摘要
本应用报告示出了 Sitara™ MCU+ 和 Sitara Arm® Cortex®-A 处理器产品系列中每款器件所支持的工业通信协议，以及可在何处以何种方式获取这些协议。
商标
Sitara™is a TM ofTI corporate name.
Arm® and Cortex®are reg TMs ofArm Limited (or its subsidiaries) in the US and/or elsewhere.
PROFINET® and IO-Link®are reg TMs ofPROFIBUS.
EtherCAT®is a reg TM ofBeckhoff Automation GmbH.
EtherNet/IP®is a reg TM ofODVA, INC.
HIPERFACE DSL®is a reg TM ofSICK STEGMANN GmbH.
BiSS®is a reg TM ofiC-Haus.
Other TMs
1 简介
工业通信通常由 Sitara 处理器和微控制器 (MCU) 中的可编程实时单元工业通信子系统 (PRU-ICSS) 进行处理。PRU-ICSS 是一个协处理器子系统，包含可编程实时 (PRU) 内核和以太网媒体访问控制器 (EMAC)，通过固件实现底层工业以太网和现场总线协议。协议栈的上层在 Arm 内核上运行的软件中实现的。该协议软件支持三种模式：TI 的完整协议栈、第三方协议栈，或客户可以使用自己的协议栈。
PRU 内核主要用于工业通信，也可用于其他应用，例如电机控制和自定义接口。PRU-ICSS 将器件中主要 Arm 内核释放用于其他功能，例如控制和数据处理。
本文档介绍由 TI 直接支持的认证工业协议。这些协议由 TI 提供，并已在评估板上得到验证和认证。对于生产，唯一的要求是使用启用协议栈的器件型号。MCU+ SDK 工业工具套件包含在 AM64x 和 AM243x 器件上运行的工业通信协议二进制版本，这些器件支持完整的协议栈，在器件型号中用 F（下划线和粗体）指示，例如 AM2432ASFGHAALXR。这也显示在器件专用数据表的字段 f 中，如图 1-1 所示。所有评估模块、入门套件和 LaunchPad 都使用启用协议栈的零件型号。
图 1-1 封装标记（位置 f 处的字母决定是否支持完整的协议栈）PRU-ICSS 足够灵活且功能强大，足以支持大多数工业通信协议。目前，Sitara 器件支持 100Mb 版本的协议。AM6x 和 AM243x 系列具有升级的 PRU-ICSS，支持千兆位速度和时间敏感型网络 (TSN) 特性。TI 一直在内部开展合作并与第三方合作伙伴合作，致力于扩大产品阵容，因此，如果本文档中未明确显示特定协议，请通过 E2E 与 TI 联系，或与您当地的 TI 销售代表联系。
图 1-2 使用集成工业通信协议栈的实现方案Sitara 通过第三方协议栈进一步支持 TI 固件支持的协议，以及第三方合作伙伴支持的几种其他协议。AM335x、AM437x 和 AM57x 系列支持此第三方模式。对于 AM64x 和 AM243x，除字母 C（位于位置 f）外，所有零件型号也都支持此第三方模式。有关支持 PRU-ICSS 工业通信的所有第三方的完整列表，请参阅处理器第三方搜索工具。
2 通信协议
2.1 PROFINET
Sitara AM64x 和 AM243x 系列目前支持 PROFINET® RT 和 IRT 器件。表 2-1 总结了支持的特性集。
| 特性 | 说明 | 相关一致性类别 | 支持 |
|---|---|---|---|
| 强制特性 CC-A | |||
| 实时循环 - 1 类 | 非同步实时循环协议 | CC-A、B、C | 是 |
| 实时非循环 | 实时非循环协议 | CC-A、B、C | 是 |
| 器件诊断/警报 | 诊断和维护警报 | CC-A、B、C | 是 |
| 器件标识 (I&M0) | 支持的强制性标识记录 | CC-A、B、C | 是 |
| 领域检测 | LLDP 协议 | CC-A、B、C | 是 |
| 通过 PROFINET 的端口相关网络状态 | PDEV 记录 | CC-A、B、C | 是 |
| 可选特性 CC-A | |||
|
扩展识别与维护 |
支持的扩展 I&M 记录 | CC-A、B、C | I&M1、2、3、4 |
| 共享输入 | 通过各种控制器对输入进行多重访问 | CC-A、B、C |
计划中 |
| 共享器件 | 将器件功能分配给各种控制器 | CC-A、B、C |
计划中 |
|
从机到从机通信 |
IO 器件之间的直接通信 |
CC-A、B、C |
否 |
| 强制特性 CC-B | |||
