การเชื่อมต่อระหว่างกันของการสื่อสารที่เชื่อถือได้และมีเสถียรภาพเป็นส่วนสำคัญของระบบอัตโนมัติทางอุตสาหกรรม เมื่อพิจารณาจากเซ็นเซอร์และแอคทูเอเตอร์จำนวนมากภายในอุปกรณ์อุตสาหกรรม และระบบและโปรโตคอลมากมายที่แพร่หลายในสถานการณ์ทางอุตสาหกรรม-ในโลกจริง เกตเวย์แบบดั้งเดิมจำนวนนับไม่ถ้วนจึงถูกใช้เพื่อส่งและแปลงข้อมูลตลอดทั้งกระบวนการ ระบบอัตโนมัติทางอุตสาหกรรมต้องคำนึงถึงข้อกำหนดของระบบไอทีสำหรับการเข้าถึงข้อมูลแบบเปิดและการควบคุมแบบเรียลไทม์-
อีเทอร์เน็ตอุตสาหกรรมมีบทบาทสำคัญในเรื่องนี้ โดยช่วยเพิ่มประสิทธิภาพและการซิงโครไนซ์การส่งข้อมูลขนาดใหญ่-ได้อย่างมากเมื่อเปรียบเทียบกับระบบฟิลด์บัส ฮาร์ดแวร์-อุปกรณ์สวิตช์อีเธอร์เน็ตประกอบด้วยชิปสวิตช์อีเธอร์เน็ต, CPU, PHY, PCB และระบบย่อยอินเทอร์เฟซ/พอร์ต โดยชิปสวิตช์อีเธอร์เน็ตเป็นองค์ประกอบที่สำคัญ ชิปเหล่านี้มีความเชี่ยวชาญพิเศษในการสลับและประมวลผลข้อมูลจำนวนมากและการส่งต่อข้อความ โดยทำหน้าที่เป็น-วงจรรวมที่ปรับให้เหมาะสมสำหรับแอปพลิเคชันสำหรับเครือข่าย ซัพพลายเออร์ชิปสวิตช์รายใหญ่มักนำเสนอผลิตภัณฑ์เกรดเชิงพาณิชย์-พร้อมการสนับสนุนโปรโตคอลที่ครอบคลุมและฟังก์ชันการทำงานที่แข็งแกร่ง
สลับการรวมชิป
โดยทั่วไปแล้วฟังก์ชั่นการสลับเครือข่ายจะถูกใช้งานที่ MAC เลเยอร์ 2 ของอีเทอร์เน็ต โดยทั่วไปชิปสวิตช์อีเธอร์เน็ตในยุคแรกจะมีเฉพาะเลเยอร์ MAC เท่านั้น โดยอาศัยชิป PHY ที่เลเยอร์ 1 เพื่อสร้างการเชื่อมต่ออีเทอร์เน็ตจริง ด้วยความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีและความต้องการของผู้ใช้ที่เพิ่มขึ้นสำหรับสถาปัตยกรรมระบบที่เรียบง่าย ชิปสวิตช์เครือข่ายที่รวมเลเยอร์ทางกายภาพ (PHY) และเลเยอร์ลิงก์ (MAC) เกิดขึ้นและได้รับการยอมรับอย่างกว้างขวาง
ปัจจุบันชิปสวิตช์ 10M/100M จำนวนมากประสบความสำเร็จในการบูรณาการนี้ อย่างไรก็ตาม โดยทั่วไปชิปสวิตช์ 10G และพอร์ต Gigabit บนสวิตช์มาตรฐานยังคงต้องใช้ชิป PHY เฉพาะ เมื่อพูดถึงการเชื่อมต่ออีเธอร์เน็ต Broadcom คือผู้เล่นหลัก Broadcom เป็นผู้นำในภาคส่วนชิปสวิตช์อีเธอร์เน็ตมายาวนาน โดยนำเสนออุปกรณ์และชิปสวิตช์อีเธอร์เน็ตที่ครอบคลุมมากที่สุดในอุตสาหกรรม
