В ноябре 2015 компания Innovasic сообщила, что ее программно-аппаратная платформа RapID Platform Network Interface прошла сертификацию на соответствие требованиям последних версий стандартов EtherNet/IP (v. CT12) и PROFINET (v 2.31 Class B (RT) и Class C (IRT)). Это относится и к микросхеме Ethernet коммутатора fido5000. Уникальная микросхема fido5000 значительно упрощает жизнь разработчикам, так как поддерживает все популярные протоколы промышленного Ethernet: PROFINET, EtherNet/ IP, ModbusTCP, SERCOS III, POWERLINK, EtherCAT.
 |
|
| Рис. 1. | Мультипротокольный чип fido5000 от Innovasic. |
На сегодняшний день Ethernet является одним из самых популярных сетевых интерфейсов. Его используют в офисах, в домах и квартирах, в военной отрасли и, конечно же, в промышленности. Наиболее популярные протоколы построены именно на Ethernet, например, PROFINET, EtherNet/IP, ModbusTCP, SERCOS III, POWERLINK, EtherCAT.
Здесь стоит отметить, что сам по себе стандарт Ethernet содержит описание физического и канального уровня сетевой модели OSI,а перечисленные протоколы в основном работают на более высоких ступенях. Тем не менее, каждый из них предъявляет дополнительные требования к физическому и канальному уровню. Например, EtherCAT требует работы в реальном времени с циклом системы 12.5 микросекунд, а PROFINETIRT 32 микросекунды. И хотя аппаратная реализация для них остается практически одинаковой, сделать один универсальный блок, подходящий для всех протоколов, практически невозможно.
Сложность создания универсального блока связана с несколькими проблемами. Во-первых, применение протоколов связано с дополнительными выплатами за их использование. В итоге, чем больше протоколов «зашито» в блок, тем выше его цена. Во-вторых, для обеспечения соответствия последним ревизиям стандартов требуется содержать команду опытных программистов, что не так и дешево. В-третьих, если пойти по пути использования различных процессоров со встроенной поддержкой протоколов, то неизбежно придется вести разработку и поддержку нескольких аппаратных реализаций, а это требует команды опытных схемотехников, что опять-таки весьма дорого. Компания Innovasic предлагает свое решение этих проблем в виде микросхемы fido5000.
fido5000 – микросхема мультипротокольного двухпортового Ethernet-коммутатора реального времени (Real-time Ethernet Multiprotocol (REM) switch) с поддержкой большинства популярных промышленных интерфейсов (PROFINETRT и IRT, EtherNet/ IP с/без DLR, ModbusTCP, SERCOS III, POWERLINK, EtherCAT).
fido5000 значительно упрощает жизнь разработчикам (Рис. 2).
Во-первых, fido5000 имеет аппаратную поддержку наиболее популярных промышленных интерфейсов: PROFINETRT и IRT, EtherNet/ IP с/без DLR, ModbusTCP, SERCOS III, POWERLINK, EtherCAT. Разработчику не придется использовать множество различных процессоров или писать программные реализации протоколов.
Во-вторых, Innovasic гарантирует оперативную поддержку всех самых последних версий протоколов. Разработчику не понадобится постоянно отслеживать новые релизы программной части стандартов, за него это сделает Innovasic.
В-третьих, при переходе от одного протокола к другому не требуется переделывать весь блок, будет достаточно сменить микросхемы Ethernet PHY и микросхему памяти (об этом будет сказано ниже).
В-четвертых, производителю не нужно отчислять деньги за использование протоколов.
 |
|
| Рис. 2. | Использование fido5000 для различных протоколов промышленного Ethernet. |
Таким образом, создание нескольких версий одного и того же промышленного блока для различных интерфейсов оказывается максимально упрощено. Архитектура системы для них практически полностью идентична: процессор, набор микросхем fido5000 + память fido0x00, цепи тактирования, Ethernet PHY (Рис. 3). Представленная структура имеет несколько особенностей.
 |
|
| Рис. 3. | Архитектура промышленного Ethernet-блока. |
Как видно из Рис. 3, кроме самой микросхемы fido5000 (FPGA) требуется дополнительный конфигурационный чип памяти fido0x00. Вместе они составляют набор микросхем (чипсет), который и нужно указывать в заказе:
- Набор микросхем fido5100: включает в себя fido5000 и микросхему памяти fido0100. Чипсет поддерживает протоколы: PROFINET RT и IRT EtherNet/ IP с/без DLR, ModbusTCP, SERCOS III, POWERLINK.
