イーサネットはオフィス環境で広く採用されています。産業環境の要件を考慮して、工場自動化のネットワーク環境構築を加速し、インダストリー4.0の実装を促進するために産業用イーサネットが登場しました。この記事では、産業用イーサネットの開発と、ADIが産業用イーサネット向けに提供したソリューションについて簡単に紹介します。
産業用イーサネットを実装するためのアプリケーション層プロトコルを開発する
数十年にわたり、標準のIEEE 802.3イーサネットは、ワークステーション、ネットワーク スイッチ、モデム、ルーター、および民生用電子機器 (PCやMacなど) の標準ネットワーク構成として機能してきました。しかし、実際には産業オートメーション向けに設計されたことはありません。たとえば、当初はCSMA/CDメディア アクセス制御方式に依存しており、ネットワーク トラフィックの処理に最大限努め、同じ回線を使用してさまざまなタイプのトラフィックを転送していたため、ノイズが比較的大きく、全体的に決定論性に欠けるなどの欠陥が生じていました。これらの欠陥により、イーサネットは、自動化および制御システムのデジタル フィールドバスに導入される代替ソリューションになることが困難でした。
上記の問題を解決する方法は、PROFINET®、EtherNet/IP®、EtherCAT® などのイーサネットアプリケーション層プロトコルや、イーサネットネットワーク上で動作するその他のプロトコルを開発することです。一方、独自の特別なメカニズムを使用することで、時間に敏感なデータの決定論を保証できます。一部のプロトコル (PROFINETを含む) は標準のTCP/IPスタックと完全に互換性があり、それとともにリアルタイム チャネルをサポートできます。
EtherNet/IPなどのプロトコルを実装しながら、一般的なスイッチやその他の標準的なイーサネットインフラストラクチャを使用できるため、設備コストの抑制に貢献します。EtherCATは、単一ノードのターゲット設定を排除し、帯域幅を最大限に活用するパススルー読み取り (またはオンザフライ処理) の原理を導入します。
産業用イーサネットの重点は、モーション制御や安全性などの要求の厳しいアプリケーションに確定性を提供することです。これらのアプリケーションは、イーサネット ソリューションによってもたらされる信頼性と追加の帯域幅の恩恵を受けることができます。通常のTCP/IPスタックでは、サイクル時間は通常100ミリ秒以上ですが、産業用イーサネットのメリットを享受するアプリケーションのサイクル時間はこのしきい値をはるかに下回り、1ミリ秒未満になることもあります。
通信インフラストラクチャは工場のネットワーク化のバックボーンであり、インダストリー4.0への道のりで多くの重要な機会をもたらします。従来のフィールドバスから産業用イーサネットへのネットワークの移行に伴い、設計および実装の段階でさまざまな課題が生じます。さまざまなプロトコルをサポートし、将来を見据えた堅牢でスケーラブルな産業用イーサネット ソリューションを開発するのは、時間のかかる作業です。データの統合、同期、相互運用性を保証するシステムを拡張するには、スキルセットと知識ベースに基づく必要があります。
ADIはChronous™ 産業用イーサネット接続ソリューションを提供します
ADIは、顧客による産業用イーサネット製品の開発を加速するために、インダストリー4.0の実装を加速するために特別に設計された、エッジからエンタープライズまでのイーサネット接続ソリューションのChronous™ 主要ポートフォリオ シリーズ を発表しました。ADI Chronous™ 産業用イーサネット製品スイートには、現実世界を工場ネットワーク、そしてクラウドに接続することを目的としたテクノロジー、ソリューション、ソフトウェア、セキュリティ機能が含まれています。
ADI Chronous™ 製品ミックスは、マルチポート数、低消費電力、柔軟性を備えた帯域幅を提供する、スケーラブルで柔軟なシステム開発をサポートすることを目的としています。ADI Chronousソリューションは、要求の厳しい時間重視の環境に適用され、時間に敏感なネットワークの実装への扉を開きます。これらのソリューションには、リアルタイム イーサネット スイッチ、物理層 (PHY) トランシーバー、プロトコル処理から完全なネットワーク インターフェイス製品まで、一連の高度な産業用イーサネット テクノロジも含まれています。この記事ではまず、ADIが発売した2種類の産業用イーサネットPHYトランシーバー、ADIN1300とADIN1200について紹介します。
