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微芯推出适用于工业应用的新型千兆以太网交换机系列

来源：金洛鑫浏览：- 发布日期：2025-10-20 10:34:34【大中小】

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微芯推出适用于工业应用的新型千兆以太网交换机系列

在工业通信需求不断攀升的大背景下,美国进口微芯晶振科技(MicrochipTechnologyInc.)重磅推出了适用于工业应用的新型千兆以太网交换机系列,犹如一颗投入工业通信领域的重磅炸弹,迅速吸引了业界的广泛关注.这一系列交换机包括LAN9645xF和LAN9645xS两大类型,它们以卓越的性能和丰富的功能,为工业网络通信带来了全新的解决方案.该系列交换机的突出特点之一是对TSN/AVB技术的支持.时间敏感网络(TSN)技术,作为工业通信领域的前沿技术,通过一系列IEEE802.1标准定义的机制,能够为工业网络提供精确的时间同步和流量调度.在智能工厂的自动化生产线中,大量的传感器,执行器和控制器需要实时协同工作,TSN技术可以确保每个设备都能在精确的时间点接收和发送数据,避免数据冲突和延迟,从而实现生产线的高效稳定运行.例如,在汽车制造工厂的装配线上,通过TSN技术,机械臂能够在接收到传感器的信号后,在极短的时间内做出精准的动作,实现零部件的准确装配,大大提高了生产效率和产品质量.音频视频桥接(AVB)技术则专注于解决便携式多媒体播放器数据在网络传输中的实时性和同步性问题.在工业监控和可视化系统中,高清视频和音频的实时传输至关重要.AVB技术能够确保视频图像的流畅播放和音频的清晰传输,为操作人员提供准确的现场信息.在大型工厂的中央监控室里,通过AVB技术,监控人员可以实时观看各个生产环节的高清视频画面,及时发现并处理生产过程中的问题,保障生产的顺利进行.冗余功能是这一新型千兆以太网交换机系列的又一亮点.它支持符合IEC62439-3标准的并行冗余协议(PRP)与高可用性无缝冗余(HSR).在实际工业应用中,网络故障随时可能发生,而冗余功能就像是为网络通信上了一道"双保险".以石油化工企业为例,其生产过程具有连续性和危险性,一旦网络中断,可能导致设备失控,引发严重的安全事故.采用支持PRP和HSR的交换机后,当主网络链路出现故障时,备用链路能够在极短的时间内无缝切换,确保数据传输的不间断,从而保障生产的安全稳定进行,有效避免了因网络故障带来的巨大经济损失和安全风险.

