工業(yè)4.0加速器：TSN端點(diǎn)創(chuàng)新開(kāi)發(fā)的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)是什么？

導(dǎo)讀

在當(dāng)今快速發(fā)展的工業(yè)自動(dòng)化和智能制造領(lǐng)域，時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)（TSN）正成為連接各個(gè)智能設(shè)備的核心技術(shù)。虹科TSN-PCIe網(wǎng)卡，作為市場(chǎng)上首個(gè)即用型TSN解決方案，為構(gòu)建高效、可靠的工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)提供了強(qiáng)大的支持。

虹科RELY-TSN-PCIe網(wǎng)卡

想象一下，如果通信網(wǎng)絡(luò)能夠像時(shí)鐘一樣精準(zhǔn)，每條信息都能在預(yù)定的時(shí)間內(nèi)準(zhǔn)時(shí)到達(dá)，那將會(huì)怎樣改變我們的通信世界？虹科RELY-TSN-PCIe網(wǎng)卡（了解詳情），正是這一構(gòu)想的實(shí)現(xiàn)者。在本篇QA指南中，我們將深入探討這款革命性產(chǎn)品的核心特性，解答您可能遇到的疑問(wèn)。

Q1

虹科TSN端點(diǎn)的結(jié)構(gòu)是怎樣的？

虹科PCIe網(wǎng)卡在端到端的傳輸當(dāng)中，充當(dāng)數(shù)據(jù)調(diào)度和調(diào)節(jié)收發(fā)的作用。虹科PCIe設(shè)備本身，通過(guò)PCIe接口與用戶的主機(jī)（CPU端）相連，面對(duì)各種復(fù)雜多樣的算法，往往數(shù)據(jù)的計(jì)算都是由主機(jī)CPU來(lái)進(jìn)行計(jì)算和操作。而端到端之間的數(shù)據(jù)傳輸是用戶主機(jī)（CPU）將計(jì)算的控制命令通過(guò)PCIe接口向設(shè)備的Port1/2進(jìn)行發(fā)送出去，同理對(duì)于接收到的控制命令也是通過(guò)Port0/1向PCIe端口轉(zhuǎn)發(fā)給用戶主機(jī)（CPU）。

面對(duì)復(fù)雜多樣的各種類數(shù)據(jù)，用戶主機(jī)（CPU）需要對(duì)不同種類的數(shù)據(jù)進(jìn)行規(guī)劃編程，或者分類（VLAN），規(guī)劃為T(mén)SN當(dāng)中的8種不同類別的數(shù)據(jù)流量。或者可以由虹科PCIe網(wǎng)卡本身將用戶主機(jī)的流量以一種TSN類別發(fā)送出去。

在操作上，虹科TSN網(wǎng)卡可以做到賦予數(shù)據(jù)流量的時(shí)間敏感的調(diào)度。但網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的負(fù)載，還是需要用戶在用戶主機(jī)（CPU）定義應(yīng)用程序，將設(shè)備當(dāng)成一個(gè)普通網(wǎng)卡，先保證數(shù)據(jù)能相互傳輸，再利用虹科PCIe設(shè)備內(nèi)部的Web進(jìn)行協(xié)議的設(shè)置，使得數(shù)據(jù)傳輸遵循TSN傳輸。

Q2

如何部署和使用虹科TSN-PCIe卡？

具體是要根據(jù)TSN需求，以及所需要的時(shí)隙配置。端到端的情況下，比如在不采用TSN調(diào)度情況下，網(wǎng)絡(luò)在多流量傳輸下，遵循優(yōu)先轉(zhuǎn)發(fā)原則，可能會(huì)導(dǎo)致部分流量丟失，以及延遲和抖動(dòng)情況大多在ms級(jí)別的發(fā)生，因?yàn)闊o(wú)法按照用戶確定性時(shí)延的去轉(zhuǎn)發(fā)。

當(dāng)采用TSN門(mén)控機(jī)制下，保證網(wǎng)絡(luò)特性情況下（即對(duì)應(yīng)的幀率需要保證門(mén)控帶寬能夠無(wú)丟包），設(shè)置us級(jí)別的門(mén)控，比如第一個(gè)門(mén)控100us內(nèi)，此門(mén)控傳輸控制類別1，3，4三種，第2個(gè)門(mén)控150us傳輸控制類別2，6，那么對(duì)于這三種流量的傳輸結(jié)果，以一個(gè)周期轉(zhuǎn)發(fā)為例，延遲和抖動(dòng)都是在用戶可確定的范圍內(nèi)，延遲和抖動(dòng)都是在門(mén)控范圍以內(nèi)（通常實(shí)際只有幾u(yù)s的抖動(dòng)，并且速率也高，情況越是良好），這就是TSN的確定性網(wǎng)絡(luò)的由來(lái)。