| 网络诊断 | SNMP 协议 | CC-B、C | 是 |
| 可选特性 CC-B | |||
| 通过 DCP、PDEV 分配名称 | 更换器件后器件自动寻址 | CC-B、C | 是 |
| 运行中的配置 (CiR) | 运行期间的配置更改 | CC-B、C |
计划中 |
| 时间同步 | I/O 数据的时间戳 | CC-B、C | 是 |
| 纤维光缆支持 | POF/HCS 的纤维光缆诊断 | CC-B、C |
否 |
| 快速启动 | 电压恢复后快速启动，用于切换操作 | CC-B |
计划中 |
| 介质冗余协议 | 通过环形冗余提高可用性 | CC-B |
计划中 |
| 系统冗余 （仅适用于 PA） |
带有两个 I/O 控制器的系统冗余 |
CC-B |
计划中 |
| 强制特性 CC-C | |||
| 具有 IRT 的 PROFINET | 更新率为 250us 或更高的带宽预留 | CC-C | 是 |
| 具有 IRT 的 PROFINET | 同步操作 | CC-C | 是 |
| 更新率低于 250us | CC-C |
否 |
|
| DFP | 适用于线路拓扑的优化 IRT 模式 | CC-C | 否 |
| 双向传输，MRPD | 通过协调冗余切换提高可用性 | CC-C | 否 |
2.2 EtherCAT
Sitara AM64x 和 AM243x 系列目前支持 EtherCAT® 从站。EtherCAT由ICSS-PRU 支持，其带有E或F的零件编号在完整零件型号的 f 位置上。MCU+ SDK 中的 EtherCAT 协议栈将在 F 零器件型号上运行。对于 E 零件型号，EtherCAT Group (ETG) 成员可免费使用 EtherCAT 从站协议栈，并可在其网站上找到该协议栈。表 2-2 总结了支持的特性集。
| 特性 | 说明 | 实现 |
|---|---|---|
| 分布式时钟 | 通过使用分布式时钟，EtherCAT 实时以太网协议能够在非常窄的容差范围内同步所有本地总线器件中的时间。 | 是 |
| 对象字典 | 可自由定义，仅受可用资源的限制 | 是 |
| CiA 402 | 此配置文件规范了伺服驱动器、变频器和步进电机的控制器的功能行为。 | 是 |
| 邮箱队列 | 邮箱服务将存储在队列中。可以并行处理邮箱服务。 | 是 |
| AoE | EtherCAT服务支持上的ADS。 | 否 |
| CoE | EtherCAT服务支持上的CANopen 。 | 是 |
| 完全访问支持 | 支持使用一个 SDO 服务访问对象的所有条目。 | 是 |
| 分段式 SDO 支持 | 支持分段式 SDO 服务。 | 是 |
| SDO 响应接口 | 如果无法立即生成 SDO 响应，则返回 ABORTIDX_WORKING。 | 是 |
| 诊断支持 | 支持诊断消息。 | 是 |
| 紧急支援 | 支持紧急消息。 | 是 |
| VoE | EtherCAT 服务支持上的厂商特定协议。 | 否 |
| SoE | EtherCAT服务支持上的Sercos。 | 是 |
| EoE | EtherCAT服务支持上的以太网。 | 是 |
| FoE | EtherCAT服务支持上的文件访问。 | 是 |
| OP 状态需要处理数据 | 从 SafeOP 转换到 OP 状态需要处理数据。 | 是 |
| 显式器件 ID | 处理显式器件 ID 请求。 | 否 |
| 错误计数器 | RX 无效帧计数器端口 0/1 | 是 |
| RX ERR 计数器端口 0/1 | 是 | |
| 转发的错误计数器端口 0/1 | 是 | |
| ECAT 处理单元错误计数器 | 是 | |
| 现场总线内存管理单元 (FMMU) | 通过内部地址映射将逻辑地址转换为物理地址 | 4 |
| 同步管理器 | 确保 EtherCAT 主器件与从器件的本地应用程序之间的数据交换一致且安全 | 4 |
| EtherCat 命令 | NOP、APRD、APWR、APRW、FPRD、FPWR、FPRW、BRD、BWR、BRW、LRD、LWR、LRW、ARMW 和 FRMW | 全部可支持 |
| 处理数据 | 最大输入 | 1024 字节 |
| 最大输出 | 1024 字节 | |
| 循环时间 | ||
| 循环时间 | 自由运行 | 31.25µs |
| 直流模式 | 100µs | |
| 分布式时钟 | 精度 | 64 位 |
| SYNC0 | 生成单发和循环模式支持 | |
| Sync1 | SYNC1循环时间是 SYNC0 循环时间的倍数 |
2.3 EtherNet/IP
Sitara AM64x 和 AM243x 系列目前支持 EtherNet/IP® 适配器。表 2-3 总结了支持的特性集。