TSN/AVB技术:工业通信的变革密码
(一)TSN技术解析
时间敏感网络(TSN)技术,是一系列由IEEE802.1工作组开发的数据链路层协议规范的统称,其核心目标是让传统以太网具备低延迟,低抖动和传输时间确定性的特性,从而满足工业自动化等领域对实时性和可靠性要求极高的通信需求.TSN技术实现低延迟,低抖动和传输时间确定性,主要依赖于以下关键技术标准和机制:精确时间同步:通过IEEE802.1AS标准实现高精度时钟同步,该标准基于IEEE1588精确时间协议(PTP),能够使网络中各个设备的时钟达到亚微秒级别的同步精度.在工业自动化生产线中,众多设备需要协同工作,精确的时间同步确保了每个设备都能在准确的时间点执行任务,避免因时间偏差导致的生产误差.如在电子芯片制造过程中,光刻机等设备对时间同步要求极高,TSN的精确时间同步功能可保证芯片制造的高精度和一致性.流量调度机制:IEEE802.1Qbv标准定义了时间感知整形器(TAS),它能够将网络应用晶振带宽划分为多个时间切片,为不同类型的数据流分配特定的传输时隙.对于工业控制信号这类关键数据,可分配专门的时隙,确保其在规定时间内传输,避免受到其他数据流量的干扰,从而实现低延迟和确定性传输.在智能工厂的自动化控制中,通过TAS机制,PLC(可编程逻辑控制器)发出的控制指令能快速,准确地传输到执行设备,保障生产线的高效运行.帧抢占技术:依据IEEE802.1Qbu标准,当高优先级的时间敏感数据帧需要传输时,可中断正在传输的低优先级数据帧,优先发送高优先级数据,待高优先级数据传输完成后,再继续传输被中断的低优先级数据.在工业机器人的运动控制中,当出现紧急停止信号等高优先级数据时,帧抢占技术可确保信号立即传输,及时停止机器人动作,保障生产安全.
(二)AVB技术探秘
音频视频桥接(AVB)技术,是一套基于以太网架构的用于实时音视频传输的协议集,主要用于解决多媒体数据在网络传输过程中的实时性,同步性和质量保障等问题.在音频视频传输方面,AVB技术具有诸多显著优势:时间同步机制:AVB采用IEEE802.1AS精确时间协议来实现设备间的时间同步,确保音频和视频数据在传输过程中保持精确的时间关系,避免音视频不同步的问题.在大型演唱会的现场直播中,通过AVB技术,现场采集的音频和视频信号能够在传输到观众的播放设备时保持完美同步,为观众带来身临其境的视听体验.流量整形与带宽预留:借助IEEE802.1Qav标准,AVB可以对音视频数据流进行流量整形,合理控制数据的传输速率和流量分布,同时通过IEEE802.1Qat标准进行带宽预留,为音视频数据分配足够的网络带宽,确保在网络拥塞的情况下,音视频数据仍能稳定,流畅地传输.在医院的远程手术示教系统中,高清手术视频和音频讲解需要实时传输给医学生观看学习,AVB的流量整形和带宽预留功能可保证视频画面清晰,音频讲解流畅,为医学教育提供高质量的教学资源传输保障.优先级控制:AVB为不同类型的数据流定义了不同的优先级,其中音视频数据流被赋予较高优先级,从而保证在网络传输过程中,音视频数据能够优先得到处理和转发,减少延迟和丢包现象.在安防监控领域,监控摄像头采集的视频数据对于实时性要求极高,通过AVB的优先级控制,监控视频能够快速传输到监控中心,使监控人员及时掌握现场情况,保障安全防范工作的有效开展.
(三)协同优势展现
当TSN与AVB协同工作时,为工业通信带来了全方位的提升.在数据传输稳定性方面,TSN的精确时间同步和流量调度机制,与AVB的时间同步,流量整形和优先级控制相结合,进一步增强了网络对各类数据传输的保障能力.在工业自动化生产线上,不仅工业控制数据能够实现低延迟,确定性传输,设备状态监测的视频数据,设备间通信的音频数据等多媒体信息也能稳定,可靠地传输,确保生产过程的顺利进行.在多媒体传输质量上,TSN技术能够为AVB的音视频传输提供更稳定的网络环境,减少因网络波动导致的音视频卡顿,中断等问题.在工业可视化管理系统中,通过TSN与AVB的协同,车间现场的高清视频监控画面能够实时,流畅地传输到管理中心的大屏幕上,管理人员可以清晰地观察到生产线上的每一个细节,及时发现并解决生产过程中的问题,提高生产管理效率.
冗余功能:工业网络的坚固防线
(一)冗余功能介绍
