智慧家庭、智慧辦公室、智慧工廠、智慧城市、智慧交通、…,身處於一個隨時隨地皆可上網的智慧世代,亞信電子為個人電腦、工業電腦與智慧嵌入式連網設備,提供容易設計、高性價比的工業/嵌入式網路與I/O橋接晶片解決方案。
智慧世代的工業/嵌入式網路與I/O橋接晶片解決方案
進入智慧世代 - 嵌入式系統與工業電腦
由於智慧手機、平板電腦與4G/5G行動網路的普及,每個人隨時隨地皆可上網。在智慧家庭與智慧辦公室中,隨處可以看到需要連網的設備,包含智慧電視、智慧音箱、智慧家電、智慧電錶、電視機上盒、監視器,與辦公室的多功能印表機、投影機等。這些智慧連網設備,大部分皆採用嵌入式系統架構設計,有效地降低產品耗電量、體積大小與硬體設計成本等。
電腦匯流排技術的大躍進
(圖一)電腦周邊介面匯流排技術進化史
隨著電腦科技的進步,電腦周邊介面匯流排技術也日新月異,從1981年IBM PC發布8位元ISA匯流排技術,最大傳輸速度為8 MB/s;1992年進化到32位元PCI匯流排技術,最大傳輸速度為132 MB/s;2003年電腦匯流排技術,演進到通訊介面更簡單、傳輸速度更快的PCI Express 1.0串列匯流排技術(簡稱PCI-E或PCIe),可支援X1/X4/X8/X16傳輸通道,X16通道雙工最大傳輸速度可達8 GB/s;2019年推出最新的PCI Express 5.0匯流排技術標準,X16通道雙工最大傳輸速度更可達63 GB/s。一般PCI 32位元匯流排技術,最大傳輸速度為132 MB/s,通訊介面需要124引腳;最新的PCIe 5.0串列匯流排技術,X1通道雙工最大傳輸速度為3938 MB/s,通訊介面只需要36引腳;X16通道通訊介面也只需要164引腳。在電腦科技追求輕薄短小、高傳輸頻寬的大趨勢下,PCIe電腦周邊產品逐漸取代PCI周邊產品已經是必然發生的事實。電腦匯流排技術的大躍進,儼然成為各種電腦周邊設備技術進步的堅強基石。
工業/嵌入式網路與I/O橋接晶片
(圖二)亞信電子工業/嵌入式網路與I/O橋接晶片解決方案
無論桌上型電腦、筆記型電腦、工業電腦,還是生活周遭無所不在的智慧連網設備,都需要支援有線或無線的網路連線功能。有線乙太網路相對於無線網路來說,可以提供更穩定更快速地網路傳輸能力。因此,大部分桌上型電腦、工業電腦與不需移動位置的智慧連網設備,大部分連網介面仍然以有線乙太網路為主。
PCIe/USB串並口I/O橋接晶片
最新的電腦中央處理器(CPU),隨著電腦周邊匯流排技術的進步,已經不再支援傳統的串列埠(COM)與平行埠(LPT)通訊介面。如果需要將傳統型串列埠或平行埠設備,連接到桌上型電腦或筆記型電腦,就可以透過PCIe/USB轉串並口橋接晶片,來支援傳統的串列埠與平行埠。智慧工廠中的工業電腦設備,透過PCIe/USB轉串口橋接晶片,即可輕鬆地支援多個串列埠功能。
Non-PCI/SPI 嵌入式乙太網路晶片
部分嵌入式系統微控制器(MCU),沒有內建乙太網路介面功能,礙於嵌入式產品機構設計限制,也無法直接插入PCIe/PCI乙太網路卡。因此,這些嵌入式系統會使用SRAM-like或SPI介面,連接Non-PCI/SPI嵌入式乙太網路晶片來支援乙太網路連線功能。
超高速USB乙太網路晶片
(圖三)亞信USB乙太網路晶片解決方案 for 任天堂Switch
最新的筆記型電腦都講求輕薄短小,因此無法內建乙太網路埠,所以連網方式都以無線網路為主。然而,在有些網路環境下,可能無法提供穩定的無線網路,或無線網路傳輸速度太慢。在這種情況下,使用者可以透過連接USB乙太網路卡或USB多功能擴充基座(Docking Station),來提供穩定且高傳輸速度的有線連網功能。
工業乙太網路晶片