เกี่ยวกับการบูรณาการ โซลูชันการสลับอีเธอร์เน็ตสถาปัตยกรรม Roboswitch ของ Broadcom มีการกำหนดค่าพอร์ต 5- 24 พอร์ตที่รองรับ Fast Ethernet และ Gigabit Ethernet (GbE) ภายในโซลูชันการสลับความเร็วสูง-และกิกะบิตอีเทอร์เน็ตเหล่านี้ ฟังก์ชันทั้งหมดของ-ระบบการสลับความเร็วสูง- รวมถึงบัฟเฟอร์แพ็กเก็ต ตัวรับส่งสัญญาณฟิสิคัลเลเยอร์ ตัวควบคุมการเข้าถึงสื่อ (MAC) การจัดการที่อยู่ -การควบคุมอัตราตามพอร์ต และ-การไม่บล็อกการสลับแฟบริค จะถูกรวมเข้าไว้ในชิป CMOS ตัวเดียว การบูรณาการในระดับนี้ถือว่าสูงเป็นพิเศษสำหรับการใช้งานทางอุตสาหกรรม
เพื่อให้มั่นใจว่ามีความสามารถในการประมวลผลข้อมูลสูงในระหว่างการทำงานร่วมกัน เส้นทางลอจิกภายในของชิปสวิตช์จึงมีความซับซ้อนอย่างยิ่ง สถาปัตยกรรมชั้นนำของอุตสาหกรรม-จากผู้ผลิตรายใหญ่สนับสนุนความเร็วหลายระดับ รวมถึง 100M/1GE/2.5GE และ 10GE โดยใช้ความเร็ว 2.5GbE/10GbE เพื่อให้บรรลุ-การเชื่อมต่ออัปลิงก์ความเร็วสูง ชิปสวิตช์แบบรวมยังรวม CPU ไว้ภายในโดยตรง ทำให้สามารถออกแบบแพลตฟอร์มสวิตช์ที่มีการจัดการ-CPU- เดียวที่รองรับโหมดแบบเรียงซ้อนโดยไม่ต้องใช้โปรเซสเซอร์ภายนอก
ในสถานการณ์ศูนย์ข้อมูลและแอปพลิเคชันเครือข่ายการเรียนรู้เชิงลึก ชิปสวิตช์บรรลุระดับการบูรณาการที่สูงขึ้นไปอีก ตัวอย่างเช่น ซีรีส์ StrataXGS ที่มีแบนด์วิธ-การบูรณาการสูงสุดและสูงสุด-ในตลาดมีโซลูชันชิปเดี่ยวที่ผสานรวม- ซึ่งสามารถขยายขนาดจากหลายกิกะบิตไปจนถึงหลายเทราบิต
รองรับหลาย-โปรโตคอล
ความแพร่หลายของโปรโตคอลการสื่อสารทางอุตสาหกรรมได้รับการยอมรับอย่างกว้างขวาง และชิปสวิตช์หลายโปรโตคอล-ก็น่าดึงดูดใจมากขึ้นในการใช้งานทางอุตสาหกรรมอย่างไม่ต้องสงสัย ซึ่งช่วยลดความซับซ้อนในการออกแบบได้อย่างมาก ชิปสวิตช์หลายโปรโตคอล FIDO5100 และ FIDO5200- ของ ADI รองรับโปรโตคอลผ่านการตั้งค่าที่ปรับแต่งได้ โดยใช้เฟิร์มแวร์ที่ดาวน์โหลดจากโปรเซสเซอร์โฮสต์ เฟิร์มแวร์นี้รวมอยู่ในไดรเวอร์สวิตช์หลายโปรโตคอล-อีเทอร์เน็ตแบบเรียลไทม์- และจะถูกดาวน์โหลดระหว่างเปิดเครื่อง-
(รองรับโปรโตคอลเต็มรูปแบบ ADI)
