每种工业以太网协议都有其共同的前史和不同的工业运用效益。本文将简述以下三种首要协议及其优势：Ethercat、Profinet和Multiprotocls 多协议计划。
工业以太网
工业以太网用于工厂自动化、 楼宇自动化 和许多其他工业运用。与规范以太网比较，工业以太网的首要优势在于确定性的实时数据交流和小于1 ms的同步循环时刻。
用户不能运用规范以太网介质拜访操控（MAC）来完成大多数工业以太网规范；相反，需求专用的运用特定型集成电路（ASIC）或现场可编程门阵列（FPGA），因为以太网帧作为“直通”接纳，指在首个以太网端口正在接纳帧的一起，一个专用的工业以太网MAC硬件模块已在处理该帧并将其传输到第二个以太网端口。快速转发的办法可完成以太网帧小于1 µs的端口至端口推迟。
图1：具有EtherCAT帧流的操控器和器材示例
以太网操控自动化技能
Beckhoff Automation创造的以太网操控自动化技能（EtherCAT），自2003年以来一直在EtherCAT技能集团旗下公司发展壮大。在技能方面，EtherCAT是一种操控器和器材网络体系结构，如图1所示。EtherCAT器材具有两个以太网连接器来支撑简略的线路拓扑。一个EtherCAT网络可支撑多达65,535个EtherCAT器材。
只要EtherCAT操控器会生成EtherCAT帧；一切器材都接纳并处理该帧，最终一个器材回送EtherCAT帧，而EtherCAT帧则会经过一切节点（无需进一步处理）返至操控器。EtherCAT帧具有预留空间来处理每个节点的数据，并坚持原帧长度。
EtherCAT器材需求特定的以太网硬件（EtherCAT MAC）支撑处理传入的EtherCAT帧。典型的完成办法是运用ASIC或FPGA，如图2所示。这意味着在履行帧接纳时，EtherCAT MAC将处理EtherCAT帧。典型的EtherCAT节点在接纳和发送的帧之间具有1 µs的端口到端口推迟。
EtherCAT器材的要害特性和功用包含：
● 分布式时钟——跨器材和操控器的准确时刻同步办法。
● 快速链路断开检测（需求以太网物理层[PHY]收发器支撑）具有回执功用——当比如 DP83822 或 DP83826E 之类的以太网PHY检测到链路断开时，以太网PHY会告诉EtherCAT MAC，在不到10 µs的时刻内，EtherCAT MAC将回送EtherCAT帧。
当支撑EtherCAT以及其他协议时，运用ASIC或FPGA会增加本钱和电路板空间。另一种处理计划是运用Sitara™处理器中的可编程实时单元工业通讯子体系（PRU-ICSS）外设，工程师可运用同一种芯片计划支撑多种工业以太网协议。
图2：带有ASIC/FPGA和外部处理器的EtherCAT器材
程现场网络
进程现场网络（Profinet）是用于工厂自动化的抢先工业以太网规范之一。Profinet有不同版别，但本文要点介绍Profinet输入/输出（I/O）。
Profinet在全双工100 Mbps以太网上运转，选用器材和操控器网络体系结构，如图3所示。它由一个接收网络中的Profinet操控器组成，输入/输出器材接收器材。Profinet在网络拓扑方面极端灵敏，运用集线器和交流机器材，包含线路拓扑、环形拓扑、星形拓扑或这些拓扑的组合。
多年来，Profinet规范已根据市场需求不断发展为A、B和C等各种功用等级。每个功用等级都比下述等级增加了更多功用，这种办法使Profinet与从前的Profinet器材代级向后兼容。
图3：自动化体系中的进程现场网络（来历： Profibus International)
让我们回忆一下每个功用等级的首要功用。
● 契合等级（CC）A（CC-A）：
● 实时以太网通讯。
● 循环输入/输出。
● 参数装备。
● 警报。
大多数情况下，此功用等级在规范以太网MAC上能够完成，乃至无需两个以太网端口，一个MAC就已满意。
CC-B与CC-A的功用相同，此外：
● 网络确诊。
● 拓扑检测。
● 体系冗余。
此版别的Profinet输入/输出还可在1ms范围内履行循环时刻。
● CC-C与CC-B和CC-A的功用相同，此外：
● 为特定Profinet帧保存的带宽，也称为等时同步实时（IRT）。
● 操控器和器材的时刻同步。
虽然大多数运用的循环时刻为250 µs或以下，但此版别的Profinet输入/输出支撑的循环时刻低至31.25 µs，RT版别需求专用的两端口工业以太网MAC。
怎么挑选正确的工业以太网规范：EtherCAT
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多协议
因为供给的工业协议数量很多，产品制造商没有界说通用的工业以太网规范，呈碎片化。许多抢先的制造商已界说一种特定的工业以太网规范来满意他们的需求，这些规范通常是从他们现有的根据串行的现场总线之一衍生出来的。
为产品增加工业以太网规范，并认证通讯接口具有挑战性。大多数制造商需求支撑多种工业以太网协议，以运用不同的规范将其设备出售给客户。为产品增加多种以太网规范的一种办法是为每个工业以太网规范创立独自的印刷电路板（PCB）模块，将其中一个模块刺进主板。可是交流协议需求更改硬件，会使产品资料清单（BOM）更为杂乱且需求生成多个PCB模块和多芯片源处理计划。
为处理这一问题，规划人员可运用比如 Sitara™ Arm®处理器 之类的产品，这些运用处理器具有集成的PRU-ICSS，可运转多协议工业以太网。回忆本处理计划的首要差异和优势，可经过演示视频了解更多有关多协议支撑的信息并获取软件。
PRU在器材运转时加载工业以太网协议固件。有PRU-ICSS协议固件版别可用于EtherCAT、Profinet、以太网/IP、高可用性无缝冗余-并行冗余协议（HSR-PRP）；Sitara处理器在处理器SDK中内设工业以太的网（CC-Link IE）Field basic的操控和通讯链路，无需任何FPGA或ASIC。
协议固件履行比如快速转发处理等实时要害使命。
PRU-ICSS以及可扩展且功用强大的Arm内核（Cortex®-A8，A9，A15或A53，取决于Sitara处理器）可为工厂自动化产品构建单芯片处理计划，然后经过灵敏交流PRU-ICSS固件在多个工业以太网规范中运转。除这些优势以及处理实时要害工业以太网处理使命的才能之外，PRU-ICSS还具有：
● 消除了对外部ASIC和FPGA的需求。
● 削减BOM和PCB空间，并因而降低本钱。
● 经过内部高速存储器总线接口完成Arm处理器之间的快速输入/输出数据交流。
如上所述，不管运用EtherCAT、Profinet仍是多协议，每一种协议在工业运用中都有其共同优势。可在白皮书 为传感器挑选正确的工业通讯规范 中了解有关挑选正确的工业通讯规范的更多信息。
怎么挑选正确的工业以太网规范：Profinet
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其他资源
阅览这些技能文章：
● “ 怎么挑选正确的工业以太网规范：Ethernet Powerlink 。 ”
● “ 怎么挑选正确的工业以太网规范：Sercos III 。 ”
● 检查运用陈述 “ Sitara处理器支撑的工业通讯协议 。”
● 阅览本文获取有关多协议的更多信息。
● 有关Profinet IRT的详细信息，请阅览本技能文章。
