIMER0至TIMER3输入/输出可配置为对输入事件进行时间戳标记，或定时触发输出事件。配置为时间戳标记输入事件时，在64位寄存器中捕获IPT的值，该寄存器在关联信号从低电平转换为高电平时更新。用户软件读取此寄存器，并使用该值将输入事件与特定时间戳关联起来。对于定时触发输出事件，当信号从低电平转换为高电平时，将IPT的值存储在Timer 0的64位寄存器中（有关详细信息，请参阅《UG - 1285，REM交换机软件驱动用户指南》）。配置TIMER1、TIMER2或TIMER3对输入事件进行时间戳标记时，用户软件使用相同的方法将存储在64位寄存器中的时间与特定事件相关联。
配置为定时触发输出事件时，当定时器达到在Timer 0的64位寄存器中存储的值时，定时器信号翻转。定时触发输出事件的过程如下：

1. 主机处理器软件在Timer 0的64位寄存器中存储一个值。
2. IPT达到Timer 0的64位寄存器中存储的值。
3. TIMER0引脚从高电平变为低电平或从低电平变为高电平（取决于寄存器加载时其状态）。
4. 对TIMER1、TIMER2和TIMER3引脚重复上述过程，以触发输出事件。
   TIMER4至TIMER7输出
   TIMER4至TIMER7输出可配置为独立的输出时钟同步信号、可编程脉冲宽度调制信号。每个输出的分辨率为16ns。每个输出都可拥有自己的脉冲宽度编程配置文件，允许任意数量的上升沿和下降沿，具体取决于软件提供的重复和预分频间隔。REM交换机软件驱动提供了定义TIMERx输出上升沿和下降沿的功能。

主机接口

复用总线选择
主机接口支持单独的地址总线和数据总线，或复用地址和数据总线。这两种总线类型的选择由MBS信号（引脚F2）提供。