Une interconnectivité de communication fiable et stable est l’élément vital de l’automatisation industrielle. Compte tenu du grand nombre de capteurs et d'actionneurs au sein des équipements industriels, ainsi que de la multitude de systèmes et de protocoles répandus dans les scénarios industriels réels-, d'innombrables passerelles traditionnelles sont utilisées pour transmettre et convertir les données tout au long du processus. L'automatisation industrielle doit tenir compte des exigences des systèmes informatiques en matière d'accès aux données ouvertes et de contrôle en temps réel.
L'Ethernet industriel a joué un rôle important à cet égard, en améliorant considérablement l'efficacité et la synchronisation de la transmission de données à grande échelle-par rapport aux systèmes de bus de terrain. Du point de vue matériel-, l'équipement de commutation Ethernet comprend des puces de commutation Ethernet, des processeurs, des PHY, des PCB et des sous-systèmes d'interface/port, la puce de commutation Ethernet étant un composant essentiel. Ces puces sont spécialisées dans la commutation et le traitement de grands volumes de données et le transfert de messages, servant de circuits intégrés optimisés pour les applications pour la mise en réseau. Les principaux fournisseurs de puces de commutation proposent généralement des produits de qualité commerciale-avec une prise en charge complète du protocole et des fonctionnalités robustes.
Intégration de la puce de commutation
Les fonctions de commutation réseau sont généralement implémentées au niveau du MAC de couche 2 d'Ethernet. Les premières puces de commutateur Ethernet ne contenaient généralement que la couche MAC, s'appuyant sur des puces PHY au niveau de la couche 1 pour établir de véritables connexions Ethernet. Avec les progrès technologiques et la demande croissante des utilisateurs pour des architectures système simplifiées, des puces de commutation réseau intégrant la couche physique (PHY) et la couche liaison (MAC) ont émergé et ont été largement adoptées.
Actuellement, de nombreuses puces de commutation 10M/100M ont réalisé cette intégration. Cependant, les puces de commutateur 10G et les ports Gigabit sur les commutateurs standards nécessitent toujours généralement des puces PHY dédiées. En matière de connectivité Ethernet, Broadcom est un acteur clé. Broadcom est depuis longtemps un leader dans le secteur des puces de commutation Ethernet, offrant la gamme la plus complète d'équipements et de puces de commutation Ethernet du secteur.
Concernant l'intégration, la solution de commutation Ethernet à architecture Roboswitch de Broadcom propose 5-24 configurations de ports prenant en charge Fast Ethernet et Gigabit Ethernet (GbE). Dans ces solutions de commutation Ethernet haut débit et Gigabit, toutes les fonctions d'un système de commutation haut débit -, y compris les tampons de paquets, les émetteurs-récepteurs de couche physique, les contrôleurs d'accès aux médias (MAC), la gestion des adresses, le contrôle de débit basé sur les ports - et la structure de commutation non- bloquante, sont intégrées dans une seule puce CMOS. Ce niveau d'intégration est exceptionnellement élevé pour les applications industrielles.
Pour garantir une capacité élevée de traitement des données lors des opérations collaboratives, les chemins logiques internes de la puce de commutation sont extrêmement complexes. Les architectures-de pointe des principaux fabricants prennent en charge plusieurs vitesses, notamment 100 M/1GE/2,5GE et 10GE, en utilisant des vitesses de 2,5 GbE/10GbE pour obtenir des connexions de liaison montante-à haut débit. La puce de commutation intégrée intègre également un processeur directement en son sein, permettant la conception d'une plate-forme de commutation gérée-CPU- unique qui prend en charge le mode cascade sans nécessiter de processeur externe.
Dans les scénarios de centres de données et les applications réseau d’apprentissage profond, les puces de commutation atteignent des niveaux d’intégration encore plus élevés. Par exemple, la série StrataXGS, la série StrataXGS la plus-intégration et la bande passante la plus élevée-du marché, propose des solutions intégrées à puce unique-capables d'évoluer de plusieurs gigabits à plusieurs térabits.
Prise en charge de plusieurs-protocoles
La prédominance des protocoles de communication industriels est largement reconnue, et les puces de commutation multiprotocoles sont sans aucun doute plus attrayantes dans les applications industrielles, réduisant considérablement les complexités de conception. Les puces de commutation multiprotocoles FIDO5100 et FIDO5200 d'ADI prennent en charge le protocole via des paramètres personnalisables, en utilisant le micrologiciel téléchargé à partir du processeur hôte. Ce micrologiciel est intégré au pilote de commutateur multi-protocole Ethernet-en temps réel-et est téléchargé lors de la mise sous tension-.
(Prise en charge complète du protocole, ADI)
Des configurations évolutives et flexibles permettent à la puce du commutateur de s'interfacer de manière transparente avec n'importe quel processeur hôte. En exploitant les pilotes de périphérique pour des protocoles spécifiques, il facilite un partitionnement flexible du système tout en offrant une plus grande liberté d'utilisation des piles de protocoles de n'importe quel fournisseur.-intégrez simplement la pile de protocoles avec le pilote de puce de commutateur multi-protocole. La prise en charge multi-protocole de la puce de commutation améliore considérablement l'efficacité dans les scénarios d'automatisation industrielle.
Recherche incessante d'une transmission de données efficace et de demandes en-temps réel
Quelles que soient les tendances technologiques, les exigences fondamentales en matière de transmission efficace et de faible latence restent constantes pour les puces de commutation. Ceci est particulièrement critique dans les applications industrielles où le contrôle de mouvement exige des performances strictes en temps réel-. La série FIDO susmentionnée utilise une unité de contrôle de minuterie (TCU) pour mettre en œuvre des mécanismes de synchronisation pour divers protocoles Ethernet industriels, prenant en charge des temps de cycle EtherCAT aussi bas que 12,5 μs et des temps de cycle PROFINET aussi faibles que 31,25 μs.
La série VSC75XTSN à puce unique-de Microchip intègre une prise en charge matérielle complète du protocole PTP (Precision Time Protocol) IEEE 1588v2, y compris l'horodatage matériel pour toutes les interfaces PHY-MAC et une horloge PTP matérielle-haute résolution. Cela permet une synchronisation inférieure à -microseconde pour une gamme d'applications Ethernet industrielles. La demande de connectivité en temps réel-à haute efficacité- continue d'orienter les puces de commutation vers une transmission plus efficace et une synchronisation à plus faible-latence.
Résumé
Alors que les réseaux passent des bus de terrain traditionnels et des connexions 4 mA à 20 mA vers l'Ethernet industriel, de nombreux défis surviennent lors des phases de conception et de mise en œuvre de la connectivité réseau. Cela a conduit à l’évolution des puces de commutation Ethernet. Des puces de commutation puissantes et flexibles rapprochent les applications industrielles de la connectivité Ethernet industrielle idéale.