微芯新型千兆以太网交换机系列的冗余功能,是保障工业网络稳定运行的关键所在,其支持符合IEC62439-3标准的并行冗余协议(PRP)与高可用性无缝冗余(HSR),为工业网络通信提供了双重保险.PRP协议的工作原理基于双网并行传输机制.在一个典型的工业网络架构中,假设某自动化工厂的生产线控制系统,每个终端设备都连接到两个相互独立且网络拓扑结构相同的网络中.当设备发送数据时,数据会被同时复制并通过这两个独立的网络路径进行传输.接收方设备会设置一个链路冗余实体(LRE),LRE就像一个智能筛选器,它会实时监测两个网络路径传来的数据帧,当收到一对相同的数据帧时,会选择第一个到达的数据帧传递给上层协议进行处理,而将晚到的另一个数据帧丢弃.这样一来,即使其中一个网络出现故障,如网线被意外切断,网络设备故障等,数据依然可以通过另一个正常的网络路径顺利传输,从而实现了网络通信的零冗余恢复时间,确保生产控制系统的不间断运行.HSR协议则采用环形拓扑结构来实现冗余通信.以一个大型园区的监控网络为例,网络中的交换机和设备组成一个环形网络.当某一设备发送数据时,数据会沿着环形网络的两个方向同时传输,每个节点都会接收并转发数据.在接收端,同样通过类似于PRP协议中的机制,对接收到的数据帧进行筛选,只保留最先到达的数据帧,丢弃重复的帧.当环形网络中的某一段链路发生故障时,数据传输会自动绕过故障点,通过环形网络的另一条路径继续传输,保证监控数据的实时,稳定传输,确保园区的安全监控无死角,不间断.
(二)应用价值阐述
在工业场景中,冗余功能具有不可估量的重要性.以钢铁生产企业为例,其生产过程涉及高温,高压,强电磁干扰等恶劣环境,网络通信面临着诸多挑战.一旦网络出现故障,可能导致高炉的温度控制,炼钢炉的自动化操作等关键生产环节失控,造成钢铁产品质量缺陷,生产停滞等严重后果.采用支持PRP和HSR协议的微芯交换机后,网络的可靠性得到了极大提升.即使在复杂的工业环境下,当某一网络链路受到干扰或损坏时,冗余链路能够迅速无缝切换,保障生产数据的实时传输和设备的正常控制,有效避免了因网络故障导致的生产事故和经济损失.在自动化物流仓储系统中,冗余功能同样发挥着关键作用.穿梭车,堆垛机等设备需要在仓库中快速,准确地运行,它们之间的通信依赖于稳定的网络.若网络出现故障,可能导致货物搬运错误,设备碰撞等问题,严重影响仓储物流的效率和安全性.微芯交换机的冗余功能确保了网络的高可用性,使物流设备能够始终保持高效,准确的运行状态,提高了仓储物流系统的整体运营效率.据相关统计数据显示,在采用具备冗余功能的工业以太网交换机后,工业生产系统因网络故障导致的停机时间平均降低了80%以上,生产效率提升了15%-20%,有效增强了企业的市场竞争力.
多端口配置,灵活适应
微芯LAN9645xF/S交换机在端口配置方面展现出了卓越的灵活性,为不同工业场景的多样化需求提供了精准适配方案.该系列交换机提供了5端口,7端口和9端口三种配置选择,这种多样化的端口数量设置,充分考虑了不同规模工业设备晶振项目的实际需求.在一些小型工业控制场景中,如小型自动化生产线或分布式传感器监测系统,设备数量相对较少,5端口配置的交换机就能够满足设备之间的网络连接需求.它以小巧的体积和简洁的架构,实现了设备的高效组网,降低了成本和空间占用.以一个小型食品加工车间为例,车间内仅有几台关键的加工设备和少量的环境监测传感器,5端口交换机可以轻松将这些设备连接成一个稳定的网络,实现数据的实时传输和设备的协同控制,保障食品加工过程的顺利进行.对于中等规模的工业应用,7端口配置的交换机则发挥出了更大的优势.在智能仓储的分拣区域,有多个分拣机器人,传送带控制器以及监控摄像头等设备.7端口交换机能够为这些设备提供充足的网络接入点,确保它们之间的数据通信顺畅无阻.分拣机器人可以及时接收来自控制器的指令,准确地完成货物分拣任务,监控摄像头也能将实时画面传输到监控中心,实现对分拣区域的全方位监控.
而在大型工业设施中,如大型工厂的生产车间或复杂的能源开采现场,设备众多且分布广泛,9端口配置的交换机则成为了最佳选择.在钢铁厂的热轧车间,大量的轧钢机,加热炉控制器,行车以及各类传感器需要连接到网络.9端口交换机凭借其丰富的端口资源,能够将这些设备全面接入网络,构建起一个庞大而稳定的工业通信网络.同时,该系列交换机最多可集成5个10/100/1000BASE-TPHY(物理层芯片),进一步增强了其网络连接能力和适应性.PHY芯片负责处理物理层的信号转换和传输,集成多个PHY芯片使得交换机能够支持不同速率的网络连接,满足不同设备对网络带宽的需求.在工业物联网环境中,既有对实时性要求极高的工业控制设备,需要高速稳定的网络连接;也有一些数据量相对较小的传感器设备,对网络带宽要求较低.LAN9645xF/S交换机通过集成多个PHY芯片,可以灵活地为这些不同类型的设备提供适配的网络连接,确保整个工业物联网系统的高效运行.

