TS-PON 技術

由鵬瞰半導體創(chuàng)建的 TS-PON 技術 (之前也稱為PonCAN) 具有業(yè)界首創(chuàng)、基于光學的端到端工業(yè)網(wǎng)絡解決方案，對于滿足高性能 AI 處理器和先進傳感器的永不滿足的需求至關重要。 TS-PON 通過提供前所未有的同時具有高帶寬（第一代為 10Gbps）、超低延遲、高可靠性、高安全性、低功耗和高可擴展性的新型連接，消除了與傳統(tǒng)工業(yè)網(wǎng)絡相關的所有瓶頸和限制，以推動實施真正的邊緣AI。

鵬瞰半導體致力于打造智能網(wǎng)絡和邊緣計算和控制的半導體解決方案，為智能制造和機器人、汽車和F5G等產(chǎn)業(yè)的下一波技術革命提供動力。鵬瞰半導體先進的TS-PON架構SoC為邊緣AI處理的需求量身定制。

解析光纖網(wǎng)絡TS-PON在機器人控制中的應用
*附件：新一代光纖網(wǎng)絡TS-PON在機器人控制中的應用.pdf

如上圖 1 所示為典型的 TS-PON 網(wǎng)絡在機器人整機中的應用系統(tǒng)架構，其主要組成元素為：
? 核心節(jié)點（Core）
? 網(wǎng)關中繼（Gate）
? 前端節(jié)點（Node）
? 分光器或者銅纜
通過如上核心元素的網(wǎng)絡組合，可將整機機器人頭部、軀干及四肢各子系統(tǒng)
集成到一張 TS-PON 網(wǎng)絡上，實現(xiàn)獨立或多層級的光域與銅域的統(tǒng)一，完成機器
人整機感知、控制及傳輸系統(tǒng)的高效管控。

TS-PON 網(wǎng)絡是一種創(chuàng)新性、獨立及統(tǒng)一的新型工業(yè)控制網(wǎng)絡，它可將傳統(tǒng)
CAN 網(wǎng)絡、傳感器設備網(wǎng)絡、以太交換網(wǎng)、擴展的 PCIE 網(wǎng)絡、CPU 接入及多
IO 設備控制管理網(wǎng)絡統(tǒng)一到一張網(wǎng)中，采用光纖樹形結構或靈活的 daisy-chain
結構，將多銅域或者光域內(nèi)網(wǎng)整合起來，形成一張高效實時大數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓I(yè)
控制網(wǎng)。其構成元素主要有：
Core switch：核心交換引擎
Core （OLT Root）：局端 OLT 核心節(jié)點
Gate （Gate Relay）: 包含 OLT Root 和 ONU Node 節(jié)點
Node （ONU Node）: 前端 ONU Node，邊緣前端節(jié)點
Optical Fiber or Copper cable: 光纖或者銅纜，單域或者多域連接線
在基于 TS-PON 技術的芯片如鵬瞰半導體的 VN1110/VN1110M 架構中，實
現(xiàn)了靈活組網(wǎng)的特點。同時，針對機器人實時控制和實時傳輸?shù)男枨?，集成?br /> 高性能 MCU 微控制器，高速 5MSPS 同時高精 16 bit 的 SAR ADC&DAC, 以及
高精度的 PWM 接口控制信號，也集成了多功能靈活可擴展的 IO 接口，如提供
MIPI CSI-2 的物理接口，以快速高效地接入外部圖像傳感器，將傳輸和控制集
成一體，使數(shù)據(jù)傳輸和控制更高效更精準。此外，還提供了一系列靈活的以太
網(wǎng)（包含 10G/2.5G/1.25G bps）接口，高速 PCIE、USB、UART 等外設接口，為
用戶的選擇使用提供了寬闊的空間。

據(jù)江曉峰介紹，TS-PON 是新一代全光纖工業(yè)光總線技術，具備高帶寬、低功耗、豐富的接口、抗干擾性強等優(yōu)勢。它突破TSN/以太網(wǎng)核心瓶頸，具備更高實時性、更高可靠性的特點；同時TS-PON 基于無源光網(wǎng)PON，傳統(tǒng)方案100M，帶寬性能提升100M，低時延提升1000倍以上。低時延的性能對機器人來說尤為重要，因為機器人有著越來越多的傳感器數(shù)據(jù)、視覺數(shù)據(jù)需要實時處理。此外，跟以太網(wǎng)對比，TS-PON 還可以減少機器人內(nèi)部的線束和重量，實現(xiàn)降本。

江曉峰介紹了TS-PON 基本組網(wǎng)及外設透傳框圖。中央節(jié)點Core是通常來說是跟大腦或者小腦放在一起的，下面有各種各樣的Node（節(jié)點芯片）。Node可以接入各種各樣不同的設備，比如說攝像頭數(shù)據(jù)、Pcle、USB等，而整張網(wǎng)，實際上把所有不同的接口、協(xié)議等，轉(zhuǎn)換為光在上面進行傳輸，且可以原來的形態(tài)傳輸數(shù)據(jù)，最后拿到的SoC幾乎跟本地是一模一樣的。

江曉峰提到，在跟客戶對接時發(fā)現(xiàn)，越來越多的客戶對伺服有不同的需求，有的人可能是需要用FPGA來做，有的人可能是用mcu來做。為了滿足不同的市場需求，鵬瞰半導體推出了TS-PON Gen2。“這是一顆性能更高的芯片，增加MCU/CPU/ FPGA的標準接口。這樣的話這些設備都可以直接跟我們來進行對接，我們就提供一個靈活的一張光網(wǎng)?！彼赋觥?/p>

在組網(wǎng)方面，機器人應用的組網(wǎng)的要求也是比較特別，除了一個傳統(tǒng)的一種分光方式，它可能有菊花鏈，可能要有環(huán)網(wǎng)來組成一張網(wǎng)，甚至可能需要光從混合來進行組網(wǎng)。TS-PON 支持分光，環(huán)網(wǎng)，菊花鏈及多種冗余拓撲。

鵬瞰半導體已經(jīng)推出了VN111x SoC 、VN211x SoC 兩款TS-PON SoC。其中VN211x SoC是鵬瞰半導體正在研發(fā)且即將流片的Gen2 TS-PON Node芯片。適用于工業(yè)/機器人應用的通用CPU/MCU。VN211x SoC對協(xié)議進行了修改，減少對外圍器件的依賴性，同時進行降本，增加了SM 4。預計在今年下半年回片。該芯片已被鵬瞰半導體的部分機器人客戶用于圖像傳輸和電機控制等領域。

在機器人內(nèi)部有很多線纜，內(nèi)部空間受限，特別是新一代智能機器人有著超復雜電機控制、越來越多傳感器接入等等。而鵬瞰半導體的TS-PON解決方案用光纖打通機器人的“任督兩脈”。因為一張網(wǎng)上既能夠傳輸高帶寬的USB數(shù)據(jù)，又可以傳輸控制數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)在一張網(wǎng)上傳輸，這也意味著機器人就是一條光纖線束，不僅線束輕了，機器人成本也降低了。