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基于FAST的TSN交流(7)TSN网络接口适配器需求剖析 与完成 模子
宣布时间 :2019-1-27
     TSN网络完成 确定性的分组交流不只 需求 TSN交流机,TSN接口适配器以及管理 控制系统 配合完成 ,而且必需 可以 明晰 的给出时间 敏感流量的规范 特征 。因为 TSN手艺 生长迅速,新尺度和修订不时 展现 ,特殊 是面向特定行业的处置 方案分别 较大,是以 分别 厂商的TSN装备 互联互通十分 难题 。TSN处置 方案提供商必需 提供TSN网络整套处置 方案,在研制TSN交流机同时,必需 提供配套的网络接口适配器和控制软件的方案。
一、TSN网络接口适配器的特点
   (1)与商用网卡的竞赛
     因为 TSN网络具有显着 的行业特点,分别 场景下的TSN交流具有分别 的网络接口和链路,资源预定 方式,时间 同步方式,缺点 冗余等要求,特此外TSN界说了与尺度以太网分别 的UNI接口,是以 构建TSN网络不行 运用 尺度的网络接口适配器,必需 举行 针对性的定制。
TSN网络接口适配器与尺度网卡的竞赛 如下表所示。
   (2)TSN接口适配器完成 模子
     TSN接口适配器完成 需求 思量 外部 接口界说以及外部 处置赏罚 模子 两方面,如下图所示。TSN接口适配器的接口征求 与结点CPU毗邻 的接口,与网络毗邻 的接口(UNI)以及与设置 管理 系统 毗邻 的接口。
     通常TSN接口适配器与控制盘算机CPU的接口为PCIe接口,可保险 较大的传输带宽和较小的延时,与传感器/控制器节点毗邻 的接口为以太网接口(适配器与控制器/传感器物理疏散)或外部 总线接口(适配器与传感器/控制器深度集成在一个SOC系统 内)。
     TSN适配器与网络为尺度的以太网接口,本文后续将会对UNI接口举行 详细剖析 。而对TSN接口适配器的设置 管理 接口可接纳多样化的完成 方式,既可以经过 CPU接口,由驱动法式对适配器举行 管理 控制,也可以 经过 UNI接口,由外部 的集中控制器对适配器举行 控制。在特定情形 中,TSN网络还可以接纳自力 的总线对接口适配器的管理 甚至是时间 同步举行 控制。
     TSN适配器外部 逻辑除了竞赛 直观和尺度的“分类记号 整形与调治”,“时间 同步”,“设置 管理 ”外,还征求 “冗余控制”和“运用 减速 ”两局限 。
冗余控制是凭证 TSN网络特定运用 场景的需求确定的,例如在舰船上特定运用 场景需求 支持冗余接入备份的双口成效 。
运用 减速 成效 是扩大 网络适配器成效 ,使之具有相似 智能网卡的运用 减速 成效 ,以便减小TSN网络结点体积和功耗对特定运用 的减速 。一个典型的场景是将高分辨摄像头经过 TSN适配器接入网络,适配器不只 能凭证 摄像头的数据流规范 向网络预定 资源,保险 搜罗 数据传输的质量,还可使 用 可编程资源,在数据传输前完成视频搜罗 数据的编解码和内容加解密等处置赏罚 。这类成效 虽然与TSN有关 ,但可以对全系统 全体 的处置赏罚 效率、功耗和体积举行 优化,特殊 适宜 汽车、飞机和卫星上数据搜罗 和盘算剖析 的场景。
二、TSN网络的用户网络接口(UNI)设计
UNI界说了TSN端节点与网络的接口规范 ,从物理层的接口速率,线缆长度,时间 同步,到链路层的资源预定 和缺点 冗余等机制都需求 举行 针对性设计。
   (1)UNI接口速率