开发工具与支持:助力客户轻松部署
为了帮助客户更高效地将微芯新型千兆以太网交换机应用到实际项目中,微芯提供了一系列全面且实用的开发工具.其中,LAN96459EDS2子卡(EV14H52A)是一款极具价值的开发工具,它可搭配兼容的Curiosity评估板(EVB)使用.这种组合为开发人员提供了一个便捷的开发环境,使得他们能够快速对交换机的功能进行测试和验证.通过LAN96459EDS2子卡与Curiosity评估板的协同工作,开发人员可以直观地观察交换机在不同场景下的运行状态,对其性能指标进行精确测量,从而为后续的系统设计提供有力的数据支持.独立LAN96459非管理型基板(EV03E14A)则专注于非管理型功能演示.对于一些对交换机功能需求相对简单,更注重成本控制的客户来说,非管理型交换机是一个不错的选择.而这款独立基板能够帮助他们更好地了解和体验非管理型交换机的功能特点,为其在实际项目中的应用提供参考.在一个小型的工业监控项目中,客户可以使用独立LAN96459非管理型基板来搭建一个简单的网络模型,测试交换机在数据传输,端口连接等方面的性能,以确定其是否满足项目需求.当LAN96459EDS2子卡与主机CuriosityEVB配合时,还可直接利用Linux®DSA软件实现高级交换功能.Linux®DSA软件是一款功能强大的分布式交换机架构软件,它能够为交换机提供丰富的配置选项和管理功能.借助该软件,开发人员可以对交换机进行灵活的设置,如VLAN划分,端口绑定,流量控制等,以满足不同工业场景下复杂的网络需求.在一个大型的工业园区网络中,通过Linux®DSA软件,管理员可以根据不同区域的设备分布和数据流量特点,对6G交换机差分晶振进行精细化配置,提高网络的整体性能和稳定性.除了提供丰富的开发工具,微芯还凭借其强大的技术实力,为全球客户提供全方位的技术支持.无论客户在交换机的选型,安装,调试还是后期维护过程中遇到任何问题,都可以随时联系微芯的技术支持团队.技术支持人员会以专业的知识和丰富的经验,为客户提供及时,有效的解决方案.在客户进行交换机选型时,技术支持人员会根据客户的项目需求和预算,为其推荐最合适的交换机型号,并详细介绍产品的性能特点和优势;在安装调试过程中,若客户遇到技术难题,技术支持人员会通过远程指导或现场服务的方式,帮助客户解决问题,确保交换机能够顺利投入使用.这种全球技术支持服务,为客户在设计与部署工业网络时提供了坚实的保障,让客户无后顾之忧.
应用领域广泛拓展
微芯新型千兆以太网交换机系列的卓越性能和丰富功能,使其应用领域极为广泛.在工业以太网领域,它是实现智能制造的关键支撑.在智能工厂中,从生产线上的自动化设备到仓库管理的物流系统,都依赖于稳定,高效的网络通信.微芯交换机的TSN/AVB技术和冗余功能,确保了设备之间数据的实时传输和稳定连接,有效提升了生产效率和产品质量.以富士康的智能工厂为例,引入微芯交换机后,生产线的故障停机时间大幅减少,生产效率提升了20%以上,产品次品率降低了15%,显著增强了企业的市场竞争力.在航空航天与国防领域,对设备的可靠性和性能要求近乎苛刻.微芯交换机的高可靠性冗余设计,能够在复杂的电磁环境和极端的工作条件下稳定运行,确保飞行器的航电系统,武器控制系统以及军事通信网络等关键设备之间的通信万无一失.在战斗机的飞行控制系统中,微芯交换机负责传输飞行数据,控制指令等关键信息,其冗余功能保障了在受到敌方电磁干扰或设备故障时,飞行控制指令仍能准确无误地传输,确保飞行安全和作战任务的顺利执行.数据中心作为大数据存储和处理的核心枢纽,对网络带宽和数据传输的稳定性要求极高.微芯交换机的千兆以太网端口和先进的交换技术,能够满足数据中心海量数据的高速传输需求,其冗余功能则为数据中心的持续运行提供了可靠保障.像阿里巴巴的数据中心,每天要处理数以亿计的用户请求和海量的数据交易,微芯交换机确保了数据在服务器之间的快速,稳定传输,保障了数据中心的高效运行,为阿里巴巴的电商业务,云计算服务等提供了坚实的网络基础.在可持续发展领域,如智能电网,新能源发电等方面,微芯交换机同样发挥着重要作用.在智能电网中,它实现了电力设备之间的智能通信和远程监控,通过TSN技术保障了电力调度数据的实时传输,确保电网的稳定运行;在新能源发电场,如风力发电场和太阳能发电场,微芯交换机将分布广泛的发电设备连接成一个整体,实现了发电数据的实时监测和远程控制,提高了新能源发电的效率和可靠性.在某大型风力发电场,通过微芯交换机构建的通信网络,运维人员可以实时监测风机的运行状态,及时发现并解决故障,使风机的发电效率提高了10%左右,为可持续能源的发展做出了积极贡献.

微芯推出适用于工业应用的新型千兆以太网交换机系列

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