導讀

在當今快速發展的工業自動化和智能制造領域，時間敏感網絡（TSN）正成為連接各個智能設備的核心技術。虹科TSN-PCIe網卡，作為市場上首個即用型TSN解決方案，為構建高效、可靠的工業通信網絡提供了強大的支持。

虹科RELY-TSN-PCIe網卡

想象一下，如果通信網絡能夠像時鐘一樣精準，每條信息都能在預定的時間內準時到達，那將會怎樣改變我們的通信世界？虹科RELY-TSN-PCIe網卡（了解詳情），正是這一構想的實現者。在本篇QA指南中，我們將深入探討這款革命性產品的核心特性，解答您可能遇到的疑問。

Q1

虹科TSN端點的結構是怎樣的？

虹科PCIe網卡在端到端的傳輸當中，充當數據調度和調節收發的作用。虹科PCIe設備本身，通過PCIe接口與用戶的主機（CPU端）相連，面對各種復雜多樣的算法，往往數據的計算都是由主機CPU來進行計算和操作。而端到端之間的數據傳輸是用戶主機（CPU）將計算的控制命令通過PCIe接口向設備的Port1/2進行發送出去，同理對于接收到的控制命令也是通過Port0/1向PCIe端口轉發給用戶主機（CPU）。

面對復雜多樣的各種類數據，用戶主機（CPU）需要對不同種類的數據進行規劃編程，或者分類（VLAN），規劃為TSN當中的8種不同類別的數據流量。或者可以由虹科PCIe網卡本身將用戶主機的流量以一種TSN類別發送出去。

在操作上，虹科TSN網卡可以做到賦予數據流量的時間敏感的調度。但網絡數據的負載，還是需要用戶在用戶主機（CPU）定義應用程序，將設備當成一個普通網卡，先保證數據能相互傳輸，再利用虹科PCIe設備內部的Web進行協議的設置，使得數據傳輸遵循TSN傳輸。

Q2

如何部署和使用虹科TSN-PCIe卡？

具體是要根據TSN需求，以及所需要的時隙配置。端到端的情況下，比如在不采用TSN調度情況下，網絡在多流量傳輸下，遵循優先轉發原則，可能會導致部分流量丟失，以及延遲和抖動情況大多在ms級別的發生，因為無法按照用戶確定性時延的去轉發。

當采用TSN門控機制下，保證網絡特性情況下（即對應的幀率需要保證門控帶寬能夠無丟包），設置us級別的門控，比如第一個門控100us內，此門控傳輸控制類別1，3，4三種，第2個門控150us傳輸控制類別2，6，那么對于這三種流量的傳輸結果，以一個周期轉發為例，延遲和抖動都是在用戶可確定的范圍內，延遲和抖動都是在門控范圍以內（通常實際只有幾us的抖動，并且速率也高，情況越是良好），這就是TSN的確定性網絡的由來。

Q3

TSN端點具備哪些獨特優勢？

虹科TSN-PCIe網卡可用作 PCIe TSN 端點和 TSN 橋，提供 2 個多媒體千兆以太網端口和 2 個內部端口。作為端點，它提供了在托管設備中引入 TSN 技術的可能性，以便將其集成到確定性網絡中。PCI Express（PCIe）是擴展性最強的高速串行計算機擴展總線，它是 PC 計算機中擴展板的實際標準，并且正在獲得工業PC 甚至SCADA系統的認可。

在探索時間敏感網絡（TSN）的實現方案時，結合I210網卡和Linux系統的TSN補丁是一個切實可行的方法。盡管I210網卡本身可能并不具備豐富的TSN功能，但通過在搭載這些網卡的設備上應用開源的Linux TSN補丁，可以擴展其功能，盡管這可能需要相當的工作量。

虹科的TSN網卡在這方面展現出了其獨特的優勢。它不僅支持市面上廣泛使用的多種協議，而且采用了基于PCIe板卡的創新結構——ARM-CPU與FPGA的結合。在ARM側，我們實現了一個經過優化的Linux TSN補丁包，與FPGA中的TSN協議交換結構相互配合，共同確保了TSN協議的高效數據調度。通過PCIe接口上的I210網卡，這些網卡能夠與搭載設備（如工控機）進行通信，無論搭載的是Windows、Linux還是VxWorks操作系統，用戶只需配置相應的網卡驅動，即可實現即插即用的便利性，輕松部署確定性以太網網絡，同時將技術復雜性從用戶設備和應用程序中抽象出來。

更進一步，虹科的TSN解決方案在協議配置上也進行了創新。它不再依賴于傳統的命令行方式，而是提供了一個直觀的Web GUI頁面，使用戶能夠通過圖形界面進行配置，這大大簡化了TSN協議的設置和管理過程，提高了用戶體驗。

Q4

TSN端點的二次開發潛力如何？

對于TSN IP的端點方案而言，虹科除了提供FPGA 代碼形式TSN方案，還包括ARM側的Linux軟件組件包，便于客戶集成TSN 端點方案。同時保持行業內協議數量和性能的領先特性，從開發層面來說，一站式的TSN解決方案幫助客戶克服了很多時間和開發難題；從產品最終形態而言，產品帶來的用戶體驗感好，協議性能上具備一定的市場優勢。

我們的TSN協議是用FPGA實現的，以IP封裝的形式存在，在賽靈思的MPSOC上做的系統集成，硬件設備都是集成好的標準品，如果想改協議確實只能走IP這條路徑。

如果是應用層面的話，硬件設備是非常支持用戶對協議參數的可調整，比如QBV本身的時隙大小可設置，周期性傳輸中隊列的可調整，出入幀的優先級設置等等，但對于協議本身來說，它自身的實現的方式是固定好的，所以說協議本身的算法機制是無法從現有標準品對其進行改變，從而實現二次開發的目標。