統一以太網解決方案的制作方法
【專利說明】統一W太網解決方案
[OOCM] 相關申請
[0002] 本申請要求美國臨時申請N〇.61/837,022的權益，其提交日為2013年6月19日， 在此通過引用并入其全文，為了每個允許或不禁止運種引用并入的PCT成員國和區域的目 的。
技術領域
[0003] 本公開一般設及工業網絡，更具體地，設及集成電路，其支持多個工業W太網協 議、現場總線協議和工業應用處理等，從而提供單個硬件平臺，該單個硬件平臺可用于建立 在工業網絡中實施的各種自動化裝置/設備（因此提供專用標準產品（ASS巧）。
【背景技術】
[0004] 工業自動化/控制系統被用于控制包括處理、機器等的各種各樣的系統的操作， 并且，通常通過多個控制系統組件或裝置（如控制模塊，I/O模塊，I/O設備等）的配置和 互連適配于不同控制應用?，F有的工業控制系統通常包括處理器，其運行或執行控制程序， W與I/O系統（例如，通常是一個或多個I/O模塊或裝置）交互，來從現場傳感器接收模擬 和/或數字輸入形式的系統信息，并將輸出（模擬和/或數字）提供到一個或多個致動器。 工業控制系統越來越多地與制造設施中的管理信息和其它系統互連，并且，可W可操作地 連接到任何數量的通信網絡，W促進各種業務管理功能，如除了處理/機器控制功能之外， 還有庫存控制、會計、生產控制等。
[0005] 整合業務和控制網絡結構W將工業控制系統與通用目的系統互連的期望、連同快 速W太網的演進與發展（例如，在具有全雙工模式的切換模式中），已允許工業W太網（如 W太網/IP網絡，其允許現場裝置到W太網的直連）被廣泛用于工業應用。事實上，在工業 自動化中，工業W太網正在成為占主導地位的（如果不是必須的）技術。
[0006] 但是，大量工業W太網協議（例如，對應于各種各樣的現場總線協議），其中有許 多需要?？诘模ɡ?，非標準）MAC設計（例如，為了實時響應），向工業自動化設備/部件 和系統的設計人員和/或供應商/經銷商（如忍片和電路板設計人員/經銷商、裝置（例 如，控制器、I/O模塊、驅動器等的設計人員/OEM))提出了很多技術和成本挑戰，其與支持 多個因特網W太網協議的設備/產品相關聯。
[0007] 此外，雖然各種具有W太網/IP能力的現場裝置（例如，致動器、馬達、閥）已經成 為商業可得的，但許多現場裝置（例如，低體積或專口化的、和/或低成本的設備，如低成本 傳感器等）可能未被提供工業W太網通信功能，運是因為，并入W太網通信功能的成本對 于運樣的設備可能是過高的。運樣，運些現場設備通常使用傳統的工業現場總線網絡來提 供通信。但是，將運樣的現場總線裝置與工業W太網網絡連接需要鏈路裝置（例如，橋），其 占據了W太網節點，并增加了系統配置和維護復雜性。
[0008] 由此，需要改進的裝置和方法，用于多個工業W太網協議的低成本和高效支持。
【發明內容】
[0009] 本發明的一些實施例提供了集成電路，其支持多個工業W太網協議、現場總線協 議和工業應用處理等，從而提供可用于建立在工業網絡中實施的各種自動化裝置/設備 (如控制器，現場裝置，網絡通信節點等）的單個硬件平臺。
[0010] 在一些實施例中，單片集成電路包括：至少一個應用處理器核，其可操作為執行工 業應用和W太網連接/管理代碼，包括標準W太網連接/管理代碼和工業W太網連接/管 理代碼；實時處理模塊，其被配置為支持多個工業W太網數據鏈路層；接口，其被配置為禪 接到外部的非易失性（例如閃存）存儲器，至少一個應用處理器被配置為從所述非易失性 存儲器就地（inplace)執行處理；W及片上RAM,其具有足W消除至少一個應用處理器核 執行操作系統、工業應用、W及W太網連接/管理代碼時對外部RAM的需要的容量。在一些 實現方式中，單片集成電路不包括片上閃存。
[0011] 一些實施例提供單片集成電路，包括：至少一個處理器；片上RAM,其被配置為可 作為主執行存儲器操作，用于由至少一個處理器執行（i)工業應用代碼、W及（ii)W太網 連接/管理代碼，包括對應于相應的工業W太網協議的多個工業W太網找；電路，其被配置 為支持用于多個工業W太網協議中的每個的數據鏈路層。W及電路，其被配置為支持傳統 (legacy)現場總線協議。所述至少一個處理器中的至少一個可W被配置為從外部非易失性 存儲器就地執行（i)工業應用代碼；（ii)W太網連接/管理代碼的至少一部分；W及（iii) 操作系統中的至少一個。在一些實現方式中，單片集成電路不包括片上閃存，且可選地，單 片集成電路不包括用于存儲（i)工業應用、（ii)W太網連接/管理代碼和（iii)操作系 統中的任一個或多個的任意片上非易失性存儲器。
