簡(jiǎn)介

　　本文介紹如何利用10BASE-T1L MAC-PHY連接越來(lái)越多的低功耗現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和邊緣設(shè)備,。此外，本文還將詳細(xì)說(shuō)明何時(shí)使用MAC-PHY與10BASE-T1L PHY以及這些系統(tǒng)如何滿足未來(lái)的以太網(wǎng)互聯(lián)制造和樓宇安裝要求,。

　　背景信息

　　隨著越來(lái)越多的設(shè)備需要接入以太網(wǎng),，流程、工廠和樓宇自動(dòng)化應(yīng)用中的單對(duì)以太網(wǎng)10BASE-T1L用例（包括以太網(wǎng)APL）不斷擴(kuò)展,。隨著互聯(lián)設(shè)備增加,，更高級(jí)別的管理系統(tǒng)可以使用更豐富的數(shù)據(jù)集，從而使生產(chǎn)效率得以顯著提高,，同時(shí)降低了運(yùn)營(yíng)成本和能耗,。以太網(wǎng)至現(xiàn)場(chǎng)或邊緣的愿景是將所有傳感器和執(zhí)行器連接到一個(gè)融合IT/OT網(wǎng)絡(luò)。實(shí)現(xiàn)這一愿景存在系統(tǒng)工程方面的挑戰(zhàn),，因?yàn)槠渲幸恍﹤鞲衅魇芄β屎涂臻g的限制,。適用于傳感器和執(zhí)行器應(yīng)用、具備強(qiáng)大內(nèi)部存儲(chǔ)功能的低功耗,、超低功耗微控制器市場(chǎng)需求日益增長(zhǎng),。但大多數(shù)這樣的處理器都有同樣的問(wèn)題，那就是沒(méi)有集成的以太網(wǎng)MAC,，不支持MII、RMII或RGMII媒體獨(dú)立（以太網(wǎng)）接口,。傳統(tǒng)的PHY無(wú)法與這些處理器相連,。

　　為什么要使用10BASE-T1L MAC-PHY？

　　為了與更多低功耗設(shè)備實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程以太網(wǎng)連接,，需要用到10BASE-T1L MAC-PHY,。借助10BASE-T1L MAC-PHY，可以通過(guò)SPI將以太網(wǎng)和處理器連接在一起,，從而減輕處理器的負(fù)擔(dān),。MAC功能現(xiàn)在直接與10BASE-T1L PHY集成。10BASE-T1L MAC-PHY支持各種超低功耗處理器,，為設(shè)備架構(gòu)師提供靈活的選擇,。通過(guò)優(yōu)化應(yīng)用分區(qū)，10BASE-T1L MAC-PHY可以利用流程自動(dòng)化中的以太網(wǎng)APL來(lái)實(shí)現(xiàn)更低功耗的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備,，實(shí)現(xiàn)區(qū)域0本質(zhì)安全部署,。在智能樓宇應(yīng)用中，MAC-PHY可將更多較低功耗的設(shè)備連接到同一個(gè)以太網(wǎng),。智能樓宇應(yīng)用包括HVAC系統(tǒng),、消防安全系統(tǒng)、門禁、IP攝像機(jī),、電梯系統(tǒng)和狀態(tài)監(jiān)控,。

　　圖1.10BASE-T1L MAC-PHY可以通過(guò)高級(jí)包過(guò)濾明顯降低設(shè)備的功耗和復(fù)雜度。

　　10BASE-T1L MAC-PHY高級(jí)包過(guò)濾

　　集成了MAC功能的10BASE-T1L PHY可以優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)上的以太網(wǎng)流量,。具備高級(jí)包過(guò)濾功能的10BASE-T1L MAC-PHY可以大幅減少處理廣播和多播通信的開銷,，把處理器從這個(gè)任務(wù)中解放出來(lái)。按目標(biāo)MAC地址進(jìn)行過(guò)濾是關(guān)鍵,。MAC-PHY可以對(duì)多達(dá)16個(gè)單播或多播MAC地址進(jìn)行過(guò)濾,，而不僅僅是單個(gè)MAC地址。此外,，地址掩碼可支持兩個(gè)MAC地址,。這提供了很大的自由度，過(guò)濾可用于設(shè)備地址和共同支持的多播地址,，例如鏈路層發(fā)現(xiàn)協(xié)議（LLDP）,。通過(guò)為優(yōu)先級(jí)更高的消息提供額外的隊(duì)列，可以優(yōu)先處理某些消息,，從而改善延遲,，增強(qiáng)魯棒性。幀的優(yōu)先級(jí)可以通過(guò)MAC過(guò)濾表來(lái)識(shí)別,。例如,，可以將廣播消息送入優(yōu)先級(jí)較低的隊(duì)列、將單播消息送入優(yōu)先級(jí)較高的隊(duì)列,，從而防止接收器因廣播風(fēng)暴或流量激增而發(fā)生過(guò)載,。這些MAC-PHY過(guò)濾特性可以增強(qiáng)設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)負(fù)載魯棒性。MAC還收集幀統(tǒng)計(jì)信息,，以便于監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)流量和鏈路質(zhì)量（見(jiàn)圖1）,。

　　MAC-PHY中的MAC還支持IEEE 1588；因此,，流程自動(dòng)化需要802.1AS時(shí)鐘同步,。MAC-PHY支持同步計(jì)數(shù)器、接收消息的時(shí)間戳和發(fā)送消息的時(shí)間戳捕獲,。這大幅降低了軟件設(shè)計(jì)的復(fù)雜度,，因?yàn)槌薓AC-PHY本身之外，不需要額外的硬件就能實(shí)現(xiàn)時(shí)間同步,。MAC可生成定時(shí)到同步計(jì)數(shù)器的輸出波形,，因此，可用于同步外部應(yīng)用級(jí)操作,。SPI接口支持Open Alliance 10BASE-T1x MAC-PHY串行接口,。Open Alliance SPI是一種新型高效SPI協(xié)議，專為MAC-PHY而設(shè)計(jì)。

