【導讀】隨著工業4.0進程的推進，市麵上急需能夠融合多種協議的工業以太網方案，以實現工業現場數據無縫互聯的願景。ADI近幾年不斷完善推出的Chronousxiliechanpin
，bujinjiasulekehugongyeyitaiwangtongxinleichanpindeshangshi，qianzhanxingdejishutexing
，yerangkehudechanpingengjujishujingzhengliheshengmingzhouqichangjiuxing。benwenjiangzhongdianjieshaoADI的多協議工業以太網方案及其模塊級產品，闡述該方案及模塊級產品在可靠性和技術前瞻性方麵的優勢。

隨著工業4.0進程的推進，市麵上急需能夠融合多種協議的工業以太網方案
，以實現工業現場數據無縫互聯的願景。ADI近幾年不斷完善推出的Chronousxiliechanpin，bujinjiasulekehugongyeyitaiwangtongxinleichanpindeshangshi

，qianzhanxingdejishutexing
，yerangkehudechanpingengjujishujingzhengliheshengmingzhouqichangjiuxing。benwenjiangzhongdianjieshaoADI的多協議工業以太網方案及其模塊級產品，闡述該方案及模塊級產品在可靠性和技術前瞻性方麵的優勢。

一
、多協議融合的迫切需求

在(zai)現(xian)代(dai)化(hua)的(de)工(gong)業(ye)生(sheng)產(chan)現(xian)場(chang)，傳(chuan)感(gan)器(qi)和(he)執(zhi)行(xing)器(qi)都(dou)依(yi)靠(kao)大(da)量(liang)的(de)有(you)線(xian)連(lian)接(jie)傳(chuan)輸(shu)數(shu)據(ju)和(he)指(zhi)令(ling)，通(tong)過(guo)多(duo)個(ge)層(ceng)次(ci)的(de)網(wang)絡(luo)設(she)備(bei)
，最(zui)終(zhong)彙(hui)總(zong)到(dao)雲(yun)端(duan)數(shu)據(ju)中(zhong)心(xin)進(jin)行(xing)可(ke)視(shi)化(hua)監(jian)測(ce)與(yu)控(kong)製(zhi)。如(ru)下(xia)圖(tu)（圖1）所示，數據連接的形式既包括傳統的485總線、普通以太網絡，也含有近幾年推行的百兆工業以太網，還可能包含最先進的千兆TSN工業以太網。針對行業內要求的可靠性高、實時性強的原則，百兆或千兆以太網形式將會是未來的統一化趨勢。

由於工業以太網的曆史發展因素，目前在行業內已經形成了許多協議共存的局麵
，由西門子、倍福、施耐德等公司主導推行的協議已經覆蓋了現有工業生產線的各式設備
，這其中包括PROFINET、EtherCAT
、EtherNet/IP
、Modbus TCP、POWERLINK等

，因此
，一些注重工業技術的IC廠商開始不斷推出跨多協議的接入方案。ADI公司的方案是業內最受歡迎的解決方案之一
，該方案對客戶主控平台的依賴度低，正在受到越來越多客戶的關注。

圖1 工業現場數據的通信架構

二、交換機方案的技術架構

ADI的多協議工業以太網解決方案，是基於MCU+Switch+Phy的整套方案，其中最核心的是型號為FIDO5200的以太網交換芯片，其內置了多種工業協議，如下圖（圖2）所示。此外，ADI還提供通過標準認證的百兆PHY芯片
，型號為ADIN1200。方案的主控芯片由客戶決定
，不再依賴於以往此類方案的MCU必須內置MAC協議的情況，ADI提供協議的驅動程序，包括業內主流的5種工業以太網協議，如下圖（圖3）所示。當然，ADI也提供了基於自有品牌MCU的配套方案

，並搭配了固件
，以加速客戶的產品快速開發。

圖2 ADI解決方案整體結構圖

圖3 方案的工作原理架構

值得注意的是，FIDO5200作為ADI Chronous家族中最重要的產品之一，能夠支持時間敏感網絡（TSN），該(gai)前(qian)瞻(zhan)性(xing)的(de)特(te)點(dian)，使(shi)客(ke)戶(hu)的(de)產(chan)品(pin)一(yi)經(jing)設(she)計(ji)便(bian)充(chong)分(fen)考(kao)慮(lv)到(dao)了(le)未(wei)來(lai)化(hua)技(ji)術(shu)架(jia)構(gou)。對(dui)客(ke)戶(hu)來(lai)講(jiang)，這(zhe)是(shi)對(dui)將(jiang)來(lai)產(chan)品(pin)的(de)預(yu)投(tou)資(zi)，能(neng)顯(xian)著(zhu)降(jiang)低(di)未(wei)來(lai)研(yan)發(fa)投(tou)入(ru)。從(cong)該(gai)方(fang)案(an)的(de)工(gong)作(zuo)原(yuan)理(li)來(lai)看(kan)，FIDO5200適合幾乎任何處理器、任何協議、任何堆棧。

