必看！基于AM62x平台的TSN高精度对时方案，解锁工业通信新高度！

工业自动化与智能控制飞速发展，数据传输的准确性与实时性尤为重要，时间敏感网络（TSN）技术应运而生，为解决这一核心需求提供了有效途径。今天和大家分享一个TSN高精度对时方案，基于TI AM62x四核A53工业平台。

图 1

AM62x对TSN标准的支持

AM62x作为一款功能强大的工业处理器，全面支持多项TSN标准，为实现高精度对时与可靠数据传输奠定了坚实基础。

AM62x支持时钟同步机制、时间感知整形器机制、抢占MAC机制、时间敏感流转发与排队机制等TSN标准，以下分别进行介绍。

时钟同步机制

TSN标准由IEEE 802.1AS[10]和IEEE 802.1AS-rev[11]构成。IEEE 802.1AS是基于IEEE 1588 V2精确时钟同步协议发展的，称为广义时钟同步协议(gPTP)，采用主从结构，它对所有gPTP网络中的时钟与主时钟进行同步。

图 2 IEEE802.1AS的时钟结构

时间感知整形器机制

时间感知整形器(Time Awareness Shaper,TAS)是为了高精度、严苛的工业控制应用而设计的调度机制，目前应用于工业自动化领域。TAS由IEEE 802.1Qbv定义，是基于预先设定的周期性门控制列表(GCL)，动态地为出口队列提供开/关控制的机制，确保数据按预定时间窗口传输。

每个队列有独特的传输算法，门控制列表(GCL)周期性扫描并按顺序开放传输端口。为了保证传输前网络空闲，TAS设置保护带宽，防止最差情况下被占用网络，确保数据传输的及时性和可靠性。

图 3 TAS的工作原理

抢占MAC机制

由于在TAS机制中存在两个问题：第一，保护带宽消耗了一定的采样时间；第二，低优先级反转的风险。因此，TSN的802.1Qbu和IEEE 802.3工作组共同开发了IEEE 802.3br，即可抢占式MAC机制。其采用了802.3TG中的帧抢占机制，将给定的出口分为2个MAC服务接口，分别称为可被抢占MAC(pMAC)和快速MAC(eMAC)。pMAC可被eMAC抢占，进入数据堆栈后等待eMAC数据传输完成，再进行传输。

通过抢占，保护带宽可被减少至最短低优先级帧片段。然而在最差情况下，低优先级的片段可在下一个高优先级前完成。抢占这个传输过程仅在连接层接口，即对于抢占式MAC，交换机需专用的硬件层MAC芯片支持。

图 4 基于抢占式MAC的传输机制

时间敏感流转发与排队机制

802.1Qav协议制定初衷是确保传统的异步以太网数据流不会干扰AVB的实时数据流传输，现在Qav不再局限于音视频的传输。

此协议规定了每类优先级的入口计量、优先级再生以及处理时间感知队列的算法。其利用IEEE 802.1AS协议生成的定时信息和VLAN优先级来隔离受控和非受控队列之间的帧，同时支持时间敏感流量在有线或无线局域网之间传输。

图 5

AM62x的典型应用领域

凭借其强大性能和对TSN标准的全面支持，AM62x在众多领域得到了广泛应用。涵盖工业PLC、运动控制器、边缘计算网关、工商业储能EMS、汽车充电桩、血液分析仪等，满足了不同工业场景对数据处理与传输的多样化需求。

图 6

时钟同步机制案例演示

为了简化描述，本文仅摘录部分方案功能描述与测试结果。开发环境如下：

Windows开发环境：Windows 7 64bit、Windows 10 64bit

Linux开发环境：Ubuntu22.04.4 64bit

虚拟机：VMware16.2.5

Linux Processor SDK：ti-processor-sdk-linux-rt-am62xx-evm-09.02.01.09

U-Boot：U-Boot-2023.04

Kernel：Linux-6.1.80、Linux-RT-6.1.80

硬件开发环境：创龙科技TL62x-EVM

案例简介

本案例主要演示基于TSN的时钟同步机制进行PTP（高精度时间同步协议）对时测试。

案例演示

（1）gPTP对时测试

进入评估板1文件系统，执行如下命令，查看eth0的PTP编号。

Target# ethtool -T eth0

图 7

在评估板1文件系统，执行如下命令，进行对时测试。

Target# ptp4l -E -2 -H -i eth0 -l 7 -m -q -p /dev/ptp0

图 8

在评估板2执行如下命令，进行对时测试，测试结果如下所示。下图第一列红色框打印的信息为2个评估板的对时时差，单位为ns；查看s2时钟的master offset数据，可见gPTP对时功能基本正常。第二列红色框打印的信息为path delay，单位为ns。按"Ctrl + C"可停止测试。

Target# ptp4l -E -2 -H -i eth0 -s -l 6 -m -q -p /dev/ptp0 -f ptp.cfg

图 9

（2）IEEE1588对时测试

进入评估板1文件系统，执行如下命令，进行对时测试。

Target# ptp4l -E -4 -H -i eth0 -l 6 -m -q -f ptp.cfg

图 10

进入评估板2文件系统，执行如下命令，进行对时测试。下图第一列红色框打印的信息为2个评估板的对时时差，单位为ns；查看s2时钟的master offset数据，可见IEEE 1588对时功能基本正常。第二列红色框打印的信息为path delay，单位为ns。按"Ctrl + C"可停止测试。

Target# ptp4l -E -4 -H -i eth0 -s -l 6 -m -q -f ptp.cfg

图 11

通过上述测试，充分验证了基于TI AM62x四核A53工业处理器平台的TSN高精度对时方案的有效性和可靠性，感兴趣的工程师朋友们，也快来上手一起试试吧！

此外，想要获取更多AM62x相关的案例演示及详细产品资料，各位工程师可以通过公众号（Tronlong创龙科技）查阅。

审核编辑 黄宇