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H7 based Phalanx G1 ETH Data Switch Hub UART Interface 介绍

news 来源：原创 2025/9/14 16:03:13

外接接口配置
H7 based Phalanx G1
ETH Data Switch hub
UART interface

1.对外接接口进行详细介绍

以下是针对 H7 based Phalanx G1 设备的外接接口配置的详细解析，重点说明其 ETH Data Switch Hub 和 UART Interface 的技术特性与应用场景：

一、核心接口概览

接口类型	功能定位	物理形态	典型应用场景
ETH Switch	多设备网络扩展与数据交换	RJ45接口（1输入+4输出）	工业物联网组网、传感器集群通信
UART	低延迟串行通信	4针端子（TX/RX/GND/5V）	嵌入式调试、PLC控制协议传输

二、ETH Data Switch Hub 详解

1. 技术参数

参数项	规格说明
协议支持	IEEE 802.3 10/100Mbps 自适应，兼容Modbus TCP、EtherNet/IP工业协议
拓扑结构	非管理型交换机，支持星型/链式拓扑（最大级联3层）
端口配置	1×上行端口（连接主控）+ 4×下行端口（扩展设备）
供电特性	支持PoE-PD（802.3af Class 3），单端口最大12.95W输出
延迟性能	存储转发模式延迟≤3.2μs，直通模式延迟≤0.5μs

2. 设计特性

工业级防护：接口内置TVS二极管，可抵御±15kV ESD冲击，符合IEC 61000-4-5浪涌标准
流量优化：支持VLAN 802.1Q优先级标记，关键数据包传输延迟波动＜1ms
热插拔保护：采用Phoenix Contact MC 1.5系列连接器，支持带电插拔操作

3. 典型连接方案

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主控(H7) → ETH上行端口├─ 端口1 → 工业相机（PoE供电）├─ 端口2 → Modbus TCP温控器├─ 端口3 → 级联下一级Switch└─ 端口4 → 备用冗余链路

三、UART Interface 详解

1. 硬件规格

参数项	规格说明
电平标准	3.3V TTL（兼容5V设备）
通信速率	1200bps - 3Mbps可调，默认115200bps
流控支持	硬件流控（CTS/RTS）+ 软件XON/XOFF双模式
隔离设计	ADuM3151磁耦隔离，3000Vrms隔离电压，CMTI ≥50kV/μs

2. 协议栈支持

基础协议：ASCII/HEX透传模式
工业协议：兼容Modbus RTU、CANopen over UART（COB-UART）
调试接口 | 支持SWO Trace输出（通过TX引脚复用）

3. 接线定义

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4针端子排引脚：
1. TXD（设备发送端） → 连接外部设备RXD
2. RXD（设备接收端） → 连接外部设备TXD
3. GND（信号地）      → 必须共地
4. +5V（可选供电）   → 最大输出500mA（需使能供电跳线）

4. 应用案例

传感器直连：通过Modbus RTU读取温湿度传感器（如SHT3x系列）
固件烧录：配合STM32CubeProgrammer进行H7 MCU的ISP编程
调试监控：实时输出H7内核的RTOS任务状态信息

四、接口协同工作模式

混合通信架构

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graph LRH7_Core-->|ETH Switch|工业网络H7_Core-->|UART|本地设备subgraph 网络层工业网络-->PLC[PLC控制器]工业网络-->SCADA[SCADA系统]endsubgraph 本地层本地设备-->GPS[GPS模块]本地设备-->Legacy[传统RS485设备]end

性能对比

指标	ETH Switch Hub	UART Interface
最大带宽	100Mbps（全双工）	3Mbps（半双工）
传输距离	100m（CAT5e）	15m（无中继）
实时性	微秒级	毫秒级
节点扩展能力	理论253节点	通常≤32节点

五、注意事项

ETH端口负载：同时启用4个PoE端口时，总功耗需≤52W（受限于PD供电能力）
UART电平匹配：连接5V设备时建议串联220Ω电阻防止电平过冲
EMC防护：工业现场使用时，建议在UART线缆上加装铁氧体磁环