- Набор микросхем fido5200: включает в себя fido5000 и микросхему памяти fido0200. Чипсет поддерживает те же протоколы, что и fido5100 плюс EtherCAT.
Микросхемы памяти fido0x00 хранят файл конфигурации FPGA fido5000. После включения питания содержимое fido0x00 переносится в fido5000. При этом время на конфигурирование составляет всего 350 мс.
Взаимодействие fido5000 с центральным процессором осуществляется с помощью 32-битной шины (16/32-битный режим) с пропускной способностью до 125 Мбит/с. Она может быть мультиплексирована для передачи данных и адреса. При этом существует вариант раздельного использования за счет дополнительной 4-битной шины адреса.
fido5000 не имеет встроенных Ethernet PHY. Это связано с тем, что различные протоколы предъявляют свои требования к физическому и канальному уровню. Поэтому для каждого из них будет свой оптимальный Ethernet PHY, например, для наиболее быстродействующих EtherCAT и PROFINET IRT компания Innovasic рекомендует использовать UPD60620AGK-0110GAK-SSA-AXPHY от Renesas.
fido5000 поддерживает два порта Ethernet PHY. Для связи с ними используются различные интерфейсы: RMII, MII или GMII.
В итоге одна и та же микросхема позволяет fido5000 создавать решения для различных интерфейсов с минимальными затратами времени. Дополнительно себе можно упростить жизнь за счет использования готовых интерфейсных модулей от Innovasic.
Модули представляют собой печатные платы со стандартными штыревыми разъемами 2.54 мм (Рис. 4). На них помещен чипсет fido5x00, порты Ethernet PHY, память. Модули предназначены для монтажа на материнскую плату с центральным процессором, при этом связь между fido5000 и процессором может быть организована не только по 16-битной шине, но и по UART.
 |
|
| Рис. 4. | Пример внешнего вида готовых интерфейсных модулей от Innovasic. |
Тип используемого чипсета fido5x00 зависит от версии модуля. Всего существует пять версий:
- RapID-NI V2007, RapID-NI V2107 с поддержкой PROFINET;
- RapID-NI V2009, RapID-NI V2109 с поддержкой EtherNet/IP Network Interface with DLR;
- RapID-NI V2006, RapID-NI V2106 с поддержкой Profibus;
- RapID-NI V2012, RapID-NI V2112 с поддержкой ModbusTCP;
- RapID-NI V2008, RapID-NI V2108 с поддержкой EtherCAT.
Для того чтобы максимально быстро ознакомиться с работой этих модульных решений, следует воспользоваться набором RapID-NIEKV0004.
 |
|
| Рис. 5. | Отладочный набор RapID-NIEKV0004. |
RapID-NIEKV0004 – отладочный набор, который включает в себя:
- базовую плату, на которую устанавливаются модули интерфейсов; сами модули в комплект набора не входят;
- блок питания;
- кабель Ethernet;
- кабель для последовательного интерфейса с внешним процессором;
- FLASH USB с документацией и примером универсального кода для внешнего пользовательского процессора.
Характеристики микросхемы fido5000:
- тип микросхемы: универсальный двухпортовый Eternet-коммутатор реального времени;
- поддерживаемые стандарты: PROFINET RT и IRT, EtherNet/ IP с/без DLR, ModbusTCP, SERCOS III, POWERLINK, EtherCAT;
- интерфейс с процессором: 32/16-битный с циклом передачи данных от 24 нс;
- порты Ethernet для связи с внешними PHY: RMII, MII или GMII;
- напряжение питания: 3.3 В;
- диапазон рабочих температур: -40…85 °C;
- корпусное исполнение: 324-выводной UBGA.
Состав отладочного набора RapID-NIEK V0004:
- базовая плата, на которую устанавливаются модули интерфейсов; сами модули в комплект набора не входят;
- блок питания;
- кабель Ethernet;
- кабель для последовательного интерфейса с внешним процессором;
- FLASH USB с документацией и примером универсального кода для внешнего пользовательского процессора.
Посмотреть подробнее характеристики микросхем Ethernet коммутатора fido500 от Innovasic
