FPGA在工業以太網交換機中扮演SoC角色
中國的工業以太網產業發展近期已經明顯有快速啟動的趨勢,諸多工控主板制造商和工業電腦廠商都看到了這個契機,紛紛發布自己的工業以太網產品,包括工業以太網集線器、工業以太網交換機、工業以太網防火墻等等。
本文引用地址:http://www.j9360.com/article/97503.htm工業以太網產業能有如此快速的成長,究其原因,一方面是由于工業自動化系統正向分布化、智能化的實時控制方面發展,而且大家都已經看到通信的重要性,用戶對統一的通信協議和網絡的要求日趨迫切;另一方面,Intranet/Internet(企業內部網/互聯網)等信息技術的飛速發展也要求企業從現場控制層到管理層能實現全面的無縫信息互通,并提供一個開放的基礎構架,但目前的現場總線遠遠不能滿足這些要求。多種現場總線互不兼容,不同設備控制器之間不能相互實現高速的實時數據傳輸,信息網絡存在協議上的鴻溝導致出現“信息孤島”,這些都促使人們開始尋求新的出路,并關注到工業以太網。
目前,國內工業以太網產品與國外的差距體現在多個方面,其中最重要的是“標準”制定權。舊有的現場總線和新興的以太網通信怎樣互連,以怎樣的標準互連,按照怎樣的技術規范互連?這些都牢牢掌握在國外的集團、聯盟和工業巨頭手中。有了這個“利器”,國外的工業以太網產品往往占盡了先機。
立華萊康公司在原有的6/10口網管型冗余工業以太網交換機的基礎上,率先推出了一款分別具有5/8個10/100M自適應以太網接口的非網管型工業以太網交換機,并且還將有更多深入的工業以太網產品規劃。這些產品都采用了一個或多個FPGA器件。
應用FPGA的方案,設計師就可以在單一硬件平臺上實現支持不同工業以太網協議(如EtherCAT、ProfiNet等)的交換機。這種交換機將可支持同一系統內或來自相同以太網端口的不同工業以太網協議。
當然,工業以太網并不是要包容所有的協議,才是最佳的方案。如果這樣,必將增加FPGA的成本和體積。靈活性和復雜性是相輔相成的,沙發固然舒服,但是板凳也有其適用的場合。
經驗告訴我們,過猶不及,某些專用芯片實現特定的RTE協議仍然有其存在的空間和時間。現場總線也不會被工業以太網完全替代,還有一些專用總線,如SERCOS(用于數字伺服和傳動系統的現場總線接口和數據交換協議)和INSTABUS都有其專門的應用領域。另外,易燃、易爆以及環境條件惡劣、可靠性要求很高的應用場合,也不適于應用工業以太網。
在工業以太網交換機中,FPGA器件通常扮演著SoC(系統級芯片)的角色,即將定時控制、交換矩陣和協議實現、網絡端口等功能都在一片FPGA器件中實現。
FPGA雖然有上述的多種優勢,但是使用它、用好它也對設備制造廠商提出了更高的要求,這些原本單純的硬件制造廠商必須要涉足IP領域。具有IP核移植和功能模塊聚合知識的軟件人員的人力成本是這些生產型廠商所難以預料的。所以,目前我們的產品上FPGA器件起到的還只是輔助和補充的作用,并沒有完全代替中央處理器。
沒有最完善的產品,只有最恰當地使用。任何新特性的加入都是以成本和功耗為代價的,所以按需取材才是正理。大家看到在有些領域單片機還在繼續使用,并且沒有絲毫下降的趨勢就明白了。
有些廠商推出了嵌入微處理器或DSP內核、I/O接口的FPGA,當然有他們產生和存在的環境。有了這些內建的高智能單元大大加強了FPGA的靈活性和兼容性,提高了其“起步”水平。迎合了那些既需要支持標準TCP/IP以太網協議,又希望兼容既有的多種RTE協議的客戶需求。
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