如何简化低功耗处理器以太网连接？

实现这一愿景存在系统工程方面的挑战，因为其中一些传感器受功率和空间的限制。适用于传感器和执行器应用、具备强大内部存储功能的低功耗、超低功耗微控制器市场需求日益增长。但大多数这样的处理器都有同样的问题，那就是没有集成的以太网MAC，不支持MII、RMII或 RGMII媒体独立（以太网）接口。传统的PHY无法与这些处理器相连。

为什么要使用10BASE-T1L MAC-PHY？

为了与更多低功耗设备实现远程以太网连接，需要用到10BASE-T1L MAC-PHY。借助10BASE-T1L MAC-PHY，可以通过SPI将以太网和处理器连接在一起，从而减轻处理器的负担。MAC功能现在直接与10BASE-T1L PHY集成。10BASE-T1L MAC-PHY支持各种超低功耗处理器，为设备架构师提供灵活的选择。通过优化应用分区，10BASE-T1L MAC-PHY可以利用流程自动化中的以太网APL来实现更低功耗的现场设备，实现区域0本质安全部署。在智能楼宇应用中，MAC-PHY可将更多较低功耗的设备连接到同一个以太网。智能楼宇应用包括HVAC系统、消防安全系统、门禁、IP摄像机、电梯系统和状态监控。

10BASE-T1L MAC-PHY高级包过滤

集成了MAC功能的10BASE-T1L PHY可以优化网络上的以太网流量。具备高级包过滤功能的10BASE-T1L MAC-PHY可以大幅减少处理广播和多播通信的开销，把处理器从这个任务中解放出来。按目标MAC地址进行过滤是关键。MAC-PHY可以对多达16个单播或多播MAC地址进行过滤，而不仅仅是单个MAC地址。此外，地址掩码可支持两个MAC地址。这提供了很大的自由度，过滤可用于设备地址和共同支持的多播地址，例如链路层发现协议(LLDP)。通过为优先级更高的消息提供额外的队列，可以优先处理某些消息，从而改善延迟，增强鲁棒性。帧的优先级可以通过MAC过滤表来识别。例如，可以将广播消息送入优先级较低的队列、将单播消息送入优先级较高的队列，从而防止接收器因广播风暴或流量激增而发生过载。这些MAC-PHY过滤特性可以增强设备的网络负载鲁棒性。MAC还收集帧统计信息，以便于监控网络流量和链路质量（见图1）。

图1. 10BASE-T1L MAC-PHY可以通过高级包过滤明显降低设备的功耗和复杂度。

MAC-PHY中的MAC还支持IEEE 1588；因此，流程自动化需要802.1AS时钟同步。MAC-PHY支持同步计数器、接收消息的时间戳和发送消息的时间戳捕获。这大幅降低了软件设计的复杂度，因为除了MAC-PHY本身之外，不需要额外的硬件就能实现时间同步。MAC可生成定时到同步计数器的输出波形，因此，可用于同步外部应用级操作。SPI接口支 Open Alliance 10BASE-T1x MAC-PHY串行接口。Open Alliance SPI是一种新型高效SPI协议，专为MAC-PHY而设计。

何时使用10BASE-T1L MAC-PHY和10BASE-T1L PHY？

10BASE-T1L PHY和10BASE-T1L MAC-PHY在不同的用例中各有明显优势。在功率关键型应用中，10BASE-T1L MAC-PHY在主处理器的选择上提供了更大的灵活性，可以采用未集成MAC的超低功耗处理器来实现更低的系统功耗。在对现有设备进行升级以提高以太网连接性时， 10BASE-T1L MAC-PHY提供了通过SPI端口重新利用现有处理器和提高以太网连接性的方法，无需迁移到集成MAC的更大处理器。

对于现场或边缘设备需要高性能处理器（可能已集成MAC）的高性能应用来说，10BASE-T1L PHY结合MII、RMII和RGMII接口支持快速开发10BASE-T1L PHY。通过重新利用现有MAC接口驱动程序来添加以太网连接性便可实现（见图2）。

提高了未来以太网互联流程安装的灵活性

10BASE-T1L PHY (ADIN1100)和10BASE-T1L MAC-PHY(ADIN1110)的出现，让设备架构师有了更多的选择，可满足未来的以太网互联制造安装要求。超低功耗设备和高性能设备可以同时部署在同一个以太网上，且符合危险区域用例要求的严格最大功率限制。10BASE-T1L 功率开关和10BASE-T1L现场开关需要将鲁棒低功耗10BASE-T1L PHY与工业以太网开关结合，以部署干线和和支线网络拓扑，进而在单条双绞线上同时提供功率和数据（包括危险区域用例）。

现场设备连接既需要10BASE-T1L PHY，又需要10BASE-T1L MAC-PHY，以便实现以太网与各种现场设备的连接。包括流量计在内的较高功率现场设备采用集成MAC和10BASE-T1L PHY的高性能处理器。较低功耗现场设备，包括内置未集成MAC的超低功耗处理器的温度传感器，采用10BASE-T1L MAC-PHY，通过SPI接口与处理器相连，从而实现以太网连接（见图3）。

10BASE-T1L PHY和10BASE-T1L MAC-PHY的关键特性对比

ADIN1110（ADI公司的10BASE-T1L PHY）可通过SPI接口与主机处理器连接，从而实现功耗更低的以太网连接，其功耗仅为42 mW。ADIN1110支持Open Alliance 10BASE-T1x MAC-PHY串行接口，以25 MHz时钟速度实现全双工SPI通信。ADIN1100（ADI公司的10BASE-T1L PHY）可通过MII、RMII或RGMII MAC接口与主机处理器连接，从而实现低功耗 的以太网连接，其功耗仅为39 mW。ADIN1100 10BASE-T1L PHY与ADIN1110 10BASE-T1L MAC-PHY的对比如图1所示。这两款产品以全双工、直流平衡、点对点通信方案的10BASE-T1L核心功能为基础，在7.5 MBd符号速率和4B3T编码下采用PAM 3调制。10BASE-T1L支持两种幅度模式：长达1 km电缆的2.4 V峰峰值和更短距离下的1.0 V峰峰值。1.0 V峰峰值幅度模式是指，这项新的物理层技术也可在防爆系统环境中使用，并符合严格的最大能源限制。

表1. ADIN1100 PHY与ADIN1110 MAC-PHY对比

小结

10 Mb以太网物理层(10BASE-T1L)在长达1 km的单条双绞线上融合功率输出(Engineered Power/PoDL/SPoE)，形成能够产生更有价值信息的新型以太网连接设备，而这些信息通过融合IT/OT以太网更容易获取。在流程自动化和工厂自动化的应用中，这些新的信息有助于提高生产效率、降低能耗。在楼宇自动化应用中，这些新的信息有助于提高能效、安全性和舒适性。因此，10BASE-T1L MAC-PHY将加速实现更低功耗的设备。