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10BASE-T1S是什么?可以用在哪里?

2020-11-24 來源:EEWORLD

本文作者Microchip Joe Bush


基于以太網和Internet協議(IP)的網絡無處不在。您可以在標準計算機網絡以及汽車,IoT和各種自動化應用程序中找到它們,它已經存在了近50年。Microchip Technology高級經理Henry Muyshondt解釋道。


以太網通過幾種不同的物理介質提供可擴展的帶寬,從每秒幾兆位到每秒幾千兆位,經過驗證的軟件堆棧可用于確保在介質上的可靠傳輸。


安全性是這項技術必不可少的要素,并且有明確定義的框架將其包含在基于以太網的系統中。


以太網的面向服務的體系結構通過封包功能和數據管理來幫助完成復雜性工作。許多系統可重復使用統一通信機制輕松地相互通信,并允許將服務輕松移動到網絡中的適當位置。


過去,有許多不同的技術協議已用于互連不同的設備。在工業自動化領域,有各種現場總線,Ethercat,RS-485,UART等。在汽車領域,使用MOST,CAN,LIN和其他網絡,要求復雜的網關設備在域之間進行通信。在計算機服務器市場中,我們看到來自汽車界的I2C,GPIO,SPI甚至CAN用于管理各種子系統。


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圖1.說明了以太網體系結構連貫的優勢


這些中的每一個都使用其自有的硬件接口并實現不同的軟件堆棧。EMC行為各不相同。全以太網體系結構具有許多優勢,因為可以使用相同的協議,而與物理層無關。以太網幀無論以10Mbit / s還是10Gbit / s的速率傳輸,看起來都是一樣的。


當為特定應用擴展帶寬時,不需要復雜的網關。通常,單個交換機可以配備以不同速度運行的PHY芯片,并且幀可以從一個域無縫移動到另一個域,而無需修改數據。


無處不在的以太網體系結構簡化了工業、計算機或汽車領域中許多不同應用的設計、配置和控制。相同的技術專長可以用于不同的市場。無論需要傳輸多少數據,都可以使用相同的機制,因為以太網幀并未針對不同的速度等級進行修改。此外,針對以太網通信基礎架構,還擁有一個龐大的硬件和軟件供應商生態系統。


以太網世界已經設計了架構,以確保通過以太網鏈路傳輸信息的安全性和私密性,此安全基礎結構已廣為人知。


10BASE-T1S——新的IEEE標準


IEEE開發了以太網標準的新變體,該標準在單對物理層上提供10Mbit / s的帶寬。該規范稱為IEEE Std 802.3cg-2019。詳細信息已經完成,該規范應于2020年初發布。該規范擴展了帶寬范圍低端的現代以太網物理層的范圍。


IEEE標準指定的一種變體稱為10BASE-T1S。S代表短距離,還定義了一種稱為10BASE-T1L的長距離變體,其最大距離為1 km。本文重點介紹10BASE-T1S。


10BASE-T1S使用多點拓撲,其中每個節點都使用單根電纜連接。這消除了對交換機的需求,并減少了電纜的數量。每條電纜僅使用一對電線,而不是典型的以太網電纜中使用的四對電線,互連甚至可以在印刷電路板上實現。該標準規定可以連接至少八個節點,但可以連接更多的節點。它還指定了25m的總線長度,每個節點都有10cm的存根。所有節點共享10Mb/s帶寬。


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圖2.顯示了共享總線的概念


該標準還指定了一種稱為物理層沖突避免(PLCA)的仲裁方案,該方案可充分利用可用帶寬,同時減少延遲并提高服務質量(QoS)。


Microchip一直是IEEE標準流程的主要貢獻者,不僅包括芯片,還包括應用板以及仿真、實現和分析網絡系統所需的工具來提供支持。


物理層避免沖突(PLCA)詳細信息


啟動PLCA后,只有擁有傳輸機會的PHY設備才被允許發送數據。傳輸機會以循環方式分配。每個PHY可以在其發送機會期間進行發送,然后可以發送信息幀。當主節點發送信標時,新的周期開始。圖3說明了該過程。


在實踐中,已經觀察到兩個節點之間的往返延遲小于半毫秒,當使用用于測量IP網絡上最大可實現帶寬的iperf3工具時,幾乎可獲得10Mbit / s的全速。


應用領域


10BASE-T1S技術在建筑/工業自動化,汽車和計算機應用中正受到關注。


在工業應用中,此互連方案已在許多應用中部署,以提供系統內管理并連接許多設備,例如風扇,溫度傳感器,電壓監視器等。即使是簡單的設備,例如開關,按鈕,指示燈等,都可以使用以太網方案來解決。


在汽車中,各種傳感器需要較低的帶寬并受益于網絡體系結構,它使子系統更易于擴展以適應不同的車輛的部署。


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圖3.當主節點發送信標時,新的周期開始


在計算界,服務器和交換機內部的系統內管理接口以及用于配置和監視大型服務器的應用程序都需要10BASE-T1S。與工業世界類似,可以使用以太網輕松訪問各種設備,例如風扇,溫度傳感器和電壓監視器。


盡管數據線傳輸功率(PoDL)的傳輸尚未完全標準化,但已有一些工作組在研究制定中,IEEE正在擴展802.3cg規范,包括添加PoDL。10BASE-T1S物理層是交流耦合的,因此可以為遠程設備供電。


結論


10BASE-T1S具有以下主要功能,可將以太網技術擴展到新的應用程序:


多點物理層

沒有沖突

高效的帶寬利用

確定性和低延遲

安全機制


無處不在的以太網體系結構簡化了工業、計算機或汽車領域中許多不同應用的設計、配置和控制。


10BASE-T1S組件正在市場上發售,并且已經在新系統設計中實施。

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