備，同時(shí)適應(yīng) Ethernet POWERLINK 和 EtherCAT，那么，您需要：1)設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)，并維持兩組驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì);或者 2)包括 ASSP 以支持多種協(xié)議 —— 希望協(xié)議不會(huì)變化;或者 3)使用可編程平臺(tái)表 1 列出了流行于全世界的某些競(jìng)爭(zhēng)以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)。

表 1. 基于底層現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)協(xié)議的競(jìng)爭(zhēng)以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)

過(guò)去，當(dāng)工業(yè)以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)使用標(biāo)準(zhǔn) MAC/ 交換時(shí)，很容易采用微處理器單元 (MPU) 進(jìn)行通信。如果您需要支持新標(biāo)準(zhǔn)，您只需要交換協(xié)議棧 ( 軟件 )。但是，正如前面所討論的，很多新標(biāo)準(zhǔn)需要特殊的 MAC 實(shí)現(xiàn)。很顯然，應(yīng)對(duì)這些新標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，在標(biāo)準(zhǔn) MPU 上采用標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng) MAC 和交換機(jī)對(duì)通信協(xié)議進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理是不夠的。

某些 MPU 供應(yīng)商開(kāi)發(fā)了新方法，例如開(kāi)發(fā)專(zhuān)用嵌入式處理器使用的定制微代碼，用于仿真非標(biāo)準(zhǔn) MAC。但這些是很深?yuàn)W的方法，可能會(huì)有不知道的缺陷。需要特殊 MAC 實(shí)現(xiàn)的協(xié)議通常采用定制硬件方法，取決于產(chǎn)量以及要求的價(jià)格點(diǎn)而使用 ASIC 或者 FPGA。

此外，MAC 設(shè)計(jì)總是有可能隨著標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展而改變。為保證您的設(shè)計(jì)今后不會(huì)過(guò)時(shí)，采用可編程方法是最安全的。

向千兆以太網(wǎng)的發(fā)展

另一考慮是今后向千兆以太網(wǎng)發(fā)展。由于幾乎所有的 FPGA 都支持千兆以太網(wǎng)，即使標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)始向高于 1 Gbps 速率發(fā)展，經(jīng)過(guò)深思熟慮的系統(tǒng)設(shè)計(jì)也需要新的 FPGA 編程文件來(lái)支持這類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展。在可編程架構(gòu)中以深度嵌入的功能來(lái)實(shí)現(xiàn)工業(yè)以太網(wǎng)使您不僅能夠以相同的硬件靈活的支持多種協(xié)議，而且還受益于高度集成的設(shè)計(jì)：功耗、成本和外形封裝。

未來(lái)是芯片驅(qū)動(dòng)

與基于 ASIC、ASSP、MCU 和 DSP 器件的傳統(tǒng)驅(qū)動(dòng)技術(shù)不同，基于一個(gè) Altera® Cyclone® V FPGA 等單片 FPGA 平臺(tái)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)提供了可擴(kuò)展平臺(tái)，滿(mǎn)足了各種驅(qū)動(dòng)需求，如圖 4 所示。

圖 4. 芯片驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)降低了 BOM 成本，減小了外形

Altera FPGA 支持您采用多種處理器體系結(jié)構(gòu)，例如，Nios® II 嵌入式軟核處理器，或者功能更強(qiáng)大的雙核 ARM® CortexTM-A9 MPCoreTM 硬核處理器。采用最新的工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議、數(shù)字編碼器接口、浮點(diǎn)算法以及器件增強(qiáng)功能，例如，存儲(chǔ)器控制器、精度可調(diào) DSP 模塊和收發(fā)器以及基于 FPGA 的電機(jī)控制系統(tǒng)，支持多種操作系統(tǒng)，使您能夠集成傳統(tǒng)的 FPGA 功能和驅(qū)動(dòng)控制環(huán)以及通信協(xié)議功能。采用單芯片實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的這些數(shù)字功能，因此，工業(yè)以太網(wǎng)成為集成到 FPGA 中眾多的功能模塊中的一個(gè)。

簡(jiǎn)化工業(yè)以太網(wǎng)許可和設(shè)計(jì)

讓我們從系統(tǒng)規(guī)劃人員設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)模塊的角度了解一下某些難點(diǎn)：

(1)系統(tǒng)必須能夠采用多種工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議重新編程，這樣，系統(tǒng)可以采用任何可編程邏輯控制器 (PLC) 進(jìn)行工作。

(2)OEM 需要使用多種經(jīng)過(guò)硬件測(cè)試的工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議。由于產(chǎn)品面市和預(yù)算壓縮了所有時(shí)間，因此，不可能與每一協(xié)議供應(yīng)商分別進(jìn)行協(xié)商。

(3)不同的驅(qū)動(dòng)模塊支持不同的特性，有不同的價(jià)格，因此，非常重要的是協(xié)議知識(shí)產(chǎn)權(quán) (IP) 能夠適用于多種 FPGA。

為解決這些難題，設(shè)計(jì)人員需要向 OEM 提供大部分從機(jī)工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議，而且沒(méi)有前端許可，沒(méi)有單獨(dú)的版稅。這類(lèi)解決方案是由 Altera 和 Softing 工業(yè)自動(dòng)化有限公司提供的，這是一家制造和過(guò)程自動(dòng)化工業(yè)通信產(chǎn)品和技術(shù)前沿供應(yīng)商。采用 Altera 和Softing 解決方案，您能夠使用圖 5 顯示的所有協(xié)議，不需要許可協(xié)商，沒(méi)有前端許可成本，也不需要單獨(dú)的單片版稅。相反，通過(guò)四個(gè)快捷步驟提供解決方案：

(1)選擇要實(shí)現(xiàn)的工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議 —— 甚至選擇一個(gè)以上。

(2)從 Softing 下載定制從機(jī)協(xié)議 IP 和軟件堆棧，適用于所有 Altera Cyclone 系列FPGA。

(3)在 Quartus® 軟件和硬件 ( 開(kāi)發(fā)套件 ) 中評(píng)估您自己設(shè)計(jì)中的 IP。

(4)從 Altera 購(gòu)買(mǎi)特殊安全 CPLD，在產(chǎn)品中實(shí)現(xiàn)任何所選擇的協(xié)議。

圖 5. 使用 Altera FPGA 和 Softing IP 支持您設(shè)計(jì)大部分從機(jī)工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議，具有完整的 “ 無(wú)困難 ” 許可

協(xié)議 IP 的結(jié)構(gòu)

讓我們看一下協(xié)議 IP 的結(jié)構(gòu)，您可以下載它來(lái)實(shí)現(xiàn)您需要的工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議。工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議 IP 有邏輯組件和軟件 ( 堆棧 ) 組件。邏輯組件為各種協(xié)議實(shí)現(xiàn)所需的硬件模塊，例如，PROFINET 和 EtherNet/IP 交換模塊，以及 POWERLINK 集線(xiàn)器，等。以 “ 黑盒 IP” 的形式提供 IP，意味著，不提供內(nèi)部源 RTL。必須通過(guò)定義好的有記錄的接口來(lái)使用這一 IP。

軟件組件包括運(yùn)行在免費(fèi)操作系統(tǒng) (OS) 中的協(xié)議棧，例如，eCOS，