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　　工業(yè)網(wǎng)絡通信協(xié)議現(xiàn)狀

　　HMS 2025 工業(yè)市場份額年度報告顯示，工業(yè)以太網(wǎng)已成為工業(yè)自動化主流通信技術(shù)，其在新接入節(jié)點中的占比從 2024 年的 71% 上升至 76%。毫無疑問，工業(yè)以太網(wǎng)成為 PLC 與現(xiàn)場設備間通信的第一選擇，在 2025 年的研究中，HMS 得出結(jié)論稱，工業(yè)網(wǎng)絡市場仍在持續(xù)增長，預計未來五年的整體市場增幅將達到 7.7%。

　　HMS 2025工業(yè)通信協(xié)議市場份額報告

　　未來設備支持工業(yè)以太網(wǎng)通信無疑是一個流行的趨勢，但是在實際設備研發(fā)過程中，我們還發(fā)現(xiàn)了另外一個需求，即工業(yè)網(wǎng)絡通信協(xié)議與普通以太網(wǎng)通信并存的需要。工業(yè)設備在現(xiàn)場部署與長期運行過程當中，不僅僅需要與 PLC 連接，完成必要的工業(yè)控制通信，同時還需要考慮設備現(xiàn)場的后臺調(diào)試、監(jiān)控以及數(shù)據(jù)上傳等業(yè)務，尤其是隨著現(xiàn)在設備網(wǎng)絡化趨勢的加快，設備配套的監(jiān)控調(diào)試軟件也逐漸由后臺網(wǎng)頁取代，接口更加統(tǒng)一化，同時受限于數(shù)據(jù)安全問題，工程師的辦公電腦安裝軟件變得愈發(fā)困難。

　　設備以太網(wǎng)通信需求

　　工業(yè)以太網(wǎng)與普通以太網(wǎng)在物理層與數(shù)據(jù)鏈路層是相同的（EtherCAT 除外），即使是 EtherCAT 協(xié)議也提供了 EoE 子協(xié)議，用于 EtherCAT 設備兼容普通以太網(wǎng)通信協(xié)議。部分廠商在之前可能就采用了普通以太網(wǎng)為自家的設備開發(fā)了自定義工業(yè)通信協(xié)議，用于設備通信，在工業(yè)通信協(xié)議飛速普及的今天，自動化現(xiàn)場對工業(yè)通信協(xié)議的需求，推動了工業(yè)通信協(xié)議一定程度上取代自定義的協(xié)議，但是設備本身可能需要保留如后臺網(wǎng)頁、數(shù)據(jù)采集監(jiān)控等功能，因此，廠家除了需要實現(xiàn)工業(yè)以太網(wǎng)通信接口外，還需另外開發(fā)一個以太網(wǎng)接口，一方面增加了設備控制器的 PCB BOM 成本，另一方面，如果保留原有接口，這意味著一臺設備在現(xiàn)場需要連接至少兩條網(wǎng)線，一條用于工業(yè)以太網(wǎng)通信，一條則用于普通以太網(wǎng)通信，這也增加了現(xiàn)場網(wǎng)絡布線的復雜性與布線成本。

　　Anybus CompactCom 40 以太網(wǎng)模塊本身提供了豐富的以太網(wǎng)功能，包括后臺網(wǎng)頁以及網(wǎng)頁對應的 JSON 開發(fā)接口，用戶可根據(jù)實際需要，利用 JSON 接口自行開發(fā)網(wǎng)頁界面。

　　同時 Anybus CompactCom 40 的驅(qū)動程序中提供了 TCP/IP 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的 API 接口，用戶通過 SPI 通道將數(shù)據(jù)傳輸至模塊，由模塊將數(shù)據(jù)封裝成 TCP/IP 協(xié)議棧數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，這極大方便了工程師擴展設備的以太網(wǎng)通信功能，完全可以滿足技術(shù)復雜度不高的以太網(wǎng)應用場景。

　　如果設備原先已有成熟的后臺網(wǎng)頁、基于以太網(wǎng)報文的私有協(xié)議等軟件組件，在設備升級工業(yè)通信協(xié)議時不想二次開發(fā)，那么基于 Anybus CompactCom 40 Ethernet RMII 接口的應用移植則是一個更優(yōu)的解決路徑。

