工业以太网用什么协议（工业以太网标准有哪些）

工业以太网对于工厂和过程自动化、电网基础设施和楼宇自动化产品中基于串行的现场总线发挥着极其重要的作用。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、输入和输出模块以及总线耦合器和驱动器连接起来。

不幸的是，产品制造商尚未就通用工业以太网标准达成一致。相反，该领域是分散的，工厂部署了30 多个标准。许多领先的制造商已经定义了特定的工业以太网标准来满足他们的需求，该标准通常源自其现有的基于串行的现场总线之一。

大多数工业以太网标准都需要单独的设备解决方案。图1 描绘了一个解决方案，其中包括微控制器单元(MCU) 或微处理器单元(MPU) 以及独立的工业以太网设备，即媒体访问控制器(MAC)。该MAC支持实时以太网帧处理，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专用集成电路（ASIC）或现场可编程门阵列（FPGA）来处理实时以太网帧。

图1：添加工业以太网的传统方式

将工业以太网标准之一添加到产品中，然后通过认证机构对通信接口进行认证是一项具有挑战性的工作。然而，大多数制造商需要支持多种工业以太网协议，才能将其设备销售给使用不同标准的多个最终客户。构建具有两个、三个或更多工业以太网标准的产品会增加产品开发的复杂性。一种可能的解决方案是将多个以太网标准添加到一个产品中，为每个工业以太网标准创建单独的印刷电路板(PCB) 模块。您一次可以将其中一个模块插入主板。然而，交换协议总是需要改变硬件。这使得产品处理物料清单(BOM) 变得更加复杂，需要生产多个PCB 模块，并获得多芯片解决方案。

为了帮助解决这个难题，我建议查看TI 的Sitara ARM 处理器。这些应用处理器具有集成的可编程实时单元和工业通信子系统(PRU-ICSS)，可理解多协议工业以太网。让我们回顾一下该解决方案的主要区别和优势。

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。有适用于EtherCAT、PROFINET、SERCOS III、EtherNet/IP 和以太网Powerlink 的PRU-ICSS 协议固件版本。协议固件执行实时关键任务，例如即时或直通帧处理。请注意，这些是我之前提到的在ASIC 或FPGA 中运行的实时关键任务，但现在由PRU-ICSS 处理（见图2）。

图2：TI 将多协议工业以太网集成到Sitara 处理器中

PRU-ICSS 与可扩展性和强大的ARM 内核（Cortex-A8、A9 或A15，具体取决于不同的Sitara 处理器系列）相结合，使您可以为工厂自动化产品构建单芯片解决方案，从而可以灵活地实现PRU- ICSS 固件交换以多种工业以太网标准表示。 PRU-ICSS解决的是软件多协议支持的问题（PRU-ICSS中的可编程解决方案），而不是多个ASIC或FPGA的硬件问题。基于软件的解决方案具有许多优点，包括随着新协议标准的发布而升级的能力，以添加新功能或全新协议。

除了这些优势以及处理实时关键工业以太网处理任务的能力之外，PRU-ICSS 还能够：

无需外部ASIC 和FPGA。

减少BOM和PCB空间，从而降低成本。

通过内部高速存储器总线接口可以实现ARM处理器之间的快速I/O数据交换。

PRU-ICSS 固件在设备运行时可更换。图3 显示了工厂自动化中使用的五种最常见的工业以太网标准，所有这些标准均受TI Sitara 设备固件的支持。

图3：多协议演示设置- 表达前五个工业以太网标准的TMDSICE3359AM335x 处理器开发平台

审稿编辑：郭婷