传感器、执行器、驱动器和可编程逻辑控制器 (PLCs) 工厂自动化设备支持各种工业以太网协议，例如 EtherCAT、Profinet、以太网工业协议 (EtherNet/IP) 和 Sercos），每个协议都可以通过在硬件平台上加载不同的软件图像来替换。

多协议工业以太网系统可以在硬件开发周期内降低制造成本，只需要制造单个印刷电路板，以降低材料清单成本，从而加快产品上市时间。制造商可以使用不同的工业以太网协议为工厂自动化提供现场设备，如数字输入模块或伺服驱动器。

德州仪器可编程实时单元工业通信子系统 (PRU-ICSS) 其他架构可支持现场设备 1，000Mbps 工业以太网速率，特别是在使用敏感网络的新时间 (TSN) 协议的情况下。

工业以太网系统架构

图 1 在工业以太网现场设备中展示 PLC 与其他现场设备交换过程数据的主要部件。其中，两个以太网端口支持线性或环形以太网拓扑，这意味着 PLC 无需使用以太网交换机，通过以太网电缆连接到一系列现场设备。

图 1：工业以太网现场设备系统方框

从 RJ45 在连接器上，介质相关接口 (MDI) 连接到以太网帧到达以太网物理层的磁性元件 (PHY) 与其他设备的隔离栅在收发器前提供。

PHY 模数转换(接收器)和数模转换(发送器)通过介质独立接口进行 (MII)、简化千兆介质独立接口 (RGMII) 或串行千兆介质的独立接口 (SGMII) 输出数字比特流。

PHY 它在工业以太网中起着重要的作用，其重要性和介质访问控制器 (MAC) 相当。PHY 必须支持不同的线对( T1 用于单线对以太网的单线对 100Mbps 用于以太网的双线对和 1，000Mbps 以太网的四线对)铜介质具体取决于 MDI。一些工业以太网络也支持光纤，光纤具有更好的电磁兼容性 (EMC) 并能在严格的工业环境中更好地抵御电磁干扰。

接下来，以太网字节流通过 MII 进入 MAC。MAC 工业以太网协议是实现多协议工业以太网支持的重要功能块。

由于各工业以太网协议在提取和插入过程数据时处理工业以太网帧的方式不同，MAC 每个协议都必须改变处理方法。MAC 具体的集成电路解决方案通常固定在单个协议中，不具备多协议能力。支持多协议 MAC 动态处理、直通转发、帧抢占、存储转发等多种以太网帧处理方法必须得到支持。

MAC 它可以通过界面来自 PLC 过程数据传输到中央处理单元 (CPU)。如果 MAC 它是一种接口速率低的物理独立设备（串行外部接口） (SPI) 或 I2C，MCU，单片机，微控制，MCU芯片，电子元器件在线商城或者存储器映射外部总线)。 MAC 与 CPU 共享高速存储器提供接口并集成 MAC 和 CPU 同步过程数据之间。

CPU 执行各种任务。每个工业以太网协议都需要一个软件堆栈 MAC 交互以交换过程数据。现场设备使用此过程数据来控制数字输入和输出，或控制伺服驱动器的速度和旋转。

若系统包含多个系统 CPU，通常的做法是拆分工作负荷，其中工业以太网栈在自己身上运行 CPU 在其他领域，工业应用程序正在运行 CPU 上。

可以在 CPU 不同类型的操作系统在核上运行。 (OS)：高级操作系统(例如 Linux 或实时 Linux）或实时操作系统 (RTOS)（例如 Free-RTOS 或 no-OS）。

德州仪器用于多协议工业以太网 Sitara™ 一系列解决方案和以太网 PHY

德州仪器 Sitara™ 可编程支持可编程处理器系列 MAC 以及与之集成的 PRU-ICSS 外设。PRU 工业以太网协议固件在运行过程中加载。Sitara AM6442 如图 2 所示，AM2434 和 AM2434 支持 1，000Mbps 协议，例如 TSN。PRU-ICSS 也充当标准以太网 MAC 以太网交换机和两端口。

图 2：用于支持多协议工业以太网 Sitara AM6442 处理器解决方案和 PRU-ICSS

德州仪器 Sitara™ 可以支持处理器系列 PRU-ICSS 支持位置编码器的多个例子（EnDAT 2.2、HIPERFACE 数字伺服链路 [DSL]、双向串行同步 [BiSS]）、脉宽调制 (PWM) 并且用于外部隔离模数转换器 Δ-Σ 提取滤波器等工业外围设备。伺服驱动器使用这些外围设备。

德州仪器 Sitara™ 处理器还集成了工业应用中使用的各种功能，包括 ADC、SPI、I2C 和通用存储器控制器。片上系统还有内部共享存储器 MAC 和 CPU 过程数据之间的交换。

如图 3 所示，德州仪器 Sitara™ 处理器系列适用于高级操作系统 (HLOS) 的多个 Arm® Cortex®-A53 内核，适用于 RTOS 或多种裸机应用 Arm Cortex-R5F 内核适用于工业以太网 MAC 的 PRU-ICSS。

图 3：使用 RTOS、HLOS 多核处理器解决方案及固件 PRU-ICSS

集成可编程 MAC 该方法支持多协议工业以太网所需的不同帧处理方法，并将应用处理器放置在单个芯片上。处理器和 MAC 快速交换过程数据，该系列提供可扩展的处理器内核。

德州仪器适用于德州仪器 Sitara™ 处理器系列评估模块 (EVM) 以及使用 DP83867 或 DP83869 以太网 PHY 以太网，收发器 PHY 解决方案。

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