[0012] 一些實施例提供工業網絡，包括：至少一個現場裝置，包括根據上面概括的任一說 明性實施例的單片集成電路；至少一個自動化控制單元，包括根據上面概括的任一說明性 實施例的單片集成電路；W及至少一個操作者單元，其具有操作者接口，包括根據上面概括 的任一說明性實施例的單片集成電路。所述至少一個現場裝置可W包括輸入/輸出單元、 傳感器和致動器中的至少一個。所述至少一個控制單元可包括可編程邏輯控制器、可編程 自動化控制器、通信模塊和驅動器中的至少一個。所述至少一個操作者單元可包括人機界 面（HMI)裝置和SCADA計算裝置中的至少一個。
[0013] 一些實施方式提供用于由單片集成電路的至少一個應用處理器核執行工業應用 和W太網連接/管理代碼（包括標準W太網連接/管理代碼和工業W太網連接/管理代 碼）的方法，單片集成電路包括：實時處理模塊，其被配置為支持多個工業W太網數據鏈路 層；接口，其被配置為禪接到外部的非易失性（例如閃存）存儲器，至少一個應用處理器被 配置為從所述非易失性存儲器就地執行處理；W及片上RAM;該方法包括利用片上RAM作為 主執行存儲器，用于由至少一個應用處理器核執行操作系統、工業應用、W及W太網連接/ 管理代碼。
[0014] 為便于參考，本公開使用術語UES(通用W太網解決方案）來指運樣的集成電路的 一些實施例。此外，為便于參考和方便，術語"數據段"（或，在某些上下文中，術語"數據"） 在本文中用于一般性地指代與程序關聯的初始化數據段和未初始化數據段（例如，BS巧存 儲器空間部分，運些段包括靜態變量和全局變量。同樣，為了方便和便于參考，每個術語"非 代碼段"、"用戶數據"和"進程數據"在本文中用于共同地表示與程序的執行相關聯的數據 段、堆找、堆存儲器空間部分。此外，術語"標準W太網"在本文中用于根據需要而明確指代 不受硬實時約束的W太網，而一般性術語"W太網"可W指任何W太網協議，不論是否受硬 實時約束，除非上下文另有明確說明。
[0015] 此外，在整個說明書和權利要求書中，W下術語采取至少本文明確相關聯的含義， 除非上下文另外指示。W下所標識的含義不一定限制術語，而僅提供對術語說明性示例。本 文所用的"實施例"并不一定指同一實施例，盡管它可W是同一實施例。此外，"一個"、"一 種"和"該"的含義包括復數的引用；因此，例如，"實施例"并不限于單個實施例，而指是一 個或多個實施例。類似地，短語"一個實施例"并不一定指同一實施例，并且不限于單個實 施例。如本文所用，術語"或"是一種包容性"或"操作符，并且等同于術語"和/或"，除非 上下文另有明確說明。術語"基于"不是窮舉性的，并且允許是基于未描述的附加因素，除 非上下文另有明確規定。此外，如本文所用，除非上下文另有明確說明，術語"禪接"指的是 直接連接或通過一個或多個中間組件間接連接，在某些情況下，還可W表示或包括電禪合， 如導電禪合、電容禪合和/或電感禪合。
[0016] 本領域的技術人員將理解，上述簡要概述W及下面的描述是本發明的一些實施例 的示例（即，說明性的）和解釋，既不是代表也不是包括本發明的范圍之內的所有主題和實 施例，并且不旨在限制性本發明或限制本發明可通過各種實現方式實現的優點。因此，隨后 的描述連同附圖（構成本發明的一部分，其中一些被引用）用于解釋和說明本發明的一些 實施例W及一些實施例的原則。
【附圖說明】
[0017] 基于非限制性和非窮舉性實施例的W下描述與附圖結合，本發明的一些實施例的 方面、特征和優點（關于結構和操作）將變得更加明顯，其中在各個附圖中，同樣的附圖標 記表示相同或類似的部件，并且其中：
[001引圖1示意性地繪出了根據某個實施例的肥S集成電路忍片的框圖；
[0019] 圖2示意性地繪出了根據本發明的一些實施例的肥S忍片（代表低成本的W太網 解決方案）的說明性的高級化i曲level)架構；
[0020] 圖3繪出了根據一些實施例的肥S忍片的說明性版本；
[0021] 圖4繪出了根據一些實施例的肥S忍片的說明性版本；
[0022] 圖5繪出了根據一些實施例的說明性肥S，其包括兩個CodexA7核；
[0023] 圖6是示出根據一些實施例的說明性可用IP化庫的所有W太網服務的說明性存 儲器需求的說明性圖；
[0024] 圖7通過非限制性示例繪出了說明性IP化庫中可用的所有服務；
[0025] 圖8繪出了工業網絡架構的演進、W及根據一些實施例的肥S如何使得工業網絡 能夠朝向IP為中屯、的網絡的進一步演進，由此示出根據一些實施例的IP為中屯、的網絡；
[0026] 圖9A示意性地繪出了根據一些實施例的在控制器和其它智能裝置中使用的說明 性肥S忍片；
[0027] 圖9B示意性地繪出了根據一些實施例的用作協處理器（如在W太網選項卡 巧thernetOptioncard)中）的說明性肥S忍片；
[002引圖9C示意性地繪出了根據一些實施例的在裝置級別上（例如，在I/O和現場裝置 中）實施的說明性UES忍片；
[0029] 圖10示意性地繪出了根據一些實施例的在同一肥S忍片中集成的S個目