工業以太網在工廠自動化和過程自動化、電網基礎設施和樓宇自動化產品中對基于串行的現場總線扮演極其重要的角色。工業以太網將可編程邏輯控制器（PLC）與現場安裝的傳感器和執行器、輸入輸出模塊和總線耦合器和驅動器相連。

不幸的是，產品制造商還未達成一致的通用的工業以太網標準；相反，所處領域也是零散的，工廠部署的標準超過30種。許多領先的制造商已經定義了一個特定的工業以太網標準，以滿足他們的需求，往往來源于他們現有的其中一種基于串行的現場總線。

大多數工業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（MCU）或微處理器單元（MPU）和一個獨立的工業以太網設備、媒體訪問控制器（MAC）。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，大多數工業以太網標準需要應用專用的集成電路（ASIC）或現場可編程門陣列（FPGA）來處理實時以太網幀處理。

圖1：添加工業以太網的傳統方式

將其中一個工業以太網標準添加到一種產品，然后通過認證機構認證通信接口具有挑戰性。但是，多數制造商將需要支持多種工業以太網協議，以將他們的設備出售給使用不同標準的多個終端客戶。構建一種具有兩個、三個或更多的工業以太網標準的產品為產品開發增加了額外的復雜性。一個可能的解決方案是將多個以太網標準添加到一個產品以為各個工業以太網標準創建單獨的印刷電路板（PCB）模塊。您一次可將其中一個模塊插入到主板。然而，總是需要更改硬件來交換協議。這使得產品在處理物料清單（BOM）變得更加復雜，并需要多個PCB模組生產，以及獲得多芯片解決方案。

為了解決這一難題，我建議您查看TI的Sitara?ARM處理器。這些應用處理器具有一個集成可編程實時單元和工業通信子系統（PRU-ICSS），其能夠讀懂多協議工業以太網。讓我們回顧一下這一解決方案的關鍵區別和優勢。

PRU是一個可編程實時內核。它在設備運行時加載工業以太網協議固件。有可用的PRU-ICSS協議固件版本用于EtherCAT、PROFINET、SERCOS III、EtherNet / IP和以太網Powerlink。協議固件執行實時關鍵任務，如即時或直通幀處理。注意，這些是我先前提及的在ASIC或FPGA中操作的實時關鍵任務，但現在可通過PRU-ICSS（見圖2）處理。

圖2：TI將多協議工業以太網集成到Sitara處理器

PRU-ICSS，與可擴展性和強大的ARM內核一起（Cortex-A8，A9或A15，取決于不同的Sitara處理器系列）可讓您構建工廠自動化中產品的單芯片解決方案，然后其可通過靈活的PRU-ICSS固件交換在多工業以太網標準中進行表達。PRU-ICSS解決了軟件多協議支持問題（在PRU-ICSS中為可編程的解決方案），而非像多個ASIC或FPGA的硬件問題。基于軟件的解決方案有許多優點，包括發布新協議標準以添加新功能或全新協議時進行升級的能力。

除了這些優點和處理實時臨界工業以太網處理任務的能力外，PRU-ICSS也能夠：

無需外部ASIC和FPGA需求。

減少BOM和PCB空間，從而降低成本。

通過內部的高速內存總線接口可實現ARM處理器之間快速的I / O數據交換。

PRU-ICSS固件在設備運行時可交換。圖3所示為工廠自動化中最常見的五個工業以太網標準，它們都獲得TI固件的支持用于Sitara設備。

圖3：多協議演示設置 - TMDSICE3359AM335x處理器的開發平臺可表達前五個工業以太網標準

審核編輯：郭婷