     如今 工业情形 下TSN网络链路主要 接纳100M以太网和1G以太网,对10/100/1000以太网速率的自动协商并没有明白 的要求。一方面是因为 网络是封锁 和确定的,其中接入节点的带宽可以预先 妄想 ;另一方面是踏实 定的链路协商速率使得网络延时和带宽难以预知,增添 了确定性管理 的严重 性。是以 TSN接口适配器在设计时可以凭证 需求牢靠 网络接口的速率,运用 简朴 的MAC层处置赏罚 逻辑,而无需支持接口速率的自顺应 。
   (2)UNI接入电缆长度
     TSN网络UNI设计时一个竞赛 容易疏忽 的效果 时TSN网络中网线的长度。假定 信号在光纤和电缆上传输的速率 为每秒30万公里(因为 存在漫衍电感和电容,电信号在电缆中传输速率 一样往常 凭证 20万公里预算 ),那么30m的传输延时约为100ns左右。是以 为了提升时间 同步精度,TSN网络在妄想 时必需 思量 电缆长度。若是 接口适配器接入网络的接入电缆长度无法确定,那么可以思量 接纳IETF Detnet事情组提出的大规模网络确定性转发的方案,抓紧 对时间 同步的要求。
   (3)UNI的资源预定
     TSN保险 确定性交流的条件 就是提早 有一个相似 “高铁运转 时辰 表”的妄想 图,天生 这个妄想 图分为在线两种和离线方式。在线妄想 方式要求TSN网络接口支持相似 802.1Qat和802.1Qcc协议,静态 的为时间 敏感买卖 预定 网络资源,其低贱 是支持网络节点的静态 参与 和参与 以及可变的时间 敏感买卖 传输需求,但这大大增添 了TSN网络接口驱动的严重 性。
     离线妄想 方式主要 针对时间 敏感买卖 传输需求是牢靠 的封锁 网络,例如工厂车间的现场控制网络,列车主干网络和汽车车载网络等。这些网络的网络接口不需接纳静态 协议向网络预定 资源,十分 适宜 盘算和存储才干 都十分 有限的传感器和控制器接入TSN网络。
     离线资源预定 只适用于知足 局域网外部 交流简直 定性,在更大区域规模内跨网关或路由器简直 定性转发控制必需 接纳其他的手艺 ,如2015年IETF树立 的Detnet(确定性网络)事情组提出的L3网络中简直 定性保险 机制,虽然如今 Detnet相关规范 还在草案阶段,与TSN相比,越发不及 成熟。
   (4)UNI时间 同步
     虽然近年来一些IETF Detnet事情组针对大规模网络提出了不需求 时间 同步简直 定性转发方案,但这些会大大增添 网络接口和交流对时间 槽记号 和照射 的严重 性,难以在局域网中布置 。是以 TSN网络接口适配器必需 支持1588时间 同步机制。
     以后 一些商用网卡如i350,82559,x550等支持1588PTP协议。但因为 这些网卡的时间 同步完成 必需 驱动参与 ,例如天生 follow up同步帧,是以 需求 占用盘算和存储资源,难以支持较高频率的时间 同步,同步精度难以保险 。条件允许 情形 下,TSN网络接口适配器应由硬件完成 一切 的时间 同步成效 。
   (5)UNI缺点 冗余
     除了具有确定性延时外,确保分组不丢包的牢靠 传输也是TSN的主要 目的 。TSN 802.1CB规范 界说了为了确保牢靠 传输的帧复制和消弭 机制,基本 头脑 是从TSN网络接口就将数据流划分红 分别 的子流,分别 的子流经过 网络中分别 的途径 举行 传输,在子流的会聚 点再举行 重复 分组的扬弃 ,以阻止 途径 缺点 带来的分组丧失 。是以 ,TSN网络接口适配器必需 支持多个冗余的网络接口接入网络,并可凭证 需求支持802.1CB等协议的处置赏罚 。      后续五月天app官网无限观看会对基于FAST架构和Zynq FPGA的TSN接口适配器的设计思绪 和完成 手艺 举行 剖析 ,接待继续 关注。