智能家居、智能辦公室、智能工廠、智能城市、智能交通、…，身處于一個隨時隨地皆可上網的智能世代，亞信電子為個人計算機、工業計算機與智能嵌入式連網設備，提供容易設計、高性價比的工業/嵌入式網絡與I/O橋接芯片解決方案。?

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進入智能世代 -?嵌入式系統與工業計算機

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由于智能手機、平板電腦與4G/5G行動網絡的普及，每個人隨時隨地皆可上網。在智能家居與智能辦公室中，隨處可以看到需要連網的設備，包含智能電視、智能音箱、智能家電、智能電表、電視機上盒、監視器，與辦公室的多功能印表機、投影機等。這些智能連網設備，大部分皆采用嵌入式系統架構設計，有效地降低產品耗電量、體積大小與硬件設計成本等。

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全球制造業為了因應COVID-19新冠肺炎疫情造成的沖擊，也為了提高工廠生產效率與產品制造品質，紛紛導入智能工廠生產自動化系統，為工業智能自動化生產設備廠商帶來強大的市場需求。傳統的工廠生產設備，主要是使用RS-232、RS-422與RS-485串口的傳輸接口。因此，智能工廠中不可或缺的工業計算機，都會支持多個串口，以連接傳統的工廠生產設備。另外，為了因應智能生產自動化設備對資料傳輸確定性與實時性通信的嚴格要求，最新的工業計算機與工廠自動化生產設備，一般也都必須支持可實時性、確定性網絡通信的工業以太網技術，如EtherCAT、PROFINET、EtherNet/IP等。

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計算機匯流排技術的大躍進

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隨著計算機科技的進步，計算機周邊接口匯流排技術也日新月異，從1981年IBM PC發布8位ISA匯流排技術，最大傳輸速度為8 MB/s；1992年進化到32位PCI匯流排技術，最大傳輸速度為132 MB/s；2003年計算機匯流排技術，演進到通信接口更簡單、傳輸速度更快的PCI Express 1.0串列匯流排技術（簡稱PCI-E或PCIe），可支持X1/X4/X8/X16傳輸通道，X16通道雙工最大傳輸速度可達8 GB/s；2019年推出最新的PCI Express 5.0匯流排技術標準，X16通道雙工最大傳輸速度更可達63 GB/s。一般PCI 32位匯流排技術，最大傳輸速度為132 MB/s，通信接口需要124引腳；最新的PCIe 5.0串列匯流排技術，X1通道雙工最大傳輸速度為3938 MB/s，通信接口只需要36引腳；X16通道通信接口也只需要164引腳。在計算機科技追求輕薄短小、高傳輸頻寬的大趨勢下，PCIe計算機周邊產品逐漸取代PCI周邊產品已經是必然發生的事實。計算機匯流排技術的大躍進，儼然成為各種計算機周邊設備技術進步的堅強基石。

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筆記型計算機講求可攜帶性、輕薄短小與省電，因此筆記型計算機演進出不同的擴展設備技術標準。從1991年由PCMCIA協會發布的16位PCMCIA擴展槽技術標準，演變到32位的Cardbus與Express Card擴展槽技術，可滿足筆記型計算機擴展周邊設備的基本需求。然而，2000年USB 2.0標準發布后，由于USB通信接口（只需要4引腳）很簡單，而且最大傳輸速度可達480 Mbps，因此在市場上USB周邊產品已逐漸取代PCMCIA/Cardbus/Express Card相關周邊產品。?2019年最新推出的USB 4.0標準，使用USB Type-C通信接口只需要24引腳，最大傳輸速度更可達40 Gbps。?USB通用串列匯流排技術，支持熱插拔（Hot-Swap）、隨插即用（Plug & Play）與可大電流快速充電的便捷功能，因此已經廣泛使用于各種計算機周邊設備、智能手機、平板電腦、手持式裝置、智能連網設備等，成為現代智能世代科技中最重要的通信接口之一。