Q3

TSN端點(diǎn)具備哪些獨(dú)特優(yōu)勢(shì)？

虹科TSN-PCIe網(wǎng)卡可用作 PCIe TSN 端點(diǎn)和 TSN 橋，提供 2 個(gè)多媒體千兆以太網(wǎng)端口和 2 個(gè)內(nèi)部端口。作為端點(diǎn)，它提供了在托管設(shè)備中引入 TSN 技術(shù)的可能性，以便將其集成到確定性網(wǎng)絡(luò)中。PCI Express（PCIe）是擴(kuò)展性最強(qiáng)的高速串行計(jì)算機(jī)擴(kuò)展總線，它是 PC 計(jì)算機(jī)中擴(kuò)展板的實(shí)際標(biāo)準(zhǔn)，并且正在獲得工業(yè)PC 甚至SCADA系統(tǒng)的認(rèn)可。

在探索時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)（TSN）的實(shí)現(xiàn)方案時(shí)，結(jié)合I210網(wǎng)卡和Linux系統(tǒng)的TSN補(bǔ)丁是一個(gè)切實(shí)可行的方法。盡管I210網(wǎng)卡本身可能并不具備豐富的TSN功能，但通過(guò)在搭載這些網(wǎng)卡的設(shè)備上應(yīng)用開(kāi)源的Linux TSN補(bǔ)丁，可以擴(kuò)展其功能，盡管這可能需要相當(dāng)?shù)墓ぷ髁俊?/p>

虹科的TSN網(wǎng)卡在這方面展現(xiàn)出了其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。它不僅支持市面上廣泛使用的多種協(xié)議，而且采用了基于PCIe板卡的創(chuàng)新結(jié)構(gòu)——ARM-CPU與FPGA的結(jié)合。在ARM側(cè)，我們實(shí)現(xiàn)了一個(gè)經(jīng)過(guò)優(yōu)化的Linux TSN補(bǔ)丁包，與FPGA中的TSN協(xié)議交換結(jié)構(gòu)相互配合，共同確保了TSN協(xié)議的高效數(shù)據(jù)調(diào)度。通過(guò)PCIe接口上的I210網(wǎng)卡，這些網(wǎng)卡能夠與搭載設(shè)備（如工控機(jī)）進(jìn)行通信，無(wú)論搭載的是Windows、Linux還是VxWorks操作系統(tǒng)，用戶只需配置相應(yīng)的網(wǎng)卡驅(qū)動(dòng)，即可實(shí)現(xiàn)即插即用的便利性，輕松部署確定性以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)將技術(shù)復(fù)雜性從用戶設(shè)備和應(yīng)用程序中抽象出來(lái)。

更進(jìn)一步，虹科的TSN解決方案在協(xié)議配置上也進(jìn)行了創(chuàng)新。它不再依賴于傳統(tǒng)的命令行方式，而是提供了一個(gè)直觀的Web GUI頁(yè)面，使用戶能夠通過(guò)圖形界面進(jìn)行配置，這大大簡(jiǎn)化了TSN協(xié)議的設(shè)置和管理過(guò)程，提高了用戶體驗(yàn)。

Q4

TSN端點(diǎn)的二次開(kāi)發(fā)潛力如何？

對(duì)于TSN IP的端點(diǎn)方案而言，虹科除了提供FPGA 代碼形式TSN方案，還包括ARM側(cè)的Linux軟件組件包，便于客戶集成TSN 端點(diǎn)方案。同時(shí)保持行業(yè)內(nèi)協(xié)議數(shù)量和性能的領(lǐng)先特性，從開(kāi)發(fā)層面來(lái)說(shuō)，一站式的TSN解決方案幫助客戶克服了很多時(shí)間和開(kāi)發(fā)難題；從產(chǎn)品最終形態(tài)而言，產(chǎn)品帶來(lái)的用戶體驗(yàn)感好，協(xié)議性能上具備一定的市場(chǎng)優(yōu)勢(shì)。

我們的TSN協(xié)議是用FPGA實(shí)現(xiàn)的，以IP封裝的形式存在，在賽靈思的MPSOC上做的系統(tǒng)集成，硬件設(shè)備都是集成好的標(biāo)準(zhǔn)品，如果想改協(xié)議確實(shí)只能走IP這條路徑。

如果是應(yīng)用層面的話，硬件設(shè)備是非常支持用戶對(duì)協(xié)議參數(shù)的可調(diào)整，比如QBV本身的時(shí)隙大小可設(shè)置，周期性傳輸中隊(duì)列的可調(diào)整，出入幀的優(yōu)先級(jí)設(shè)置等等，但對(duì)于協(xié)議本身來(lái)說(shuō)，它自身的實(shí)現(xiàn)的方式是固定好的，所以說(shuō)協(xié)議本身的算法機(jī)制是無(wú)法從現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)品對(duì)其進(jìn)行改變，從而實(shí)現(xiàn)二次開(kāi)發(fā)的目標(biāo)。