| 特性 | 说明 | 实现 |
|---|---|---|
| EtherNet/IP 器件类别 | 适配器 | 是 |
| 扫描器 | 否 | |
|
器件配置文件 |
通用器件 |
是 |
| 器件配置 | EDS 文件 | 是 |
| 连接类型 | 专有权 | 是 |
| 仅输入 | 是 | |
| 仅侦听 | 是 | |
| 连接触发器类型 | 循环 | 是 (1ms) |
| 触发应用程序 | 否 | |
| 状态变化 | 是 | |
| 最大连接数 | 1 级 | 8 |
| 3 级 | 32 | |
| 显式消息 | 已连接 | 是 |
| 未连接 | 是 | |
| 标准对象 | 标识对象 (0x01) | 是 |
| 消息路由器对象 (0x02) | 是 | |
| 组合对象 (0x04) | 是 | |
| 连接管理器对象 (0x06) | 是 | |
| 器件级环形对象 (0x47) | 是 | |
| QoS 对象 (0x48) | 是 | |
| TCP/IP 接口对象 (0xF5) | 是 | |
| 以太网链路对象 (0xF6) | 是 | |
| 支持的基本数据类型 | BOOL | 是 |
| SINT | 是 | |
| INT | 是 | |
| DINT | 是 | |
| LINT | 是 | |
| USINT | 是 | |
| UINT | 是 | |
| UDINT | 是 | |
| ULINT | 是 | |
| REAL | 是 | |
| LREAL | 是 | |
| STRING | 是 | |
| BYTE | 是 | |
| WORD | 是 | |
| DWORD | 是 | |
| LWORD | 是 | |
| STRING2 | 是 | |
| SHORT_STRING | 是 | |
| EPATH | 是 | |
| 支持的构造数据类型 | 形式数组 | 是 |
| IP 寻址模式 | DHCP | 是 |
| BOOTP | 是 | |
| 静态 | 是 | |
| VLAN 标记 | IEEE802.1Q，3 位 PCP（8 级） | 是 |
| 交换机队列 | 8 | |
| 统计 | 每个接口都支持介质计数器（双端口交换机） | 是 |
| 每个接口都支持接口计数器 | 是 | |
| CIP 同步 (PTP/IEEE1588) | 支持驱动器配置文件：E2E 时钟 | 是 |
| UDP上的PTP | 是 | |
| 支持透明时钟 | 是 | |
| 支持普通时钟 | 是 | |
| 支持单步和两步时钟 | 是 | |
| 支持的网络特性 | 设备级环网技术 (DLR) - 基于信标 | 是 |
| 地址冲突检测 (ACD) | 是 | |
| 服务质量 (QoS) | 是 | |
| CIP重置服务 | 类型 0、1 和 2 的标识对象重置服务 | |
| 设备级环网技术 (DLR) | 基于信标 | 是 |
| 自配置 | 是 | |
| 最小信标间隔 | 200µs | |
| 最小信标超时 | 400µs | |
| 波特率 | 100Mbit/s | 是 |
| 10Mbit/s | 是 | |
| 双工模式 | 半双工 | 否 |
| 全双工 | 是 | |
| 自动协商 | 是 | |
| 符合性 | ODVA CT18 |
2.4 IO-Link
Sitara AM64x 和 AM243x 系列目前支持 IO-Link® 主站。
| 特性 | 说明 | 实现 |
|---|---|---|
| IO-Link 类型 | IO-Link 主站 | 是 |
| IO-Link 标准 | IO-Link 规格 IEC 61131-9 V1.1.2（向后兼容 V1.0） | 是 |
| IO-Link 规格 IEC 61131-9 V1.1.3 | 是（取决于是否批准） | |
| IODD V1.1 | 是 | |
| 通信类别 | Com1、Com2、Com3（4.8、38.4、230.4Kbit/s) | 是 |
| 电报类型 | 0、1、2.1、2.2、2.3、2.4、2.5 | 是 |
| 最大 IO-Link 通道数 | 8 | 是 |
| IO-Link 协议栈 | 硬件接口（BSP、硬件控制） | 是 |
| 消息处理程序 | 是 | |
| 应用层（请求数据对象、处理数据对象） | 是 | |
| 系统管理 | 是 | |
| 数据存储（主站） | 是 | |
| 通过 API 的标准主接口 | 是 | |
| 通过 UART 的标准主接口 | 是 | |
| 器件配置 | IO-Link 主站配置工具 | 是 |
