根據(jù)HMS發(fā)布2017年工業(yè)網絡市場份額報告顯示，工業(yè)以太網的增長速度比往年更快，增長率為22%。工業(yè)以太網現(xiàn)在占全球市場的46%，而去年為38%。在具體的通信中， EtherNet / IP和PROFINET份額最大，其中PROFINET主要市場在中歐，EtherNet / IP在北美占主導地位，緊跟其后的是EtherCAT、Modbus-TCP和Ethernet POWERLINK。

眾多以太網協(xié)議共存帶來的困局

制造商期望在系統(tǒng)范圍內實現(xiàn)越來越多的自動化流程，因而必須考慮到IT系統(tǒng)對于開放數(shù)據(jù)訪問的需求，以及工業(yè)控制系統(tǒng)的實時要求。工業(yè)以太網系統(tǒng)需要高確定性和可靠性。在許多工廠自動化應用中，由于以太網具有更高帶寬且能夠與企業(yè)網絡鏈接，它已替代傳統(tǒng)的串行“現(xiàn)場總線”連接，但是以太網本身不具備現(xiàn)場總線系統(tǒng)的確定性響應。

為克服這一限制，各主要工業(yè)OEM制定自己的以太網協(xié)議，自此成為廣泛使用的開放式標準：PROFINET、以太網/IP、EtherCAT、ModbusTCP和其他幾種標準。其中一些協(xié)議與標準的TCP/IP以太網網絡完全兼容，其他協(xié)議已修改數(shù)據(jù)鏈路、網絡和/或傳輸層(OSI模型中的2-4層)以實現(xiàn)確定性性能。

不幸的是，產品制造商還未達成一致的通用的工業(yè)以太網標準；相反，所處領域也是零散的，工廠部署的標準超過30種。雖然這些協(xié)議可與標準以太網共存，但它們不能以確定的方式實現(xiàn)彼此互操作。許多領先的制造商已經定義了一個特定的工業(yè)以太網標準，以滿足他們的需求，往往來源于他們現(xiàn)有的其中一種基于串行的現(xiàn)場總線。

大多數(shù)工業(yè)以太網標準需要一個單獨的設備解決方案。圖1描述了一種解決方案，其中包括微控制器單元或微處理器單元和一個獨立的工業(yè)以太網設備、媒體訪問控制器。該MAC支持實時以太網幀處理，這在技術上稱為“即時”或“直通”幀處理。因此，大多數(shù)工業(yè)以太網標準需要應用專用的集成電路或FPGA來處理實時以太網幀處理。

讓雙以太網端口成為工業(yè)器件的標配

工業(yè)網絡具有其獨特要求，例如可靠的數(shù)據(jù)傳輸和數(shù)據(jù)的時間同步，這些要求需要針對不同的應用采取不同的網絡協(xié)議，從而帶來多協(xié)議傳輸如何破解的挑戰(zhàn)。ADI公司推出的fido5000 REM交換芯片(有fido5100和fido5200兩種型號)作為一種產品解決方案嘗試解決多種以太網協(xié)議，其中fido5100支持除EtherCAT以外的各種主要工業(yè)以太網協(xié)議，而fido5200支持包括EtherCAT在內的各種主要工業(yè)以太網協(xié)議。

fido5200支持包括EtherCAT在內的各種主要工業(yè)以太網協(xié)議

ADI公司的fido5000是一款具有兩個以太網端口的實時以太網、多協(xié)議 (REM) 交換芯片。該產品的推出讓兩個端口成為如今工業(yè)器件的標配，而未來的工業(yè)4.0應用必須支持各種常見的網絡拓撲，如線狀和環(huán)狀拓撲以及星形拓撲。另外，它可以連接任何主機處理器，這讓開發(fā)人員可以使用自己的處理器和他們首選的開發(fā)環(huán)境。下圖顯示了fido5000的所有這些可能性和功能。

fido5000這些功能克服以太網多協(xié)議挑戰(zhàn)

REM芯片和處理器之間通過內存總線進行通信，以實現(xiàn)高性能、低延遲/低抖動的工業(yè)以太網。內存總線還提供了采用PriorityChannel？技術的主控接口。ADI公司采用軟硬件協(xié)同設計開發(fā)了這一過濾技術。它確保來自以太網的關鍵數(shù)據(jù)得到及時處理，而不受協(xié)議和網絡利用率的影響，因此避免了非時間關鍵型數(shù)據(jù)流量的干擾。這意味著，來自實時通道的數(shù)據(jù)會優(yōu)先于普通網絡數(shù)據(jù)得到處理。下圖顯示的就是PriorityChannel技術，圖中有四個隊列，可以在處理實時數(shù)據(jù)時進行微調。

ADI PriorityChannel技術的概念

支持定時器控制和時間敏感型網絡，為工業(yè)4.0功能備份

除了交換功能之外，fido5000還具有強大的定時器控制單元。定時器控制單元設計用于實現(xiàn)各種工業(yè)以太網協(xié)議的同步機制。通過四個專用輸出或四個通用輸入/輸出，可以實現(xiàn)輸入捕捉等其他功能，也可以輸出任何方波信號。這些端口均直接與同步時間同相。例如，它能以64位分辨率對四個輸入端中任何一處的邊沿到達加蓋時間戳。在輸出端，任何數(shù)字信號模式都可以與網絡時間同步輸出。這意味著可以將用戶的應用與網絡時間同步，周期時間甚至低至不到31.25 -s。

但fido5000的功能還不僅限于此，該芯片已經為即將到來的工業(yè)4.0做好了準備！fido5000支持時間敏感型網絡。未來基于時間敏感型網絡的工業(yè)以太網應用的需求將能夠滿足運動控制或安全等應用非?？量痰膶崟r要求。

時間敏感型網絡是由IEEE 802.1工作組定義的一組標準。它兼容現(xiàn)有的標準以太網技術。實際上，時間敏感型網絡定義了交換式以太網網絡中用于時間控制數(shù)據(jù)路由的第一個IEEE標準。因此，IEEE 802系列標準中的確定性實時通信可以通過為幾個網絡組件上消息路徑生成的公共時基和時間表來實現(xiàn)。

除了單芯片fido5000，ADI同時還提供基于fido5000電路板級完整解決方案的RapID平臺。RapID平臺實現(xiàn)了所有常見的工業(yè)以太網協(xié)議，可輕松集成到非以太網現(xiàn)場設備中。這使得現(xiàn)場設備能夠滿足工業(yè)4.0應用的要求。常見工業(yè)以太網協(xié)議的實現(xiàn)均已經過預先認證。RapID平臺另一個有趣的功能是動態(tài)集成的Web服務器。通過此功能，它允許用戶很方便得讀取和修改網絡參數(shù)，輸入及輸出數(shù)據(jù)。

fido5000 REM交換芯片和RapID平臺已經為基于當前工業(yè)以太網標準和未來時間敏感型網絡標準的時間關鍵型應用提供了良好的前提條件。

基于fido5000的RapID平臺可用于評估套件中。

fido5000 REM交換芯片和RapID平臺已經為基于當前工業(yè)以太網標準和未來TSN標準的時間關鍵型應用提供了最佳的前提條件。