5g工业互联网发展管理平台项目库网址，ethercat总线与普通网线的区别
chanong
|在过去的二十年里，工业系统的通信方式发生了巨大的变化。这一变化意味着许多公司正在从基于现场总线的系统转向基于以太网的通信系统。基于以太网的工业通信发展势头迅猛，预计将继续加速，根据分析机构MarketsandMarkets的最新研究，工业以太网的整体市场份额将从2020年的92亿美元增至137美元。增长至10 亿美元。研究发现，这一时期的年平均增长率为7.3%。
工业以太网在相对较短的时间内获得如此大的市场份额并不奇怪。尽管基于现场总线的系统正在不断改进，但它们仍然存在一些缺点。尽管此类系统非常适合简单的控制功能，但随着越来越多的制造商致力于工业4.0 战略，这些缺点变得难以克服。最明显的缺点是速度，特别是对于需要高度复杂和精确控制的应用，例如机器人。
基于以太网的实施是显而易见的选择。以太网可以轻松提供足够的带宽来处理大多数工业用例，包括最苛刻的工业4.0 应用。它是业内知名标准，性价比高，在全球范围内广泛使用。该标准非常灵活，适用于各种应用，尤其适合将传统现场总线分支轻松且经济高效地集成到以太网主干中。在实施和维护方面，不乏使用和了解以太网技术的工程师。工业4.0要求工业运营和IT之间建立可靠的连接，因此使用基于相同标准的通信系统非常实用。然而，以太网在IT系统中的采用尚不确定，而它是控制系统中最重要的要求之一。
为了满足这一要求，许多制造商和组织已经开始开发适合工业应用的基于以太网的标准。这些新标准中最常用的是以太网TSN、以太网/IP、PROFINET 和EtherCAT。从最初开发的角度来看，这些协议和其他小规模或专有系统都有其应用的独特地理或技术场景。
所有协议都有其优点和缺点。它采用了IT 中通常使用的以太网概念，并对其进行了相应的调整以提供实时操作。工业以太网的一种类型EtherCAT（控制自动化技术以太网）的实现方式略有不同，保留标准以太网物理层并在其之上构建新的确定性协议。该协议使用主机控制器，它是唯一可以创建EtherCAT 帧的设备。帧始终具有相同的长度，并且网络上的每个设备节点都有一个专用的帧可寻址区域。当帧通过网络时，每个节点都会选择控制数据并在其通过时丢弃分配空间中的响应信息。帧延迟小于硬件传输延迟，最大有效线速约为100 Mbps。数据速率。
在其他工业以太网实施中，帧检查、CRC 检查和协议栈遍历可能需要数百微秒。 EtherCAT 旨在在短短125 s 内完成整个过程。更高的速度提高了系统响应能力，使整体控制应用更加高效和安全。 EtherCAT设备节点也比其他工业以太网实现简单得多，只需要在合适的微控制器上运行协议栈代码（SSC），进一步降低了系统复杂性和成本。
然而，EtherCAT 应用并不是最容易实现的。对于设计人员来说，最困难的�**锹阒芷谑奔湟蟆Ｐ矶嘀圃焐蹋绕涫鞘褂玫缍闹圃焐蹋Ｍ迪置棵�8,000 个周期（或125 s 周期时间）的控制算法。尽管使用EtherCAT 系统很容易实现这个数字，但在实践中却很困难，并且通常需要在软件创建和优化方面付出巨大努力。此外，这种方法也非常昂贵，将现成的DIN 导轨EtherCAT 控制器放置在电机控制器旁边可能会花费数百美元。然而，定制设计的成本却要高出10 倍。
新的解决方案
自2012 年以来，Microchip 一直专注于发展EtherCAT 市场，并于2015 年推出了首款EtherCAT 设备控制器(ESC) LAN9252。尽管Microchip进入该市场已被证明是成功的，但它也收集了市场上存在的痛点的反馈。此外，Microchip 发现用户需要一种简单的方法来满足周期时间和功能集要求、根据实施增加价值，并更深入地了解EtherCAT 的工作原理。
这一反馈促使Microchip 开发了第二代ESC 解决方案，并于2020 年9 月推出。 LAN9253 和LAN9254 器件是3 端口ESC，具有全双工100BASE-TX 收发器和支持100 Mbps 操作的双集成以太网PHY。
Microchip 使用新型ESC 所做的最重要的改进是设计定制，使设计人员能够以最少的软件优化来满足周期时间目标。此外，新器件通过减少设计时间和所需的BoM 来简化EtherCAT 节点的实施。传统的EtherCAT 实现使用ESC、微控制器和EEPROM，其中EEPROM 托管ESC 的配置。 Microchip 开发了可以有效模拟EEPROM 的技术。 ESC 使用函数调用直接从主机微控制器获取指令，而不影响性能，因此不需要物理EEPROM。
新IC 旨在减少计时所需的晶体数量。许多工业设计将多轴控制器用于机器人等应用。这些设计可能需要多达六个不同的控制器电路来操作多轴机械臂。以前，每个电路都需要相应的晶体来计时。新IC采用了一种方法，可以使用单个晶体精确地再现六电路时钟系统和抖动衰减器，从而无需额外增加五个晶体，有助于进一步降低系统成本。
这两款器件还提供了额外的功能，可简化EtherCAT 系统的实施和操作。 EtherCAT 协议设计为不在物理层执行诊断，因此用户仅在出现CRC 错误或电缆老化等问题时才会注意到故障。该微芯片旨在持续监控电缆的状况，使用户能够在故障引起问题之前检测到故障。这是工业4.0 的一个关键原则。
LAN9253 采用QFN 封装，该封装尽可能地反映LAN9252 封装的引脚排列，使客户能够以最少的重新设计来利用设计改进。 LAN9254 有16 个额外的I/O 引脚，允许ESC 作为简单的控制器运行，而不需要微控制器。由于设备节点使用的帧面积和传播延迟已知，因此ESC 中的位可以映射到帧和32 个I/O 线路偏移，以允许现场设备直接连接到EtherCAT 网络。
许多客户要求我们添加控制器以提供一体化ESC 解决方案。今年，Microchip 推出了添加了Cortex-M4F 微控制器的LAN9255。 MCU 的速度足以满足EtherCAT 要求，并且还可以用作控制系统中的应用处理器。该处理器的浮点单元有助于处理更复杂的算法，例如电机控制所需的算法。此外，我们还添加了对SNMP 版本3 代码的以太网套接字支持，使设计人员在将操作技术连接到IT 系统时具有更大的灵活性。
结论是
Microchip的LAN9253和LAN9254通过简化软件优化流程和增加分析网络的能力，简化了EtherCAT节点的实施和维护，同时消除了对支持组件的需求，缩短了耗时并降低了成本。新型LAN9255 IC 消除了对外部主机控制器的需求，并为开发人员提供了单一封装中的EtherCAT 节点和现场控制解决方案，从而进一步推动了这一趋势。通过利用Microchip MPLAB
本文中描述的所有器件目前均已投入生产，并由Microchip 设计验证服务提供支持。
图1. 显示Microchip 产品运行情况的典型EtherCAT 系统。
图2. LAN9255 评估板(EVB-LAN9255) 允许工程师使用集成Cortex M4F 微控制器和EtherCAT 设备控制器进行开发。