智能世代的工业/嵌入式网络与I/O桥接芯片解决方案

智能世代的工业/嵌入式网络与I/O桥接芯片解决方案

进入智能世代 - 嵌入式系统与工业计算机

计算机汇流排技术的大跃进

随着计算机科技的进步，计算机周边接口汇流排技术也日新月异，从1981年IBM PC发布8位ISA汇流排技术，最大传输速度为8 MB/s；1992年进化到32位PCI汇流排技术，最大传输速度为132 MB/s；2003年计算机汇流排技术，演进到通信接口更简单、传输速度更快的PCI Express 1.0串列汇流排技术（简称PCI-E或PCIe），可支持X1/X4/X8/X16传输通道，X16通道双工最大传输速度可达8 GB/s；2019年推出最新的PCI Express 5.0汇流排技术标准，X16通道双工最大传输速度更可达63 GB/s。一般PCI 32位汇流排技术，最大传输速度为132 MB/s，通信接口需要124引脚；最新的PCIe 5.0串列汇流排技术，X1通道双工最大传输速度为3938 MB/s，通信接口只需要36引脚；X16通道通信接口也只需要164引脚。在计算机科技追求轻薄短小、高传输频宽的大趋势下，PCIe计算机周边产品逐渐取代PCI周边产品已经是必然发生的事实。计算机汇流排技术的大跃进，俨然成为各种计算机周边设备技术进步的坚强基石。

（图一）计算机总线技术进化史

工业/嵌入式网络与I/O桥接芯片

无论桌上型计算机、笔记型计算机、工业计算机，还是生活周遭无所不在的智能连网设备，都需要支持有线或无线的网络连线功能。有线以太网相对于无线网络来说，可以提供更稳定更快速地网络传输能力。因此，大部分桌上型计算机、工业计算机与不需移动位置的智能连网设备，大部分连网接口仍然以有线以太网为主。

（图二）亚信电子工业/嵌入式网络与I/O桥接芯片解决方案

PCIe/USB串并口I/O桥接芯片

Non-PCI/SPI 嵌入式以太网芯片

亚信电子除了提供全球首款高效能嵌入式AX88180 Non-PCI 32位千兆以太网控制芯片，也提供AX88796C低功耗 SPI或 Non-PCI以太网控制芯片解决方案。这个方案可适用于各种智能家居、智能办公室与智能连网设备等相关嵌入式网络产品应用，如智能电视、电视机上盒、监视器、多功能印表机、投影机等。

超高速USB以太网芯片

（图三）亚信USB以太网芯片解决方案 for 任天堂Switch

工业以太网芯片

传统标准以太网采用TCP/IP协议，使用载波侦测多重存取/碰撞侦测（CSMA/CD）通信协定进行资料传输，具有不确定性与实时性能不佳的问题，因此不适用于对资料传输确定性与实时性要求严格的智能工厂生产自动化设备应用需求。为了克服标准以太网无法支持实时性、确定性工业通信的问题，全球主要工业网络设备制造商，各自提出不同的工业以太网通信技术解决方案，如EtherCAT、PROFINET、EtherNet/IP、Modbus TCP、POWERLINK、SERCOS、CC-Link IE等。这些不同的工业以太网通信技术标准，解决了传统标准以太网资料传输不确定性与实时性能不佳的问题，尤其是EtherCAT技术透过独特的硬件实时资料传输技术，可以轻松地达到智能工厂生产自动化设备对工业通信实时性、确定性的严格要求。

亚信电子因应工业4.0智能制造的强大需求，积极致力于工业以太网芯片的研究开发，从2018年陆续推出大中华区首款AX58100 EtherCAT从站控制器芯片、首款AX58200 EtherCAT从站专用通信SoC与最新的AXM57104 TSN PCIe千兆以太网卡等工业以太网解决方案。这些方案可适用于各种智能工厂生产自动化设备与工业物联网（IIoT）等相关产品应用。

以太网控制自动化技术 （EtherCAT）

（图四）亚信AxRobot EtherCAT七轴助力控制机器手臂解决方案

时间敏感网络（TSN）

AXM57104是一款高性价比的4端口TSN PCI Express千兆以太网卡，符合PCI Express 2.1 Gen 1标准，支持符合IEEE标准的各种时间敏感网络（TSN）进阶功能，包含IEEE 802.1AS-Rev时效性应用之时序与同步，IEEE 802.1Qav时间敏感资料流转发以及伫列（FQTSS）：特定Credit-Based Shaper（CBS），IEEE 802.1Qbv时间感知整形器（TAS）与IEEE 802.1Qci逐一串流过滤与管理（PSFP）等。 AXM57104支持在线应用可程式（IAP）功能可轻松实现在线更新固件韧体，并支持32个同步I/O与1个每秒脉冲（PPS）信号输出。透过在Linux工业计算机平台安装AXM57104 TSN PCIe千兆以太网卡，可以轻松地支持最新一代的工业以太网技术 － 时效性网络（TSN）进阶功能，将IT与OT融合于同一网络中。

（图五）亚信AXM57104 TSN PCIe千兆以太网卡解决方案

结论