การกำหนดค่าที่ปรับขนาดได้และยืดหยุ่นช่วยให้ชิปสวิตช์สามารถเชื่อมต่อกับโปรเซสเซอร์โฮสต์ได้อย่างราบรื่น ด้วยการใช้ประโยชน์จากไดรเวอร์อุปกรณ์สำหรับโปรโตคอลเฉพาะ จะอำนวยความสะดวกในการแบ่งพาร์ติชันระบบที่ยืดหยุ่น ในขณะเดียวกันก็ให้อิสระมากขึ้นในการใช้สแต็กโปรโตคอลจากผู้จำหน่ายใดๆ-เพียงแค่รวมสแต็กโปรโตคอลเข้ากับไดรเวอร์ชิปสวิตช์หลายโปรโตคอล- การสนับสนุนหลายโปรโตคอล-ของชิปสวิตช์ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพอย่างมากในสถานการณ์ระบบอัตโนมัติทางอุตสาหกรรม
การแสวงหาการส่งข้อมูลที่มีประสิทธิภาพและความต้องการเวลาที่แท้จริงอย่างไม่หยุดยั้ง
โดยไม่คำนึงถึงแนวโน้มทางเทคโนโลยี ข้อกำหนดหลักสำหรับการส่งข้อมูลที่มีประสิทธิภาพและความหน่วงต่ำยังคงที่สำหรับชิปสวิตช์ นี่เป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่งในการใช้งานทางอุตสาหกรรมที่การควบคุมการเคลื่อนไหวต้องการประสิทธิภาพแบบเรียลไทม์-ที่เข้มงวด ซีรีส์ FIDO ที่กล่าวมาข้างต้นใช้ Timer Control Unit (TCU) เพื่อใช้กลไกการซิงโครไนซ์สำหรับโปรโตคอลอีเธอร์เน็ตอุตสาหกรรมต่างๆ โดยรองรับรอบเวลา EtherCAT ต่ำเพียง 12.5μs และเวลารอบ PROFINET ต่ำเพียง 31.25μs
ซีรีส์-ชิป VSC75XTSN ของ Microchip ผสานรวมการสนับสนุนฮาร์ดแวร์เต็มรูปแบบสำหรับ IEEE 1588v2 Precision Time Protocol (PTP) รวมถึงการประทับเวลาของฮาร์ดแวร์สำหรับอินเทอร์เฟซ PHY-MAC ทั้งหมด และนาฬิกา PTP ของฮาร์ดแวร์ที่มีความละเอียดสูง- ซึ่งให้การซิงโครไนซ์ที่ต่ำกว่า-ไมโครวินาทีสำหรับแอปพลิเคชันอีเทอร์เน็ตอุตสาหกรรมที่หลากหลาย ความต้องการการเชื่อมต่อ-แบบเรียลไทม์และประสิทธิภาพสูง{-ยังคงผลักดันชิปสวิตช์ไปสู่การส่งข้อมูลที่มีประสิทธิภาพมากขึ้นและ-การซิงโครไนซ์เวลาแฝงที่ลดลง
สรุป
เมื่อเครือข่ายเปลี่ยนจากการเชื่อมต่อ fieldbus แบบดั้งเดิมและ 4mA เป็น 20mA ไปเป็นอีเธอร์เน็ตอุตสาหกรรม ความท้าทายมากมายเกิดขึ้นในระหว่างขั้นตอนการออกแบบและการใช้งานการเชื่อมต่อเครือข่าย สิ่งนี้ได้ขับเคลื่อนวิวัฒนาการของชิปสวิตช์อีเทอร์เน็ต ชิปสวิตช์ที่ทรงพลังและยืดหยุ่นช่วยให้การใช้งานทางอุตสาหกรรมเข้าใกล้บรรลุการเชื่อมต่ออีเธอร์เน็ตอุตสาหกรรมในอุดมคติ