Układy komunikacyjne dla Ethernetu

Producenci chipów opracowali całą gamę produktów wspierających komunikację ethernetową. Wraz z kontrolerami zapewniającymi obsługę warstwy fizycznej i łącza danych, często dostarczają też biblioteki i sterowniki, umożliwiające programową implementację pełnego stosu protokołów komunikacyjnych. Pozwala to zaoszczędzić sporo czasu podczas tworzenia własnego projektu. Przyjrzyjmy się różnym typom układów wspierającym komunikację przez Ethernet firmy Microchip - jednego z największych światowych producentów tego typu produktów.

Kontrolery Ethernet

Kontrolery Ethernet to układy zapewniające obsługę najniższych warstw komunikacji sieciowej modelu ISO - warstwy fizycznej oraz łącza danych (m.in. adresacja MAC). W zależności od modelu, wyposażone są w różne rodzaje interfejsu obsługi - zazwyczaj jest to SPI, PCI lub interfejs równoległy, taki jak dla zewnętrznych układów pamięci SRAM. Typ interfejsu determinuje maksymalną szybkość wymiany danych między kontrolerem i mikroprocesorem, a co za tym idzie, również transmisji danych w sieci.

Na rynku znaleźć można zarówno prostsze modele wyposażone w interfejs SPI i obsługujące komunikację Ethernet w standardzie 10Base-T, które są idealne do podstawowych zastosowań, jak i urządzenia z wieloma dodatkowymi funkcjonalnościami związanymi m.in. z filtrowaniem ruchu sieciowego, szyfrowaniem wiadomości czy zarządzeniem zużycia energii.

Przykładem prostego kontrolera jest ENC28J60. Świetnie nadaje się on do zastosowań przemysłowych, ponieważ może pracować przy temperaturze otoczenia od -40 do 85°C. Jako przykład bardziej zaawansowanego układu przytoczyć można LAN91C111, który wspiera komunikację w standardzie Ethernet 100Base-TX i wyposażony jest w 16-/32-bitowy interfejs równoległy.

Kontrolery USB-Ethernet

Innym popularnym typem układu jest kontroler Ethernet wyposażony w interfejs USB. Takie rozwiązanie pozwala na szybką wymianę danych pomiędzy kontrolerem a mikroprocesorem, może zostać również wykorzystane do realizacji adaptera USB-Ethernet, mogącego pełnić m.in. funkcję zewnętrznej karty sieciowej.

Przykładem takiego układu jest LAN7800, który obsługuje komunikację ethernetową w standardach 10Base-T, 100Base-TX oraz 1000Base-T, zaś wymiana danych z kontrolerem odbywa się przez interfejs USB 3.1 Gen 1, umożliwiający transmisję z szybkością do 5 Gbit/s. Całość mieści się w obudowie QFN48 o wymiarach 6×6 mm. LAN7800 może pracować w przemysłowym zakresie temperatur od -40 do 85°C. Producent przygotował sterowniki, pozwalające na obsługę układu w popularnych systemach operacyjnych: Linux, Windows oraz macOS.

Przełączniki sieciowe

Przełączniki sieciowe (switche) to urządzenia, które wykorzystuje się, gdy zachodzi potrzeba połączenia ze sobą kilku segmentów sieci lub po prostu kilku stacji roboczych. W przeciwieństwie do koncentratorów (hubów) nie przesyłają one sygnału elektrycznego z jednego portu do wszystkich pozostałych, lecz jedynie do docelowego segmentu sieci, w którym znajduje się adresat wiadomości. Pozwala to ograniczyć liczbę możliwych kolizji oraz uzyskać większą rzeczywistą szybkość transmisji danych. Jednocześnie minimalizuje niepożądaną w zastosowaniach przemysłowych niedeterministyczność sieci Ethernet i związane z nią utrudnienie w realizacji komunikacji w czasie rzeczywistym.

Przełącznik działa w warstwie łącza danych - analizuje adresy MAC nadawcy oraz odbiorcy wiadomości. W ofercie Microchip są przełączniki obsługujące od trzech do dziewięciu portów Ethernet. Typowym przykładem jest LAN9303, wyposażony w trzy porty Ethernet i obsługujący interfejsy MII (Media Independent Interface), RMII (Reduced MII) oraz Turbo MII. Model ten ma wewnętrzny bufor pamięci RAM o pojemności 32 KB oraz tablicę skojarzeń zawierającą do 512 wpisów. Dostęp do jego wewnętrznych rejestrów jest możliwy poprzez interfejs I²C lub SMI (w kanale Ethernet). Może pracować w przemysłowym zakresie temperatur od -40 do 85°C i dostarczany jest w obudowie QFN z 56 wyprowadzeniami, o wymiarach 8×8 mm.

Transceivery Ethernet

Transceivery Ethernet to układy nadawczo-odbiorcze pracujące w najniższej, fizycznej warstwie komunikacji sieciowej. Z urządzeniami wyższych warstw sieci komunikują się poprzez interfejs MII lub jego nowsze wersje - RMII lub Turbo MII. Takim układem jest LAN8710A, o bardzo niskim poziomie poboru mocy. Obsługuje on standard IEEE 802.3az (określany jako Green Ethernet lub Energy Efficient Ethernet) oraz funkcjonalność Wake-on-LAN. Wspiera komunikację w standardach 10Base-T oraz 100Base-TX. Dostarczany jest w obudowie QFN32. Może pracować w przemysłowym zakresie temperatur od -40 do 85°C.

Podsumowanie

W wielu systemach mikroprocesorowych, nie tylko tych zaliczanych do kategorii IoT, zdolność obsługi komunikacji ethernetowej stała się już standardem. Z takim wymogiem można spotkać się zarówno przy projektowaniu zestawów przemysłowych, jak i domowych systemów rozrywkowych. W ofercie firmy Transfer Multisort Elektronik, oficjalnego dystrybutora Microchipa dostępne są różne typy układów, wspierające komunikację Ethernet. Więcej informacji można znaleźć na stronie www.tme.eu.

Transfer Multisort Elektronik sp. z o.o.
www.tme.pl