解析鹏瞰半导体TS-PON Gen2：光纤网络TS-PON在机器人控制中的应用

TS-PON 技术

由鹏瞰半导体创建的 TS-PON 技术 (之前也称为PonCAN) 具有业界首创、基于光学的端到端工业网络解决方案，对于满足高性能 AI 处理器和先进传感器的永不满足的需求至关重要。 TS-PON 通过提供前所未有的同时具有高带宽（第一代为 10Gbps）、超低延迟、高可靠性、高安全性、低功耗和高可扩展性的新型连接，消除了与传统工业网络相关的所有瓶颈和限制，以推动实施真正的边缘AI。

鹏瞰半导体致力于打造智能网络和边缘计算和控制的半导体解决方案，为智能制造和机器人、汽车和F5G等产业的下一波技术革命提供动力。鹏瞰半导体先进的TS-PON架构SoC为边缘AI处理的需求量身定制。

解析光纤网络TS-PON在机器人控制中的应用
*附件：新一代光纤网络TS-PON在机器人控制中的应用.pdf

如上图 1 所示为典型的 TS-PON 网络在机器人整机中的应用系统架构，其主要组成元素为：
• 核心节点（Core）
• 网关中继（Gate）
• 前端节点（Node）
• 分光器或者铜缆
通过如上核心元素的网络组合，可将整机机器人头部、躯干及四肢各子系统
集成到一张 TS-PON 网络上，实现独立或多层级的光域与铜域的统一，完成机器
人整机感知、控制及传输系统的高效管控。

TS-PON 网络是一种创新性、独立及统一的新型工业控制网络，它可将传统
CAN 网络、传感器设备网络、以太交换网、扩展的 PCIE 网络、CPU 接入及多
IO 设备控制管理网络统一到一张网中，采用光纤树形结构或灵活的 daisy-chain
结构，将多铜域或者光域内网整合起来，形成一张高效实时大数据传输的工业
控制网。其构成元素主要有：
Core switch：核心交换引擎
Core （OLT Root）：局端 OLT 核心节点
Gate （Gate Relay）: 包含 OLT Root 和 ONU Node 节点
Node （ONU Node）: 前端 ONU Node，边缘前端节点
Optical Fiber or Copper cable: 光纤或者铜缆，单域或者多域连接线
在基于 TS-PON 技术的芯片如鹏瞰半导体的 VN1110/VN1110M 架构中，实
现了灵活组网的特点。同时，针对机器人实时控制和实时传输的需求，集成了
高性能 MCU 微控制器，高速 5MSPS 同时高精 16 bit 的 SAR ADC&DAC, 以及
高精度的 PWM 接口控制信号，也集成了多功能灵活可扩展的 IO 接口，如提供
MIPI CSI-2 的物理接口，以快速高效地接入外部图像传感器，将传输和控制集
成一体，使数据传输和控制更高效更精准。此外，还提供了一系列灵活的以太
网（包含 10G/2.5G/1.25G bps）接口，高速 PCIE、USB、UART 等外设接口，为
用户的选择使用提供了宽阔的空间。

据江晓峰介绍，TS-PON 是新一代全光纤工业光总线技术，具备高带宽、低功耗、丰富的接口、抗干扰性强等优势。它突破TSN/以太网核心瓶颈，具备更高实时性、更高可靠性的特点；同时TS-PON 基于无源光网PON，传统方案100M，带宽性能提升100M，低时延提升1000倍以上。低时延的性能对机器人来说尤为重要，因为机器人有着越来越多的传感器数据、视觉数据需要实时处理。此外，跟以太网对比，TS-PON 还可以减少机器人内部的线束和重量，实现降本。

江晓峰介绍了TS-PON 基本组网及外设透传框图。中央节点Core是通常来说是跟大脑或者小脑放在一起的，下面有各种各样的Node（节点芯片）。Node可以接入各种各样不同的设备，比如说摄像头数据、Pcle、USB等，而整张网，实际上把所有不同的接口、协议等，转换为光在上面进行传输，且可以原来的形态传输数据，最后拿到的SoC几乎跟本地是一模一样的。

江晓峰提到，在跟客户对接时发现，越来越多的客户对伺服有不同的需求，有的人可能是需要用FPGA来做，有的人可能是用mcu来做。为了满足不同的市场需求，鹏瞰半导体推出了TS-PON Gen2。“这是一颗性能更高的芯片，增加MCU/CPU/ FPGA的标准接口。这样的话这些设备都可以直接跟我们来进行对接，我们就提供一个灵活的一张光网。”他指出。

在组网方面，机器人应用的组网的要求也是比较特别，除了一个传统的一种分光方式，它可能有菊花链，可能要有环网来组成一张网，甚至可能需要光从混合来进行组网。TS-PON 支持分光，环网，菊花链及多种冗余拓扑。

鹏瞰半导体已经推出了VN111x SoC 、VN211x SoC 两款TS-PON SoC。其中VN211x SoC是鹏瞰半导体正在研发且即将流片的Gen2 TS-PON Node芯片。适用于工业/机器人应用的通用CPU/MCU。VN211x SoC对协议进行了修改，减少对外围器件的依赖性，同时进行降本，增加了SM 4。预计在今年下半年回片。该芯片已被鹏瞰半导体的部分机器人客户用于图像传输和电机控制等领域。

在机器人内部有很多线缆，内部空间受限，特别是新一代智能机器人有着超复杂电机控制、越来越多传感器接入等等。而鹏瞰半导体的TS-PON解决方案用光纤打通机器人的“任督两脉”。因为一张网上既能够传输高带宽的USB数据，又可以传输控制数据，这些数据在一张网上传输，这也意味着机器人就是一条光纤线束，不仅线束轻了，机器人成本也降低了。