工业以太网设计阶段会碰到什么问题?工业以太网实施阶段会碰到什么问题?

以太网作为通信网络的一种，在信息传输方面扮演着不可缺少的角色。为增进大家对以太网的认识，本文将对工业以太网予以介绍。通过本文，你将了解到工业以太网在设计和实施阶段面临的问题。如果你对以太网具有兴趣，不妨继续往下阅读哦。

一、工业以太网

工业以太网是基于IEEE 802.3 (Ethernet)的强大的区域和单元网络。工业以太网， 提供了一个无缝集成到新的多媒体世界的途径。 企业内部互联网(Intranet)，外部互联网(Extranet)，以及国际互联网(Internet) 提供的广泛应用不但已经进入今天的办公室领域，而且还可以应用于生产和过程自动化。继10M波特率以太网成功运行之后，具有交换功能，全双工和自适应的100M波特率快速以太网(Fast Ethernet，符合IEEE 802.3u 的标准)也已成功运行多年。采用何种性能的以太网取决于用户的需要。通用的兼容性允许用户无缝升级到新技术。

二、工业以太网在设计和实现阶段面临的挑战

1、交换芯片集成化

网络交换功能通常在以太网的第二层MAC实现，早期的以太网交换芯片一般都只有MAC层，然后在通过位于以太网第一层的PHY物理层芯片实现真正的以太网连接。随着技术发展以及用户对系统结构简化需求的提升，将物理层(PHY)和链路层(MAC)集成在一起的网络交换芯片出现并广泛应用起来。

目前对于10M/100M交换芯片不少都实现了这种集成化，在10G交换机芯片和普通交换机的千兆口通常仍然要使用专用的物理层芯片。聊到以太网连接那肯定少不了Broadcom，Broadcom在以太网交换芯片领域长期位于领先梯队，旗下的以太网交换设备/交换芯片在业内也是最全的。

要说集成，Broadcom的Roboswitch架构以太网交换方案采用5-24端口配置，支持快速以太网和千兆以太网(GbE)。这些高速以太网和千兆以太网交换方案中，把高速交换系统的所有功能(包括数据包缓冲区、物理层收发器、媒体访问控制器(MAC)、地址管理、基于端口的速率控制和非阻塞交换结构)结合到单个CMOS中，这种集成度在工业应用中也是相当高的。

为了保证协同工作时的高数据处理能力，交换芯片的内部逻辑通路极为复杂，大厂行业领先的架构会支持100M/1GE/2.5GE和10GE多种速度，利用2.5GbE/10GbE速度实现高速上行链路连接。集成化的交换芯片CPU也直接集成在其中，以便在不添加外部处理器的情况下设计支持级联模式，单CPU管理的交换平台。

在数据中心场景以及深度学习网络应用上，交换芯片的集成度会更高，比如市面上集成度最高带宽最大的StrataXGS系列，集成的单芯片能够从数千兆位扩展到数兆位。

2、多协议支持

工业通讯协议之多想必大家都知道，支持多协议的交换芯片在工业应用中无疑是更吃香的，这省去了不少设计上的麻烦。ADI的FIDO5100以及FIDO5200两款多协议支持的交换芯片是通过个性化设置，通过从主机处理器下载的固件支持所需的协议，该固件包含在实时以太网多协议交换机驱动程序中，在上电时下载。

可扩展和灵活的配置让交换芯片可与任何主机处理器轻松对接，再利用提供的特定协议的器件驱动器实现灵活的系统划分，还能够更自由地利用任何供应商的协议堆栈，只需将该协议堆栈与多协议交换芯片驱动程序集成。交换芯片多协议的支持在工业自动化场景里大大提升了效率。

3、从未止步的高效数据传输与实时需求

不管发展趋势如何，交换芯片要实现的高效传输与更低的延迟是从未变过的。尤其在工业应用中运控有着非常严苛的实时要求。上面提到的FIDO系列采用定时器控制单元TCU，用于实现各种工业以太网协议的同步机制，能支持低至12.5μs的EtherCAT周期时间和低至31.25μs的PROFINET周期时间。

Microchip的单芯片VSC75XTSN系列则是集成了对 IEEE 1588v2 精确时间协议(PTP)的完整硬件支持，包括所有PHY-MAC接口的硬件时间戳和高分辨率硬件PTP时钟，为一系列工业以太网应用提供亚微秒级的同步。对实时高效连接的需求促进了交换芯片向更高效的传输更低延时的同步继续发展。

以上便是此次带来的以太网相关内容，通过本文，希望大家对以太网已经具备一定的了解。如果你喜欢本文，不妨持续关注我们网站哦，将于后期带来更多精彩内容。最后，十分感谢大家的阅读，have a nice day!