三
、FID05200的特點與優勢分析

FIDO5200是實時以太網多協議（REM）交換芯片，具備兩個獨立的以太網端口

，采用10mm*10mm的小麵積BGA封裝，小於180mW的低功耗設計，如下圖（圖4）所示。

圖4 FIDO5200芯片接口功能

使用FIDO5200的交換芯片方案
，可以顯著提高現有網絡的性能。TSN網wang絡luo的de最zui基ji本ben特te性xing是shi基ji於yu時shi間jian保bao障zhang的de數shu據ju交jiao互hu，網wang絡luo會hui將jiang所suo有you數shu據ju分fen類lei為wei時shi間jian敏min感gan數shu據ju和he普pu通tong數shu據ju
，按an照zhao其qi緊jin急ji程cheng度du進jin行xing可ke靠kao傳chuan輸shu，這zhe就jiu要yao求qiu交jiao換huan芯xin片pian的de低di延yan遲chi和he高gao速su度du。為wei了le滿man足zuTSN網絡的特點，FIDO5200方案具備如下特點優勢：

• 內存總線通信接口

FIDO5200和MCU之間以內存總線作為接口方式，實現高性能
、低抖動
、低延遲的工業以太網
，ADI將此技術稱之為Priority Channel，其包含了軟硬件協同的技術。無論是什麼樣的協議和網絡利用率，這項技術都可以保障實時通道數據優先於普通數據得到處理，落實TSN網絡中“盡力而為”的原則。

• 定時器控製器單元

定時器控製單元是用來同步各個以太網協議的。FIDO5200設計了4組通用輸入輸出通道
，可以用於輸入捕捉
、輸出方波型號
，這些信號是與同步時間信號是同相的，以達到加蓋時間戳的目的
，最終將用戶的應用於網絡時間同步。

• 低延遲的響應

zaiyixiegongyezongxianyingyongzhong，duishujuhezhilingdeyanchishifeichangkekede，lirugaoxingnengduozhoutongbuyidong。taduikongzhizhilingshixudeyaoqiufeichangjingzhun，yejiushishuoduizhilingdaodadeshijianshifeichangmingande，jiazhikongzhisuanfayuzhilingdefuzaxing，yitaiwangchuanshuyanchideqingkuangjiangzhijieyingxiangzhezhongyingyongdebiaoxian。ADI的方案能夠充分保證工業以太網低數據延遲，如下圖（圖5）所示，為該方案的各功能元素造成的延遲表現，若代入有效載荷進行計算，該方案造成的總延遲僅為20~30uS左右。

圖5 各功能元素造成的延遲表現(*以上數據來源為ADI)

四、ADIN2299模塊級平台方案介紹

為了給客戶提供更直接快速的開發方式
，ADI還推出了基於上述方案的模塊級平台產品方案。由於最新方案為ADI的第二代新升級

，該產品被命名代號為RPG2，並具體化了產品型號為ADIN2299。下圖（圖6）為該模塊產品的實物圖，它是一款尺寸為38mm*38mm的BGA模塊板，其上集成了多個ADI器件

，最大功耗小於800mW。

圖6 ADIN2299模塊產品的實物圖

下圖（圖7）為ADIN2299模塊的原理框圖，ADIN2299模塊在前文所述方案的基礎上，將主控MCU采用為ADI自主的ADSP-CM409產品，並配套了係統電源方案。該產品是一款已經過全麵測試的預認證模塊。模塊搭配了全麵的軟件支持，提供API庫用於快速係統集成。客戶在進行使用時
，需搭配主控處理器
，並通過SPI
、UART或以太網接口進行參數配置和數據交互。ADI搭配該模塊提供的軟件包含了協議棧、底層硬件驅動、文件係統、數據安全固件、WEB服務等。

圖7 模塊級產品的原理框圖

五、總結

本文介紹了ADI的多協議工業以太網方案，重點介紹了圍繞FIDO5200的係統級方案和ADIN2299模塊級產品
，為客戶解決多協議工業以太網的數據打通與融合問題
，並能夠提供未來化的TSN網絡性能。多協議工業以太網方案是ADI Chronous係列產品中重要一環，此外還有更多先進技術方案處於不斷完善和發布中，使ADI成為布局工業4.0生態係統的關鍵技術成員之一。

作者：駿龍科技

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