ADIN1300は、低消費電力、低レイテンシを特徴とするシングルポートのギガビット イーサネット トランシーバーの一種であり、ADIN1200は10 Mbpsおよび100 Mbpsをサポートするイーサネット トランシーバーです。どちらの設計も、高エネルギー効率イーサネット（EEE）PHYコアと、関連するすべての共通アナログ回路、入力および出力クロックバッファを統合しています。 ing、管理リセット、クロック制御、およびピン構成を実装するための管理インターフェイス、サブシステム レジスタ、MACインターフェイス、および制御ロジック。ADIN1300は、コンパクトな6 mm × 6 mm、40リード フレーム チップ スケール パッケージ (LFCSP) を採用しています。3.3 V MACインターフェイス電源を使用する場合、このデバイスは少なくとも2つの電源 (0.9 Vと3.3 V) を使用できます。ADIN1200は、5 mm × 5 mm、32リード フレーム チップ スケール パッケージ (LFCSP) を採用しており、3.3 V MACインターフェース電源を使用し、3.3 V単一電源を採用しています。
システム レベルの設計柔軟性を最大限に高めるために、両製品とも単一のVDDIO電源を使用して、管理データ入出力 (MDIO) とMACインターフェイス電源電圧を設定できます。この電源電圧は、ADIN1300/ADIN1200上の他の回路から独立しており、1.8 V、2.5 V、または3.3 Vでの動作が可能です。電源投入中、ADIN1300/ADIN1200は、各電源が最小上昇しきい値を超えるまでハードウェア リセット モードを維持します 。電源を監視することで、1つまたは複数の電源電圧が最小低下しきい値よりも低いかどうかを検出し、電源が回復してパワーオン リセット (POR) 回路の要件を満たすまでデバイスをハードウェア リセット モードに維持し、パワーダウン保護を提供できます。
ADIN1300/ADIN1200のMII管理インターフェース (MDIOインターフェースとも呼ばれます) は、PHYコア管理レジスタ内の制御情報とステータス情報にアクセスするために、ホスト プロセッサ内またはMACとADIN1300/ADIN1200間の2線式システム シリアル インターフェースを提供します。このインターフェースは、IEEE 802.3標準の第22条および第45条の管理フレーム構造と互換性があります。 ADIN1300はギガビット速度で150メートルのケーブルをサポートし、ADIN1300/ADIN1200は100 Mbpsまたは10 Mbpsの速度で動作しながら180メートルのケーブルをサポートします。
ADIN1300は10BASE-Te/100BASE-TX/1000BASE-T IEEE® 802.3™ に準拠しており、ADIN1200は10BASE-Te/100BASE-TX IEEE® 802.3™ に準拠しています。どちらもMII、RMII、およびRGMII MACインターフェイスを備えています。ADIN1300の1000BASE-T RGMIIの送信レイテンシは68 ns未満、受信レイテンシは226 ns未満です。100BASE-TX MIIの送信遅延は52 ns未満、受信遅延は248 ns未満です。ADIN1200の100BASE-TX RGMIIの送信遅延は124 ns未満、受信遅延は250 ns未満です。100BASE-TX MIIの送信遅延は52 ns未満、受信遅延は248 ns未満です。
ADIN1300/ADIN1200は複数のEMCテスト規格に準拠しており、マルチレベル ピン ストラッピング非管理構成を採用しています。EEEはIEEE 802.3az標準に準拠しており、データ パッケージの初期テストではIEEE 1588タイムスタンプがサポートされ、強化されたリンク検出、構成可能なLED、水晶周波数/25 MHzクロック入力周波数 (RMIIの場合は50 MHz) がサポートされるほか、25 MHz/125 MHz同期クロック出力も提供されます。
ADIN1300/ADIN1200は、LFCSP小型パッケージと -40 ～ +105の広い温度範囲を採用しています。ADIN1300は330 mW (1000BASE-T) および140 mW (100BASE-TX) と低消費電力ですが、ADIN1200は139 mW (100BASE-TX) と低消費電力です。どちらも、3.3 V/2.5 V/1.8 V MACインターフェイスとVDDIO電源電圧、および統合された電源監視とPORをサポートします。
ADIは、ADIN1300に適合するEVAL-ADIN1300FMCZ評価キットと、ADIN1200に適合するEVAL-ADIN1200FMCZ評価キットも発売しており、ADIN1300/ADIN1200の主要特性を簡単に評価できます。どちらの評価キットも単一の外部5V電源を使用し、すべてのチップの電力はこの5V電源レールによって調整されます。
両方の評価キットは、P3フィールドプログラマブルゲートアレイ (FPGA) と、マスターFPGAシステムに接続してMACインターフェイスとMDIO制御を実行するために使用されるフレキシブルメザニンコネクタ (FMC)、MIIインターフェイス、MDIO信号、ステータス信号に使用されるFMCコネクタ、および単一の外部5V電源を使用して操作可能な表面実装構成抵抗器とダイヤルスイッチを提供できます。
