智能家居、智能办公室、智能工厂、智能城市、智能交通、…,身处于一个随时随地皆可上网的智能世代,亚信电子为个人计算机、工业计算机与智能嵌入式连网设备,提供容易设计、高性价比的工业/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
由于智能手机、平板电脑与4G/5G行动网络的普及,每个人随时随地皆可上网。在智能家居与智能办公室中,随处可以看到需要连网的设备,包含智能电视、智能音箱、智能家电、智能电表、电视机上盒、监视器,与办公室的多功能印表机、投影机等。这些智能连网设备,大部分皆采用嵌入式系统架构设计,有效地降低产品耗电量、体积大小与硬件设计成本等。
计算机汇流排技术的大跃进
(图一)计算机总线技术进化史
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。
工业/嵌入式网络与I/O桥接芯片
(图二)亚信电子工业/嵌入式网络与I/O桥接芯片解决方案
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。
PCIe/USB串并口I/O桥接芯片
最新的计算机中央处理器(CPU),随着计算机周边汇流排技术的进步,已经不再支持传统的串口(COM)与并口(LPT)通信接口。如果需要将传统型串口或并口设备,连接到桌上型计算机或笔记型计算机,就可以透过PCIe/USB转串并口桥接芯片,来支持传统的串口与并口。智能工厂中的工业计算机设备,透过PCIe/USB转串口桥接芯片,即可轻松地支持多个串口功能。
Non-PCI/SPI 嵌入式以太网芯片
部分嵌入式系统微控制器(MCU),没有内置以太网接口功能,碍于嵌入式产品机构设计限制,也无法直接插入PCIe/PCI以太网卡。因此,这些嵌入式系统会使用SRAM-like或SPI接口,连接Non-PCI/SPI嵌入式以太网芯片来支持以太网连线功能。
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
最新的笔记型计算机都讲求轻薄短小,因此无法内置以太网接口,所以连网方式都以无线网络为主。然而,在有些网络环境下,可能无法提供稳定的无线网络,或无线网络传输速度太慢。在这种情况下,使用者可以透过连接USB以太网卡或USB多功能扩展底座(Docking Station),来提供稳定且高传输速度的有线连网功能。
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。
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
以太网控制自动化技术(EtherCAT)是一个开放性架构的工业以太网通信技术标准,最早于2003年由德国的Beckhoff Automation公司所提出,同年成立EtherCAT工作小组(ETG),并迅速发展成为全球最大的工业以太网与现场总线(Fieldbus)组织。EtherCAT使用独特的「飞速传输(Processing on the fly)」数据交换机制,具有资料传输时间延迟低、同步时钟抖动低、硬件架构成本低与灵活的网络拓朴(线形、树形、星形及菊花链形)等优点。全球各主要工业计算机供应商,因应智能工厂生产自动化的强大需求,纷纷推出各种EtherCAT相关产品解决方案,更奠定了EtherCAT工业以太网通信技术在全球现场总线自动化市场的领先地位。
时间敏感网络(TSN)
(图五)亚信AXM57104 TSN PCIe千兆以太网卡解决方案
一个理想的工业4.0智能工厂管理系统,应该要可以收集所有产品工程设计、生产制造、原物料供应链、产品库存、运输与销售渠道等智能制造相关即时信息,利用这些产品生产制造与销售库存即时资讯,工厂可以对所有公司营运资源进行有效管理,进而创造一个具备高弹性、高效率的智能工厂自动化生产环境。为了收集这些即时的智能制造相关信息,制造商需要将非实时性的资讯技术(IT)与实时性的营运技术(OT)融合于同一网络,将所有即时信息传送到云端伺服器以便全盘统一管理。最新一代的工业以太网技术 -「时效性网络(Time Sensitive Networking,TSN)」通信协定,是符合IEEE 802.1规范,标准以太网的延伸技术,利用一系列最新的TSN工业通信协定标准,可以在现有标准以太网环境的基础上,提供实时性、确定性与安全性的工业通信传输,进而轻松地将IT与OT融合于同一网络中。
结论
智能家居、智能办公室、智能工厂、智能城市、智能交通、…,身处于一个随时随地皆可上网的智能世代,亚信电子为个人计算机、工业计算机与智能嵌入式连网设备,提供容易设计、高性价比的工业/嵌入式网络与I/O桥接芯片解决方案。随着计算机/工业自动化/智能连网设备科技的持续演变,亚信电子对于工业/嵌入式网络与I/O桥接芯片技术,必然会与时俱进地推出符合最新工业/嵌入式计算机系统相关技术的创新产品。让我们拭目以待未来的科技潮流会如何创造一个全新的智能世代…
- 01
工业以太网芯片
工业以太网EtherCAT芯片与TSN解决方案,可适用于各种工业自动化智能工厂与工业物联网(IIoT)产品相关应用。
- 02
USB以太网芯片
USB以太网芯片解决方案,可适用于各种电脑周边设备、智能居家与办公室网路产品等相关应用。
- 03
嵌入式以太网芯片
Non-PCI/SRAM-Like/Local Bus/SPI嵌入式以太网芯片解决方案,可适用于各种智能家居与办公室及嵌入式网路产品等相关应用。
- 04
I/O接口
亚信IO-Link设备软件协议栈與PCIe/USB转串并口I/O桥接芯片解决方案
- 05
UART收发器
RS-232/RS-485 UART收发器解决方案可适用于各种工业电脑与I/O串并接口连接器等产品相关应用。