ZHCAEJ9 October   2024 AM2434

 

  1.   1
  2.   摘要
  3.   商标
  4. 1简介
    1. 1.1 工厂中的实时通信
    2. 1.2 工业协议
    3. 1.3 串行和基于以太网的通信协议
  5. 2工业协议
    1. 2.1 基于以太网的通信协议
    2. 2.2 网络拓扑
    3. 2.3 OSI 层模型
    4. 2.4 工业以太网系统方框图
      1. 2.4.1 两端口器件
      2. 2.4.2 单端口控制器
    5. 2.5 以太网物理层 (PHY)
    6. 2.6 媒体访问控制 (MAC)
      1. 2.6.1 器件 MAC
      2. 2.6.2 控制器 MAC
    7. 2.7 工业协议栈
    8. 2.8 工业通信软件开发套件 (SDK)
    9. 2.9 使用 AM243x 处理器的 EtherCAT 器件示例
  6. 3结语

2.5 以太网物理层 (PHY)

工业以太网协议可以使用 10BASE-T、100BASE-TX 和 1000BASE-T，其中大多数协议目前使用 100BASE-TX。对于 10BASE-T 和 100BASE-TX，以太网布线采用 2 根双绞线，对于 1000BASE-T 则采用 4 根双绞线。电缆对上发送的以太网数据为全双工传输，这意味着 PHY 可以同时接收和发送数据。这些以太网标准要求两个现场器件之间的电缆长度为 100m。如果需要更长的电缆，则必须将以太网集线器或以太网交换机插入以太网线路。

对于 10/100Mbps，如图 2-6 所示，使用两对以太网电缆：一对用于发送，另一对用于接收。

PHY 100mbit图 2-6 PHY 100mbit

对于 1000Mbps，使用四对以太网电缆。在图 2-7 中，PHY 在全部四对电缆上同时发送和接收数据。

PHY 1gbit图 2-7 PHY 1gbit

数据传输带宽取决于已建立的链路速度，为 10Mbps、100Mbps 或 1000Mbps。符合这些 IEEE 标准的以太网 PHY 支持多速传输。这意味着 10/100Mbit PHY 支持 10Mbps 和 100Mbps 两种速度，而 10/100/1000Mbit PHY 还支持 1000Mbps。

表 2-2 列出了特定 PHY 特性所需的工业以太网协议。

表 2-2 工业以太网协议 PHY 特性
特性 说明 协议示例
快速链路断开 (FLD) PHY 需要能够在发生接收错误时丢弃活动链路。该特性对于需要将以太网帧环回到控制器的工业协议（如 EtherCAT）非常重要。具有链路断开功能的器件需要在检测到链路断开后立即切换到环回模式。FLD 处理 PHY LINK LED 状态，并将其反馈回 MAC。请注意，也可使用 MDIO/MDC 协议由 MAC 读取 LINK 状态，这可能需要几微秒的时间才会检测到。 EtherCAT 要求 FLD 小于 15μs
低发送和接收延迟 PHY 延迟必须尽可能低，因为在线路拓扑中，PLC 和最后一个器件之间的延迟会相加。 EtherCAT 要求端口到端口的直通延迟小于 1μs。
固定 MDI/X 和固定速度 通常，PHY 与链路伙伴 PHY 执行自动协商。这意味着两个 PHY 就最快速度以及 MDI 连接和极性进行协商。这种协商需要一些时间，只有在协商之后，才能建立链路并交换以太网帧。将 PHY 配置为固定配置会缩短链路建立时间。 PROFINET 快速启动 (<500ms)

工业用例中采用了一种称为单线对以太网 (SPE) 的新以太网标准。SPE 的优势是能够在不同的以太网速度等级（10Mbps、100Mbps 和 1000Mbps）将以太网电缆减少到一对。

PHY SPE图 2-8 PHY SPE

10BASE-T1L 标准支持 10Mbps 的带宽，电缆长度为 1km (1000m)。这非常好，因为如上所述，标准以太网仅支持 100m 电缆长度。

100BASE-T1 和 1000BASE-T1 目前仅支持 50m 和 15m 的电缆长度，这使标准以太网的最大电缆长度有所减少，但优点是仅使用 1 线对。