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ADIN3310/ADIN6310工業以太網時間敏感網絡交換機技術手冊

要長高 ? 2025-05-15 10:38 ? 次閱讀
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概述
ADIN3310 和 ADIN6310 分別為 3 端口和 6 端口千兆以太網 具有集成安全性的時間敏感網絡 (TSN) 交換機 主要為工業以太網應用而設計。每個端口 可以配置為以不同的速度運行。這些開關 具有未提交的媒體訪問控制器 (MAC) 接口,并且 可與 Analog Devices, Inc. 的物理 (PHY) 層配對 設備[ADIN1100],[ADIN1200], 和[ADIN1300],以形成 低功耗、低延遲系統。四個獨立串行千兆位介質 接口 (SGMII) 和串行器/解串器 (Serdes) 接口 允許背板連接、與 SFP 模塊的連接以及 級聯交換機。該交換機支持 IEEE 802.1Q 套件 IEEE 60802 要求的時間敏感網絡橋接功能 為延遲敏感型提供服務質量 (QoS) 的標準 流。該設備還包括硬件功能,以支持 并行冗余協議 (PRP) 或無縫高可用性 redundancy (HSR) 冗余協議,從而卸載 主機處理器
數據表:*附件:ADIN3310 ADIN6310工業以太網時間敏感網絡交換機技術手冊.pdf

應用

  • 工廠和過程自動化
  • 運動控制、機器人和協作機器人
  • 能源自動化
  • 運輸
  • 儀表
  • 樓宇自動化

特性

  • 以太網 MAC 接口:每個端口 10 Mb、100 Mb 或 1 Gb
    • 6 端口:4 個 RMII/RGMII/SGMII 和 2 個 RMII/RGMII
    • 3 端口:2 個 RMII/RGMII/SGMII 和 1 個 RMII/RGMII
    • SGMII、1000BASE-SX/1000BASE-LX/1000BASE-KX 和 100BASE-FX
  • 低延遲第 2 層以太網交換機
    • 端口到端口的確定性延遲
    • 直通或存儲轉發作
    • 符合 IEEE/IEC 60802 的流量類型和網橋延遲
    • 符合 IEEE 802.1Q-2018 的標準橋接(定制)
      • 每個端口都是非阻塞且獨立的
    • 每個傳輸端口 32 kB 幀緩沖區
    • 4096 個 VLAN
  • 時間同步
    • IEEE 802.1AS-2020 標準
    • IEEE 1588-2019 默認配置文件
    • IEEE C37.238-2017 能源概況
    • 8 ns 時間戳分辨率
    • 在入口或出口上加蓋時間戳的幀
  • IEEE 802.1Q 時間敏感網絡橋接
    • Qbv:計劃流量的增強功能
    • Qci:按流篩選和策略
    • Qbu:幀搶占
    • Qch:循環排隊和轉發
    • Qav:轉發和排隊增強功能
    • qcc:流式預留協議增強
    • 流數
      • 16000 個 TSN 第 2 層流
      • 256 個擴展查找流(IPV4、IPV6、PCP 等)
  • PROFINET SendList 控制
  • 高可用性和冗余
    • IEEE 802.1CB 幀復制和消除以實現可靠性
    • IEC62439-3:2016-03 符合 HSR/PRP 標準的協議,實現無縫故障轉移
    • IEC62439-3-2021-12 媒體冗余協議
  • 兩個端口上的自定義第 2 層,用于 PROFINET IRT、基于 EtherNet/IP 信標的 DLR、POWERLINK (100 Mbps)
  • 數據包輔助引擎可卸載主機并管理 TSN 和交換機功能
  • 用于 TSN 和工業以太網協議的便攜式 C 驅動程序
  • NETCONF 支持(驅動程序到 Sysrepo 轉換層)
  • 基于硬件信任根的安全功能
    • 安全啟動,帶防回滾的安全更新
    • 基于硬件的加密
    • 安全主機配對協議
    • 加密真實性檢查
  • 與外部主機處理器的接口
    • RMII、RGMII、SGMII、SPI、雙 SPI 或四通道 SPI
  • 權力
    • 3 個外部電源:1.1 V、3.3 V 和 VDDIO_x(1.8 V、2.5 V 或 3.3 V)
    • 1 Gbps 時每個端口的總芯片功率為 60 mW,VDDIO_B = 1.8 V 時完全利用
  • 封裝和溫度范圍
    • 256 引腳 CSP_BGA,14 mm × 14 mm,0.8 mm 間距
    • 196 引腳 CSP_BGA,12 mm × 12 mm,間距 0.8 mm
    • 額定溫度范圍為 ?40°C 至 +85°C 和 ?40°C 至 105°C

