工业4.0加速器：TSN端点创新开发的独特优势是什么？

导读

在当今快速发展的工业自动化和智能制造领域，时间敏感网络（TSN）正成为连接各个智能设备的核心技术。虹科TSN-PCIe网卡，作为市场上首个即用型TSN解决方案，为构建高效、可靠的工业通信网络提供了强大的支持。

虹科RELY-TSN-PCIe网卡

想象一下，如果通信网络能够像时钟一样精准，每条信息都能在预定的时间内准时到达，那将会怎样改变我们的通信世界？虹科RELY-TSN-PCIe网卡（了解详情），正是这一构想的实现者。在本篇QA指南中，我们将深入探讨这款革命性产品的核心特性，解答您可能遇到的疑问。

Q1

虹科TSN端点的结构是怎样的？

虹科PCIe网卡在端到端的传输当中，充当数据调度和调节收发的作用。虹科PCIe设备本身，通过PCIe接口与用户的主机（CPU端）相连，面对各种复杂多样的算法，往往数据的计算都是由主机CPU来进行计算和操作。而端到端之间的数据传输是用户主机（CPU）将计算的控制命令通过PCIe接口向设备的Port1/2进行发送出去，同理对于接收到的控制命令也是通过Port0/1向PCIe端口转发给用户主机（CPU）。

面对复杂多样的各种类数据，用户主机（CPU）需要对不同种类的数据进行规划编程，或者分类（VLAN），规划为TSN当中的8种不同类别的数据流量。或者可以由虹科PCIe网卡本身将用户主机的流量以一种TSN类别发送出去。

在操作上，虹科TSN网卡可以做到赋予数据流量的时间敏感的调度。但网络数据的负载，还是需要用户在用户主机（CPU）定义应用程序，将设备当成一个普通网卡，先保证数据能相互传输，再利用虹科PCIe设备内部的Web进行协议的设置，使得数据传输遵循TSN传输。

Q2

如何部署和使用虹科TSN-PCIe卡？

具体是要根据TSN需求，以及所需要的时隙配置。端到端的情况下，比如在不采用TSN调度情况下，网络在多流量传输下，遵循优先转发原则，可能会导致部分流量丢失，以及延迟和抖动情况大多在ms级别的发生，因为无法按照用户确定性时延的去转发。

当采用TSN门控机制下，保证网络特性情况下（即对应的帧率需要保证门控带宽能够无丢包），设置us级别的门控，比如第一个门控100us内，此门控传输控制类别1，3，4三种，第2个门控150us传输控制类别2，6，那么对于这三种流量的传输结果，以一个周期转发为例，延迟和抖动都是在用户可确定的范围内，延迟和抖动都是在门控范围以内（通常实际只有几us的抖动，并且速率也高，情况越是良好），这就是TSN的确定性网络的由来。

Q3

TSN端点具备哪些独特优势？

虹科TSN-PCIe网卡可用作 PCIe TSN 端点和 TSN 桥，提供 2 个多媒体千兆以太网端口和 2 个内部端口。作为端点，它提供了在托管设备中引入 TSN 技术的可能性，以便将其集成到确定性网络中。PCI Express（PCIe）是扩展性最强的高速串行计算机扩展总线，它是 PC 计算机中扩展板的实际标准，并且正在获得工业PC 甚至SCADA系统的认可。

在探索时间敏感网络（TSN）的实现方案时，结合I210网卡和Linux系统的TSN补丁是一个切实可行的方法。尽管I210网卡本身可能并不具备丰富的TSN功能，但通过在搭载这些网卡的设备上应用开源的Linux TSN补丁，可以扩展其功能，尽管这可能需要相当的工作量。

虹科的TSN网卡在这方面展现出了其独特的优势。它不仅支持市面上广泛使用的多种协议，而且采用了基于PCIe板卡的创新结构——ARM-CPU与FPGA的结合。在ARM侧，我们实现了一个经过优化的Linux TSN补丁包，与FPGA中的TSN协议交换结构相互配合，共同确保了TSN协议的高效数据调度。通过PCIe接口上的I210网卡，这些网卡能够与搭载设备（如工控机）进行通信，无论搭载的是Windows、Linux还是VxWorks操作系统，用户只需配置相应的网卡驱动，即可实现即插即用的便利性，轻松部署确定性以太网网络，同时将技术复杂性从用户设备和应用程序中抽象出来。

更进一步，虹科的TSN解决方案在协议配置上也进行了创新。它不再依赖于传统的命令行方式，而是提供了一个直观的Web GUI页面，使用户能够通过图形界面进行配置，这大大简化了TSN协议的设置和管理过程，提高了用户体验。

Q4

TSN端点的二次开发潜力如何？

对于TSN IP的端点方案而言，虹科除了提供FPGA 代码形式TSN方案，还包括ARM侧的Linux软件组件包，便于客户集成TSN 端点方案。同时保持行业内协议数量和性能的领先特性，从开发层面来说，一站式的TSN解决方案帮助客户克服了很多时间和开发难题；从产品最终形态而言，产品带来的用户体验感好，协议性能上具备一定的市场优势。

我们的TSN协议是用FPGA实现的，以IP封装的形式存在，在赛灵思的MPSOC上做的系统集成，硬件设备都是集成好的标准品，如果想改协议确实只能走IP这条路径。

如果是应用层面的话，硬件设备是非常支持用户对协议参数的可调整，比如QBV本身的时隙大小可设置，周期性传输中队列的可调整，出入帧的优先级设置等等，但对于协议本身来说，它自身的实现的方式是固定好的，所以说协议本身的算法机制是无法从现有标准品对其进行改变，从而实现二次开发的目标。