嵌入式系统/ARM技术中的工业网络中的快速Ethernet

随着人们希望和必须采用Internet 协议基通信的要求增加，对于工业Ethernet方案的需要也在增加。工业用户不再仅仅满足于RS-232或RS-485数据传输。他们需要Ethernet连接器带来的好处。Ethernet把每个数据采集节点视为IP地址或Web页，使其成为工业用户的理想通信平台。随着当今Ethernet成为最广泛采用的可用网络，将来工业网络会包含更多的Ethernet。工业Ethernet首要和最明显的要求是它必须提供可靠和可测的数据传递。对于工业应用，在OSILayer1(物理层)和Layer2(数据链路)存在不同的问题和方案。网络标准(如Modbus TCP/IP, Eth 嵌入式系统与ARM技术在工业网络中的应用日益凸显，特别是在快速Ethernet方面。随着工业4.0和物联网的发展，工业用户对数据传输的需求从传统的RS-232和RS-485通信方式转变为Ethernet连接，这是因为Ethernet能够将每一个数据采集点视为独立的IP地址或者Web页面，极大地提升了通信效率和便捷性。随着Ethernet成为全球最广泛应用的网络技术，预计未来工业网络将更加依赖Ethernet。 工业Ethernet在设计时面临的主要挑战在于确保数据的可靠性和可测量性。在OSI模型的物理层和数据链路层，针对工业环境的需求，有各种不同的解决方案。例如，Modbus TCP/IP、Ethernet IP和Profibus等网络标准利用OSI的第三层及以上层次进行寻址，以实现可测量的数据传输。Ethernet作为一个通用的传输媒介，可以根据具体应用选择最适合的通信协议。 在实际部署中，工业Ethernet的常见配置包括传统的星型配置和菊花链网络。星型配置简单直观，但可能会遇到节点数量限制和超过100米传输距离的问题。而菊花链网络通过扩展铜线或光纤，解决了距离限制，但同时也带来了延迟和环路可能导致的网络失效问题。为了解决这些问题，现代智能开关采用了跨越树算法，可以有效地管理多余的路径，防止环路并确保数据的正确传输。 此外，工业应用中的定时同步至关重要，IEEE 1588协议提供了精确的时间同步功能，允许在UDP/IP信息包中进行高精度的时钟同步。100Mbit/s的Ethernet速率理论上可以满足这类应用的需求。为了构建高可用性和冗余性的网络，一些设备如Micrel的KS8993M支持跨越树、QoS和VLAN功能。跨越树协议能动态调整路径，避免网络故障；QoS确保关键数据优先传输；VLAN则可以实现网络的逻辑分段，降低管理复杂度，提升效率。 嵌入式系统和ARM技术在工业网络中的快速发展，特别是快速Ethernet的应用，正在改变工业通信的面貌。通过优化网络拓扑结构，强化同步机制，以及引入服务质量保障和虚拟局域网技术，工业Ethernet不仅提高了数据传输的可靠性，也为未来的工业自动化和远程监控奠定了坚实的基础。