　　Anybus CompactCom 40 如何同時支持工業(yè)/通用以太網(wǎng)？

　　Anybus CompactCom 40 Ethernet 模塊在應用側(cè)，即與 MCU 連接的部分，預留了 RMII 接口，用于主控 CPU 的以太網(wǎng) MAC 控制器連接，用于實現(xiàn)普通以太網(wǎng)。Anybus CompactCom 40 本身內(nèi)部集成了工業(yè)以太網(wǎng)通信協(xié)議棧，且通過 SPI 或 UART 接口與 MCU 交互與 PLC 之間的工業(yè)通信數(shù)據(jù)。在網(wǎng)絡側(cè)，普通以太網(wǎng)與 Anybus CompactCom 40 內(nèi)部的工業(yè)通信以太網(wǎng)共享同一個 RJ45/光纖接口。現(xiàn)場布線僅需要一根網(wǎng)線，降低了布線成本。

　　MCU與Anybus CompactCom 40硬件連接示意

　　這與 Anybus CompactCom 40 在驅(qū)動側(cè)通過預留 API 接口 TCP/IP 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)不同，基于 Anybus CompactCom 40 Ethernet RMII 接口實現(xiàn)的普通以太網(wǎng)的通信，保留了設備從 MAC 數(shù)據(jù)鏈路層到應用層的所有層級通信協(xié)議的開發(fā)能力，理論上通過軟件移植，各類私有協(xié)議、TCP/IP 協(xié)議棧、加密傳輸、后臺網(wǎng)頁等功能都可以進行移植，因此對于設備原有的以太網(wǎng)應用層軟件基本可以做到無縫銜接，避免了二次開發(fā)的冗余工作。

　　OSI七層模型

　　STM32F407ZGT6 芯片集成符合 802.3 規(guī)范的以太網(wǎng) MAC 控制器，基于此芯片平臺連接該芯片與 Anybus CompactCom 40 的 RMII 接口，進行以太網(wǎng)通信的測試，通過定義一個 EtherType 為 0x88b5、Data payload 為“HELLO HMS”，廣播發(fā)送私有以太網(wǎng)協(xié)議報文。通過 Wireshark，可以很輕松地抓取到該報文如下圖，并將其解析出來，這個測試本身不太涉及應用層軟件的修改，基于 STM32 現(xiàn)有的以太網(wǎng)軟件例程在 PHY 適配部分進行簡單修改，即可達到測試的目的。這清楚地向我們展示了 STM32 非工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議與 Anybus CompactCom 40 工業(yè)以太網(wǎng)通信協(xié)議并駕齊驅(qū)的可行性，為設備以太網(wǎng)功能集成、高效部署的需求提供了開發(fā)基礎。

　　Wireshark抓包

　　總結(jié)

　　在工業(yè)設備 IT 與 OT 通信融合并存需求增長的背景下，Anybus CompactCom 40 的 RMII 功能可以將二者很好地結(jié)合，從降低成本、減少設備接口復雜性、減少網(wǎng)絡線纜部署等方面可以看出，Anybus CompactCom 40 是一個不錯的優(yōu)選方案。

　　HMS 公司 Anybus 品牌旗下的 CompactCom 40 嵌入式模塊，同時支持多種工業(yè)通信協(xié)議，該系列模塊僅需一次開發(fā)，一個平臺就可以同時支持 PROFINET、EtherCAT、EtherNet/IP、DeviceNet、CC-Link、PROFIBUS、Modbus 等多種協(xié)議。

　　模塊提供 UART/SPI/PCIe 接口（任選其一），接入設備的主控制器 CPU/MCU，主控制器通過 SPI/UART/ PCIe 接口與模塊交換數(shù)據(jù)，開發(fā)者不需要關心工業(yè)通信協(xié)議本身如何實現(xiàn)，基于免費提供的工程板樣品，最快一到兩天就可以實現(xiàn)方案驗證，感興趣就快速與我們聯(lián)系吧！