利用FPGA实现工业以太网交换机设计优化

延长产品生命周期

FPGA的可编程能力是上述设计优势的关键。从单一硬件平台出发，设计师可以很容易地实现支持不同工业以太网协议(如EtherCAT、 ProfiNet等)的交换机。该开发板可支持同一系统内或来自相同以太网端口的不同工业以太网协议。

这是借助实现不同的媒体接入控制器(MAC)硬件模块和嵌入式处理器软件以支持不同以太网标准和IEEE 1588功能来实现的。能方便地再利用以前设计的能力以及现成IP的可用性意味着与采用ASIC或ASSP器件的设计相比，基于FPGA的设计可在很短时间内生成一个支持新特性的配置。

FPGA从一个串行闪存内加载硬件配置和嵌入式处理器软件。在生产过程中甚至设备被交付到现场后，都可方便地通过改写闪存内容来改变FPGA的硬件和软件功能。

FPGA内的可编程硬件和软件处理能力意味着设计师可以通过作为硬件或软件的应用程序来整合所需的额外功能。通过简单地再编程FPGA就可实现新功能的能力是对产品未来的保证(如支持IEEE 1588 v2.0)，还能非常快速地将新特性呈献给客户。

因为FPGA的生命周期很长，设备制造商完全不用担心潜在的器件终息风险。由于设计是基于IP的，所以将设计移植到下一代FPGA也比较方便，从而使设计师有可能从下一代FPGA产品可能更低的成本或更强的性能方面受益。加之容易进行现场升级的能力，使得FPGA实现成为很容易在整个产品周期内获得支持的产品开发的最佳方式。

该参考设计采用Altera的 Stratix II FPGA，允许将全部Nios II处理器代码储存在片上存储器内，不过成本更低的系统可以采用Altera企业系统的Cyclone III系列FPGA器件实现。

嵌入式交换矩阵IP

图3显示的是MorethanIP GmbH企业系统的嵌入式八端口交换矩阵，它包含8个符合以太网802.3规范的10/100Mbps MAC，每个MAC都支持IEEE 1588，这意味着它可以采用来自可编程定时器的本地同步高精度时钟给每个进来的1588数据帧"盖"以时间标记。

图3：符合IEEE 1588标准的MorethanIP公司八端口交换机架构框图。

作者：Francois Balay   来源：电子工程专辑