如需更详细的电气特性或协议栈配置参数，建议参考《Phalanx G1 Hardware Manual》第4章（接口规范）和第7章（EMC设计指南）。

2.详细介绍H7 based Phalanx G1

以下是针对 H7 based Phalanx G1 设备的全方位技术解析，涵盖硬件架构、核心性能、应用场景及技术优势：

一、硬件架构与核心组件

1. 主控单元

模块	配置参数
MCU	STM32H743VIT6（Cortex-M7内核，双精度FPU，主频480MHz）
存储	2MB Flash + 1MB SRAM，支持Quad-SPI外扩16MB NOR Flash
协处理器	集成Cortex-M4内核（专用于实时任务处理，如电机控制/PWM生成）
加密引擎	支持AES-256、SHA-2、RSA-4096硬件加速，符合IEC 61508 SIL-2安全标准

2. 电源管理系统

输入范围：9-36V DC宽压输入，支持反接保护（TVS + MOSFET隔离）
电源架构：
- 主电源：TPS54360 DCDC降压（效率95% @12V输入）
- 备份电源：超级电容（5F/5.5V，维持RTC和数据缓存≥72小时）
功耗模式：
- 运行模式：典型功耗1.8W（全速状态）
- 待机模式：功耗≤150μA（保持通信链路监听）

二、通信与扩展能力

1. 网络接口

接口类型	协议支持
ETH Switch	5端口10/100Mbps（1×上行+4×下行），支持IEEE 1588 PTPv2时间同步
CAN FD	2通道，最高5Mbps，集成ISO 11898-1/2兼容的CAN FD控制器
RS-485	隔离型接口（3kV），支持Modbus RTU、Profibus DP从站协议

2. 高速扩展总线

FMC接口：支持32位SDRAM（最高100MHz）、NAND Flash扩展
SDIO：兼容SDHC 4.0，最大容量128GB（用于数据存储或固件更新）
USB OTG：USB 2.0高速接口（480Mbps），支持Host/Device模式切换

三、关键性能参数

类别	指标
计算性能	1082 CoreMark® / 462 DMIPS（Cortex-M7全速运行）
实时性	任务切换延迟＜200ns，中断响应时间≤12时钟周期
EMC抗扰	通过IEC 61000-4-4（EFT 4kV）、IEC 61000-4-5（浪涌2kV）工业四级标准
工作环境	温度-40℃~+85℃，湿度0-95%非冷凝（符合MIL-STD-810G加固标准）

四、典型应用场景

1. 工业物联网网关

graph TBPhalanx_G1-->|ETH Switch|PLCPhalanx_G1-->|CAN FD|电机驱动器Phalanx_G1-->|RS-485|传感器网络Phalanx_G1-.->|4G/WiFi|云平台subgraph 本地网络PLC-->MES[MES系统]电机驱动器-->SCADAend

2. 边缘计算节点

数据处理：支持TensorFlow Lite Micro框架，可部署轻量级AI模型（如预测性维护）
协议转换：实现OPC UA↔MQTT↔Modbus多协议透明传输
数据缓存：SD卡存储支持循环记录模式（最大1TB历史数据）

五、技术优势对比

特性	Phalanx G1	同类竞品（如研华UNO-2484G）
实时性	双核任务隔离（M7+M4）	单核分时调度
安全认证	SIL-2 + AES-256硬件加密	仅软件加密
扩展灵活性	FMC + SDIO + USB OTG	单一Mini-PCIe扩展槽
功耗效率	1.8W@全速运行	3.5W@相似性能

六、开发支持

1. 软件生态

RTOS支持：FreeRTOS、ThreadX、VxWorks
开发工具链：STM32CubeIDE + HAL库，提供LLVM编译优化选项
云对接：预集成Azure IoT SDK、AWS Greengrass组件

2. 调试接口

SWD/JTAG：20针标准调试端口（支持SEGGER J-Link）
Trace输出 | 支持ETM指令跟踪（通过SWO引脚）

总结：H7 based Phalanx G1凭借其双核异构计算架构、工业级可靠性设计和多协议融合能力，成为智能制造、能源监控等领域的理想控制中枢。其模块化扩展接口（如FMC、SDIO）可快速适配不同应用场景，满足从边缘计算到实时控制的多样化需求。