傳統標準乙太網路採用TCP/IP協議,使用載波偵測多重存取/碰撞偵測(CSMA/CD)通訊協定進行資料傳輸,具有不確定性與實時性能不佳的問題,因此不適用於對資料傳輸確定性與實時性要求嚴格的智慧工廠生產自動化設備應用需求。為了克服標準乙太網路無法支援實時性、確定性工業通訊的問題,全球主要工業網路設備製造商,各自提出不同的工業乙太網路通訊技術解決方案,如EtherCAT、PROFINET、EtherNet/IP、Modbus TCP、POWERLINK、SERCOS、CC-Link IE等。這些不同的工業乙太網路通訊技術標準,解決了傳統標準乙太網路資料傳輸不確定性與實時性能不佳的問題,尤其是EtherCAT技術透過獨特的硬體實時資料傳輸技術,可以輕鬆地達到智慧工廠生產自動化設備對工業通訊實時性、確定性的嚴格要求。
乙太網控制自動化技術 (EtherCAT)
(圖四)亞信AxRobot EtherCAT七軸助力控制機器手臂解決方案
乙太網控制自動化技術(EtherCAT)是一個開放性架構的工業乙太網路通訊技術標準,最早於2003年由德國的Beckhoff Automation公司所提出,同年成立EtherCAT工作小組(ETG),並迅速發展成為全球最大的工業乙太網路與現場總線(Fieldbus)組織。EtherCAT使用獨特的「飛速傳輸(Processing on the fly)」數據交換機制,具有資料傳輸時間延遲低、同步時鐘抖動低、硬體架構成本低與靈活的網路拓樸(線形、樹形、星形及菊花鏈形)等優點。全球各主要工業電腦供應商,因應智慧工廠生產自動化的強大需求,紛紛推出各種EtherCAT相關產品解決方案,更奠定了EtherCAT工業乙太網路通訊技術在全球現場總線自動化市場的領先地位。
時間敏感網路(TSN)
(圖五)亞信AXM57104 TSN PCIe超高速乙太網路卡解決方案
一個理想的工業4.0智慧工廠管理系統,應該要可以收集所有產品工程設計、生產製造、原物料供應鏈、產品庫存、運輸與銷售渠道等智慧製造相關即時訊息,利用這些產品生產製造與銷售庫存即時資訊,工廠可以對所有公司營運資源進行有效管理,進而創造一個具備高彈性、高效率的智慧工廠自動化生產環境。為了收集這些即時的智慧製造相關訊息,製造商需要將非實時性的資訊技術(IT)與實時性的營運技術(OT)融合於同一網路,將所有即時訊息傳送到雲端伺服器以便全盤統一管理。最新一代的工業乙太網路技術 - 「時效性網路(Time Sensitive Networking,TSN)」通訊協定,是符合IEEE 802.1規範,標準乙太網路的延伸技術,利用一系列最新的TSN工業通訊協定標準,可以在現有標準乙太網路環境的基礎上,提供實時性、確定性與安全性的工業通訊傳輸,進而輕鬆地將IT與OT融合於同一網路中。
結論
智慧家庭、智慧辦公室、智慧工廠、智慧城市、智慧交通、…,身處於一個隨時隨地皆可上網的智慧世代,亞信電子為個人電腦、工業電腦與智慧嵌入式連網設備,提供容易設計、高性價比的工業/嵌入式網路與I/O橋接晶片解決方案。隨著電腦/工業自動化/智慧連網設備科技的持續演變,亞信電子對於工業/嵌入式網路與I/O橋接晶片技術,必然會與時俱進地推出符合最新工業/嵌入式電腦系統相關技術的創新產品。讓我們拭目以待未來的科技潮流會如何創造一個全新的智慧世代…
- 01
工業乙太網路晶片
工業乙太網路EtherCAT晶片與TSN解決方案,可適用於各種工業自動化智慧工廠與工業物聯網(IIoT)產品相關應用。
- 02
USB乙太網路晶片
USB乙太網路晶片解決方案,可適用於各種電腦周邊設備、智慧居家與辦公室網路產品等相關應用。
- 03
嵌入式乙太網路晶片
Non-PCI/SRAM-Like/Local Bus/SPI嵌入式網路晶片解決方案,可適用於各種智慧居家與辦公室及嵌入式網路產品等相關應用。
- 04
I/O介面
亞信IO-Link設備軟體協議棧與PCIe/USB轉串並口I/O橋接晶片解決方案
- 05
UART收發器
RS-232/RS-485 UART收發器解決方案可適用於各種工業電腦與I/O串列埠等產品相關應用。