備，同時適應 Ethernet POWERLINK 和 EtherCAT，那么，您需要：1)設計、開發，并維持兩組驅動設計;或者 2)包括 ASSP 以支持多種協議 —— 希望協議不會變化;或者 3)使用可編程平臺表 1 列出了流行于全世界的某些競爭以太網標準。

表 1. 基于底層現場總線協議的競爭以太網標準

過去，當工業以太網標準使用標準 MAC/ 交換時，很容易采用微處理器單元 (MPU) 進行通信。如果您需要支持新標準，您只需要交換協議棧 ( 軟件 )。但是，正如前面所討論的，很多新標準需要特殊的 MAC 實現。很顯然，應對這些新標準時，在標準 MPU 上采用標準以太網 MAC 和交換機對通信協議進行標準化處理是不夠的。

某些 MPU 供應商開發了新方法，例如開發專用嵌入式處理器使用的定制微代碼，用于仿真非標準 MAC。但這些是很深奧的方法，可能會有不知道的缺陷。需要特殊 MAC 實現的協議通常采用定制硬件方法，取決于產量以及要求的價格點而使用 ASIC 或者 FPGA。

此外，MAC 設計總是有可能隨著標準的發展而改變。為保證您的設計今后不會過時，采用可編程方法是最安全的。

向千兆以太網的發展

另一考慮是今后向千兆以太網發展。由于幾乎所有的 FPGA 都支持千兆以太網，即使標準開始向高于 1 Gbps 速率發展，經過深思熟慮的系統設計也需要新的 FPGA 編程文件來支持這類標準的發展。在可編程架構中以深度嵌入的功能來實現工業以太網使您不僅能夠以相同的硬件靈活的支持多種協議，而且還受益于高度集成的設計：功耗、成本和外形封裝。

未來是芯片驅動

與基于 ASIC、ASSP、MCU 和 DSP 器件的傳統驅動技術不同，基于一個 Altera® Cyclone® V FPGA 等單片 FPGA 平臺的驅動系統提供了可擴展平臺，滿足了各種驅動需求，如圖 4 所示。

圖 4. 芯片驅動系統設計降低了 BOM 成本，減小了外形

Altera FPGA 支持您采用多種處理器體系結構，例如，Nios® II 嵌入式軟核處理器，或者功能更強大的雙核 ARM® CortexTM-A9 MPCoreTM 硬核處理器。采用最新的工業以太網協議、數字編碼器接口、浮點算法以及器件增強功能，例如，存儲器控制器、精度可調 DSP 模塊和收發器以及基于 FPGA 的電機控制系統，支持多種操作系統，使您能夠集成傳統的 FPGA 功能和驅動控制環以及通信協議功能。采用單芯片實現驅動系統的這些數字功能，因此，工業以太網成為集成到 FPGA 中眾多的功能模塊中的一個。

簡化工業以太網許可和設計

讓我們從系統規劃人員設計驅動模塊的角度了解一下某些難點：

(1)系統必須能夠采用多種工業以太網協議重新編程，這樣，系統可以采用任何可編程邏輯控制器 (PLC) 進行工作。

(2)OEM 需要使用多種經過硬件測試的工業以太網協議。由于產品面市和預算壓縮了所有時間，因此，不可能與每一協議供應商分別進行協商。

(3)不同的驅動模塊支持不同的特性，有不同的價格，因此，非常重要的是協議知識產權 (IP) 能夠適用于多種 FPGA。

為解決這些難題，設計人員需要向 OEM 提供大部分從機工業以太網協議，而且沒有前端許可，沒有單獨的版稅。這類解決方案是由 Altera 和 Softing 工業自動化有限公司提供的，這是一家制造和過程自動化工業通信產品和技術前沿供應商。采用 Altera 和Softing 解決方案，您能夠使用圖 5 顯示的所有協議，不需要許可協商，沒有前端許可成本，也不需要單獨的單片版稅。相反，通過四個快捷步驟提供解決方案：

(1)選擇要實現的工業以太網協議 —— 甚至選擇一個以上。

(2)從 Softing 下載定制從機協議 IP 和軟件堆棧，適用于所有 Altera Cyclone 系列FPGA。

(3)在 Quartus® 軟件和硬件 ( 開發套件 ) 中評估您自己設計中的 IP。

(4)從 Altera 購買特殊安全 CPLD，在產品中實現任何所選擇的協議。

圖 5. 使用 Altera FPGA 和 Softing IP 支持您設計大部分從機工業以太網協議，具有完整的 “ 無困難 ” 許可

協議 IP 的結構

讓我們看一下協議 IP 的結構，您可以下載它來實現您需要的工業以太網協議。工業以太網協議 IP 有邏輯組件和軟件 ( 堆棧 ) 組件。邏輯組件為各種協議實現所需的硬件模塊，例如，PROFINET 和 EtherNet/IP 交換模塊，以及 POWERLINK 集線器，等。以 “ 黑盒 IP” 的形式提供 IP，意味著，不提供內部源 RTL。必須通過定義好的有記錄的接口來使用這一 IP。

軟件組件包括運行在免費操作系統 (OS) 中的協議棧，例如，eCOS，