　　何時(shí)使用10BASE-T1L MAC-PHY和10BASE-T1L PHY,？

　　10BASE-T1L PHY和10BASE-T1L MAC-PHY在不同的用例中各有明顯優(yōu)勢(shì),。在功率關(guān)鍵型應(yīng)用中，10BASE-T1L MAC-PHY在主處理器的選擇上提供了更大的靈活性,，可以采用未集成MAC的超低功耗處理器來(lái)實(shí)現(xiàn)更低的系統(tǒng)功耗,。在對(duì)現(xiàn)有設(shè)備進(jìn)行升級(jí)以提高以太網(wǎng)連接性時(shí)，10BASE-T1L MAC-PHY提供了通過(guò)SPI端口重新利用現(xiàn)有處理器和提高以太網(wǎng)連接性的方法,，無(wú)需遷移到集成MAC的更大處理器,。

　　對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)或邊緣設(shè)備需要高性能處理器（可能已集成MAC）的高性能應(yīng)用來(lái)說(shuō)，10BASE-T1L PHY結(jié)合MII,、RMII和RGMII接口支持快速開發(fā)10BASE-T1L PHY,。通過(guò)重新利用現(xiàn)有MAC接口驅(qū)動(dòng)程序來(lái)添加以太網(wǎng)連接性便可實(shí)現(xiàn)（見(jiàn)圖2）。

　　圖2.實(shí)現(xiàn)10BASE-T1L連接的MAC-PHY與PHY優(yōu)勢(shì)對(duì)比

　　提高了未來(lái)以太網(wǎng)互聯(lián)流程安裝的靈活性

　　滿足未來(lái)的以太網(wǎng)互聯(lián)制造安裝要求,。超低功耗設(shè)備和高性能設(shè)備可以同時(shí)部署在同一個(gè)以太網(wǎng)上,，且符合危險(xiǎn)區(qū)域用例要求的嚴(yán)格最大功率限制。10BASE-T1L功率開關(guān)和10BASE-T1L現(xiàn)場(chǎng)開關(guān)需要將魯棒低功耗10BASE-T1L PHY與工業(yè)以太網(wǎng)開關(guān)結(jié)合,，以部署干線和和支線網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，進(jìn)而在單條雙絞線上同時(shí)提供功率和數(shù)據(jù)（包括危險(xiǎn)區(qū)域用例）。

　　現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備連接既需要10BASE-T1L PHY,，又需要10BASE-T1L MAC-PHY,，以便實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)與各種現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的連接。包括流量計(jì)在內(nèi)的較高功率現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備采用集成MAC和10BASE-T1L PHY的高性能處理器,。較低功耗現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備,，包括內(nèi)置未集成MAC的超低功耗處理器的溫度傳感器，采用10BASE-T1L MAC-PHY,，通過(guò)SPI接口與處理器相連，從而實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)連接（見(jiàn)圖3）,。

　　10BASE-T1L PHY和10BASE-T1L MAC-PHY的關(guān)鍵特性對(duì)比

　　ADIN1110（ADI公司的10BASET1L PHY）可通過(guò)SPI接口與主機(jī)處理器連接,，從而實(shí)現(xiàn)功耗更低的以太網(wǎng)連接，其功耗僅為42 mW,。ADIN1110支持Open Alliance 10BASE-T1x MAC-PHY串行接口,，以25 MHz時(shí)鐘速度實(shí)現(xiàn)全雙工SPI通信。ADIN1100（ADI公司的10BASE-T1L PHY）可通過(guò)MII,、RMII或RGMII MAC接口與主機(jī)處理器連接,，從而實(shí)現(xiàn)低功耗的以太網(wǎng)連接，其功耗僅為39 mW,。ADIN1100 10BASE-T1L PHY與ADIN1110 10BASE-T1L MAC-PHY的對(duì)比如圖1所示,。這兩款產(chǎn)品以全雙工、直流平衡、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信方案的10BASE-T1L核心功能為基礎(chǔ),，在7.5 MBd符號(hào)速率和4B3T編碼下采用PAM 3調(diào)制,。10BASE-T1L支持兩種幅度模式：長(zhǎng)達(dá)1 km電纜的2.4 V峰峰值和更短距離下的1.0 V峰峰值。1.0 V峰峰值幅度模式是指,，這項(xiàng)新的物理層技術(shù)也可在防爆系統(tǒng)環(huán)境中使用,，并符合嚴(yán)格的最大能源限制。

　　圖3.用于流程自動(dòng)化的采用10BASE-T1L MAC-PHY和10BASE-T1L PHY的干線和支線網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?/p>

　　小結(jié)

　　10 Mb以太網(wǎng)物理層（10BASE-T1L）在長(zhǎng)達(dá)1 km的單條雙絞線上融合功率輸出（Engineered Power/PoDL/SPoE）,，形成能夠產(chǎn)生更有價(jià)值信息的新型以太網(wǎng)連接設(shè)備,，而這些信息通過(guò)融合IT/OT以太網(wǎng)更容易獲取。在流程自動(dòng)化和工廠自動(dòng)化的應(yīng)用中,，這些新的信息有助于提高生產(chǎn)效率,、降低能耗。在樓宇自動(dòng)化應(yīng)用中,，這些新的信息有助于提高能效,、安全性和舒適性。因此,，10BASE-T1L MAC-PHY將加速實(shí)現(xiàn)更低功耗的設(shè)備,。

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