框圖
image.png

時序特征
image.png

image.png

引腳配置描述
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典型性能特征
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工作原理

交換機概述

ADN310和ADN310是具備3端口和6端口的千兆以太網第2層交換機,集成了安全功能,主要為工業以太網應用而設計。這些交換機可配置為創建不同的拓撲結構。每種交換機都能夠與端口速率高達1000Mbps的IEEE 802.3、IEEE 802.3u和IEEE 802.3ab設備配合使用。為了實現低功耗、低延遲系統,RMII和RGMII接口支持ADN310和ADN310端口之間的SGMII,以及背板連接和直接連接到服務器模塊。

在整個數據手冊中,對ADN310和ADN310的引用僅指這兩款設備之間的共性部分。

該交換機支持IEEE 802.1時間敏感網絡(TSN)功能,這些功能是IEEE 802標準為滿足行業需求所要求的。

該設備還包括硬件功能,以支持RPR或HSR冗余協議,從而消除主機處理器的負擔。

關于遺留技術方面,它支持(端口1和端口2)集成了IEEE 802.1AS的RENS技術,該技術允許簡單接口連接到經典的100Mbps工業以太網協議,如以下幾種:

  • PROFIBUS RT (Class B)和PROFINET IRT (Class C)
  • 帶設備級環網(DLR)的EtherNet/IP
  • POWERLINK
  • Modbus TCP

軟件驅動程序可使主機與交換機配合工作,以實現工業以太網協議棧。

主機接口選項包括:以太網或SPI(標準、雙線或四線SPI)。選擇以太網主機接口時,端口可配置為控制平面和數據平面,從而為工業以太網應用留出五個或兩個可用端口,分別對應ADN310或ADN310。主機處理器通過外部PHY層設備與交換機通信。VLAN、AV、VDIO_B允許靈活配置這些引腳的電壓,以實現簡單的接口,同時節省功耗。

端口概述

圖24展示了端口傳輸和接收的簡化概述。該交換機在所有六個端口上支持RMII和RGMII,在端口1到端口4上支持SGMII,并且端口相互獨立,因此可以操作不同的速度或接口。接口詳細信息在以太網接口部分討論。
image.png

在初始配置期間(主機配置交換機端口以進行流量控制操作),請參閱《SES_init》以獲取詳細信息,這些信息可作為ADN310產品頁面軟件驅動程序的一部分獲取。作為此配置的一部分,用戶必須識別每個端口的配置方式、MAC接口、端口速度,以及是否存在與端口相關聯的以太網PHY。然后,初始化還可以執行任何必要的接收MAC操作。

接收MAC會檢查傳入幀,驗證幀大小是否在最小和最大范圍之間,驗證幀內的幀間間隔(IFG)是否可接受,檢查幀是否已被預優先級處理,以及評估起始幀標記定界符(SBM)值、幀和幀校驗序列(FCS)。任何失敗的幀都將通過接收路徑被丟棄。

在進行各種檢查的同時,幀會被轉發到接收傳輸緩沖區,直到所有其他端口的傳輸緩沖區都已滿。傳輸端口會填充幀單元,直到收集到所有適當的信息并完成路由決策。

MAC、pMAC概述

MAC引擎由一個Express MAC (eMAC)和一個可預優先級處理的MAC (pMAC)組成。eMAC能夠從預優先級隊列(Q)中卸載數據包,并能夠存儲和轉發數據包。pMAC處理來自預優先級隊列的數據包,還監控隊列以確定片段是否屬于活動的預優先級隊列。MAC驗證并將可識別流量的片段分類為以下幾類:單播(SMD - C - u)、多播(SMD - C - m)和廣播(SMD - C - b),并計算幀校驗序列。它還識別任何

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