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（圖一）計算機總線技術進化史

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工業/嵌入式網絡與I/O橋接芯片

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無論桌上型計算機、筆記型計算機、工業計算機，還是生活周遭無所不在的智能連網設備，都需要支持有線或無線的網絡連線功能。有線以太網相對于無線網絡來說，可以提供更穩定更快速地網絡傳輸能力。因此，大部分桌上型計算機、工業計算機與不需移動位置的智能連網設備，大部分連網接口仍然以有線以太網為主。

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亞信電子為一專業的工業/嵌入式網絡與I/O橋接芯片設計制造廠商。亞信于1998年推出PCMCIA百兆以太網芯片，隨著市場需求與計算機匯流排技術的演變，陸續推出Non-PCI/SPI嵌入式以太網芯片、超高速USB以太網芯片、工業以太網EtherCAT從站控制芯片、TSN PCIe千兆以太網卡等工業/嵌入式網絡芯片解決方案；同時提供PCIe/USB轉串并口I/O橋接芯片與RS-232/RS-485 UART接收器等I/O橋接芯片解決方案。這些解決方案，可適用于各種計算機周邊設備、智能家居、智能辦公室、智能連網設備、智能工廠自動化設備與工業物聯網（IIoT）等工業/嵌入式網絡與I/O橋接器相關產品應用。

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（圖二）亞信電子工業/嵌入式網絡與I/O橋接芯片解決方案

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PCIe/USB串并口I/O橋接芯片

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最新的計算機中央處理器（CPU），隨著計算機周邊匯流排技術的進步，已經不再支持傳統的串口（COM）與并口（LPT）通信接口。如果需要將傳統型串口或并口設備，連接到桌上型計算機或筆記型計算機，就可以透過PCIe/USB轉串并口橋接芯片，來支持傳統的串口與并口。智能工廠中的工業計算機設備，透過PCIe/USB轉串口橋接芯片，即可輕松地支持多個串口功能。

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亞信電子提供兩個PCIe/USB轉串并口I/O橋接芯片解決方案: AX99100 PCIe串并口I/O橋接控制器和AX78140/AX78120 USB串并口橋接控制器。這些方案可適用于各種工業計算機與I/O接口連接器等產品相關應用。?AX99100 PCIe串并口I/O橋接控制器，除了可以支持PCIe轉串并口（4串/2串1并）的典型應用外，另外可支持PCIe轉SPI、GPIO、Local Bus（ISA）I/O接口橋接功能，可適用于PCIe資料搜集與通信卡、PCIe影像擷取卡、PCIe轉CAN通信接口等相關產品應用。 AX78140/AX78120 USB串并口橋接控制器，可以支持USB轉串并口（4串/2串1并/2串/1串）等產品應用。亞信同時提供RS-232/RS-485 UART收發器，可以搭配PCIe/USB轉串口橋接控制器一起做產品設計開發。

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Non-PCI/SPI?嵌入式以太網芯片

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部分嵌入式系統微控制器（MCU），沒有內置以太網接口功能，礙于嵌入式產品機構設計限制，也無法直接插入PCIe/PCI以太網卡。因此，這些嵌入式系統會使用SRAM-like或SPI接口，連接Non-PCI/SPI嵌入式以太網芯片來支持以太網連線功能。

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亞信電子除了提供全球首款高效能嵌入式AX88180 Non-PCI 32位千兆以太網控制芯片，也提供AX88796C低功耗 SPI或 Non-PCI以太網控制芯片解決方案。這個方案可適用于各種智能家居、智能辦公室與智能連網設備等相關嵌入式網絡產品應用，如智能電視、電視機上盒、監視器、多功能印表機、投影機等。

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超高速USB以太網芯片

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最新的筆記型計算機都講求輕薄短小，因此無法內置以太網接口，所以連網方式都以無線網絡為主。然而，在有些網絡環境下，可能無法提供穩定的無線網絡，或無線網絡傳輸速度太慢。在這種情況下，使用者可以透過連接USB以太網卡或USB多功能擴展底座（Docking Station），來提供穩定且高傳輸速度的有線連網功能。

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亞信提供的AX88179全球首款USB 3.0千兆以太網控制單芯片，將USB 3.0實體層、千兆以太網實體層（PHY）與媒體存取控制器（MAC）整合在單一芯片中。這個方案可適用于各種有支持USB接口的計算機/嵌入式作業系統（Windows 10/MacOS/Linux/Android/Chrome/etc.），如桌上型計算機、筆記型計算機、USB以太網卡、USB多功能擴展底座、智能手機、平板電腦、游戲機與各種智能連網設備等。

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（圖三）亞信USB以太網芯片解決方案 for?任天堂Switch

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工業以太網芯片

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傳統標準以太網采用TCP/IP協議，使用載波偵測多重存取/碰撞偵測（CSMA/CD）通信協定進行資料傳輸，具有不確定性與實時性能不佳的問題，因此不適用于對資料傳輸確定性與實時性要求嚴格的智能工廠生產自動化設備應用需求。為了克服標準以太網無法支持實時性、確定性工業通信的問題，全球主要工業網絡設備制造商，各自提出不同的工業以太網通信技術解決方案，如EtherCAT、PROFINET、EtherNet/IP、Modbus TCP、POWERLINK、SERCOS、CC-Link IE等。這些不同的工業以太網通信技術標準，解決了傳統標準以太網資料傳輸不確定性與實時性能不佳的問題，尤其是EtherCAT技術透過獨特的硬件實時資料傳輸技術，可以輕松地達到智能工廠生產自動化設備對工業通信實時性、確定性的嚴格要求。

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亞信電子因應工業4.0智能制造的強大需求，積極致力于工業以太網芯片的研究開發，從2018年陸續推出大中華區首款AX58100 EtherCAT從站控制器芯片、首款AX58200 EtherCAT從站專用通信SoC與最新的AXM57104 TSN PCIe千兆以太網卡等工業以太網解決方案。這些方案可適用于各種智能工廠生產自動化設備與工業物聯網（IIoT）等相關產品應用。

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以太網控制自動化技術 （EtherCAT）

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以太網控制自動化技術（EtherCAT）是一個開放性架構的工業以太網通信技術標準，最早于2003年由德國的Beckhoff Automation公司所提出，同年成立EtherCAT工作小組（ETG），并迅速發展成為全球最大的工業以太網與現場總線（Fieldbus）組織。EtherCAT使用獨特的「飛速傳輸（Processing on the fly）」數據交換機制，具有資料傳輸時間延遲低、同步時鐘抖動低、硬件架構成本低與靈活的網絡拓樸（線形、樹形、星形及菊花鏈形）等優點。全球各主要工業計算機供應商，因應智能工廠生產自動化的強大需求，紛紛推出各種EtherCAT相關產品解決方案，更奠定了EtherCAT工業以太網通信技術在全球現場總線自動化市場的領先地位。

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AX58x00系列EtherCAT從站芯片提供客戶一個容易設計、經濟有效的工業以太網EtherCAT從站解決方案。AX58100是一款2/3端口EtherCAT從站控制器，整合兩個百兆以太網PHY，并支持一些額外的控制接口，例如32個數位控制I/O、脈沖寬度調變（PWM）、增量（ABZ）/霍爾編碼器、SPI Master等，讓客戶可以不需要額外微控制器，就能輕松地將AX58100設計在各種EtherCAT現場總線產品應用中。AX58100同時支持Local Bus與SPI Slave過程數據接口（PDI），連接到傳統現場總線產品的微控制器，就可以輕松地支持EtherCAT從站功能。AX58200是一款2/3端口EtherCAT從站專用通信SoC，以ARM? Cortex?-M4F微控制器為核心，內置的EtherCAT從站控制器，整合兩個百兆以太網PHY，并支持含RMII接口與硬件加密引擎的10/100 Mbps百兆以太網MAC、高速USB OTG與SPI/UART/I2C/I2S/CAN/PWM等各種通信接口。這些方案可適用于各種實時工業自動化控制產品相關應用，如馬達/運動控制、數位I/O控制、傳感器數據采集、機器人轉軸控制、EtherCAT轉IO-Link主站網關與EtherCAT Junction從站模塊等。

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因應全球制造業對人機協作（Human-Robot Collaboration，HRC）智能生產自動化的市場需求，亞信電子推出AxRobot EtherCAT七軸助力控制機器手臂解決方案，以加速客戶導入EtherCAT工業通信技術于協作型機器人相關產品應用。這個解決方案，使用亞信AX58200 EtherCAT從站馬達驅動關節模塊化設計，有效地減少每個機器手臂關節中馬達驅動板所需占用的空間大小，并可降低機器手臂關節硬件設計成本。另外，利用EtherCAT菊花鏈（Daisy-Chain）拓撲連接技術，進行機器手臂關節間的網絡通信，可以簡單地使用網絡線從第一軸關節一直串連到第七軸關節，大大地簡化機器手臂關節中內部線路配置的復雜度，從而降低機器手臂設備維護的成本與難度。

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（圖四）亞信AxRobot EtherCAT七軸助力控制機器手臂解決方案

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時間敏感網絡（TSN）

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一個理想的工業4.0智能工廠管理系統，應該要可以收集所有產品工程設計、生產制造、原物料供應鏈、產品庫存、運輸與銷售渠道等智能制造相關即時信息，利用這些產品生產制造與銷售庫存即時資訊，工廠可以對所有公司營運資源進行有效管理，進而創造一個具備高彈性、高效率的智能工廠自動化生產環境。為了收集這些即時的智能制造相關信息，制造商需要將非實時性的資訊技術（IT）與實時性的營運技術（OT）融合于同一網絡，將所有即時信息傳送到云端伺服器以便全盤統一管理。最新一代的工業以太網技術?－「時效性網絡（Time Sensitive Networking，TSN）」通信協定，是符合IEEE 802.1規范，標準以太網的延伸技術，利用一系列最新的TSN工業通信協定標準，可以在現有標準以太網環境的基礎上，提供實時性、確定性與安全性的工業通信傳輸，進而輕松地將IT與OT融合于同一網絡中。

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AXM57104是一款高性價比的4端口TSN PCI Express千兆以太網卡，符合PCI Express 2.1 Gen 1標準，支持符合IEEE標準的各種時間敏感網絡（TSN）進階功能，包含IEEE 802.1AS-Rev時效性應用之時序與同步，IEEE 802.1Qav時間敏感資料流轉發以及佇列（FQTSS）：特定Credit-Based Shaper（CBS），IEEE 802.1Qbv時間感知整形器（TAS）與IEEE 802.1Qci逐一串流過濾與管理（PSFP）等。?AXM57104支持在線應用可程式（IAP）功能可輕松實現在線更新固件韌體，并支持32個同步I/O與1個每秒脈沖（PPS）信號輸出。透過在Linux工業計算機平臺安裝AXM57104 TSN PCIe千兆以太網卡，可以輕松地支持最新一代的工業以太網技術?－ 時效性網絡（TSN）進階功能，將IT與OT融合于同一網絡中。

（圖五）亞信AXM57104 TSN PCIe千兆以太網卡解決方案

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結論

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智能家居、智能辦公室、智能工廠、智能城市、智能交通、…，身處于一個隨時隨地皆可上網的智能世代，亞信電子為個人計算機、工業計算機與智能嵌入式連網設備，提供容易設計、高性價比的工業/嵌入式網絡與I/O橋接芯片解決方案。隨著計算機/工業自動化/智能連網設備科技的持續演變，亞信電子對于工業/嵌入式網絡與I/O橋接芯片技術，必然會與時俱進地推出符合最新工業/嵌入式計算機系統相關技術的創新產品。讓我們拭目以待未來的科技潮流會如何創造一個全新的智能世代…

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亞信電子官方網站:?https://www.asix.com.tw/?