01當前挑戰：在以太網中實現精確時序

傳統以太網在通用網絡領域表現可靠，但在自動化技術領域，卻難以滿足其不斷演進的需求。自動化技術應用對網絡有諸多嚴格要求，例如需要實時控制、微秒級的時間同步、穩定的帶寬保障以及超低的時延調度。面對這些需求，各類專有總線系統應運而生。

這些專有總線系統雖然在物理層采用以太網，但各自采用不同的實時協議，導致了供應商依賴和網絡碎片化的問題。且這些系統往往通過隔離時間關鍵型數據流量與次要流量來避免干擾，然而在未來工業 4.0 應用、汽車系統或航空電子等前沿領域，對以太網的一致性和集成度有更嚴苛的要求，這種隔離方式已無法滿足需求。

時間敏感網絡 (TSN)正是基于成熟完善的標準以太網技術發展而來的一套協議體系，旨在更好地滿足這些需求。TSN 可提供標準化解決方案，確保在以太網上實現可靠、具確定性且低時延的通信。它能夠實現關鍵與非關鍵數據流量在單一網絡上的融合，無需獨立的基礎設施，從而有效降低成本。通過確保低時延并消除供應商依賴，TSN 已成為實時通信的關鍵技術。

不過，高效整合這些復雜的 TSN 機制已經超越了普通網絡接口的能力范圍，因此需要采用專用的軟硬件。作為芯片 IP 和通信協議領域的專家，CAST 與 Fraunhofer IPMS 走在行業前列，基于 Altera FPGA 的解決方案實現了更出色的靈活性和更優異的資源效率。

02基于 Altera FPGA 的緊湊型 TSN IP

CAST 與 Fraunhofer IPMS 提供 TSN 端點、TSN 交換機和 TSN 交換端點 IP 核，可用于構建旨在突破標準以太網局限性的 TSN 以太網網絡。相較于低集成度方案，該解決方案通過將關鍵時間同步和流量調度功能直接嵌入硬件，為確定性通信提供了重要基石。這些 IP 核針對資源效率進行了優化，可顯著減少 FPGA 內部邏輯需求，實現更加經濟高效的設計，同時可靈活定制 TSN 節點以滿足特定應用需求。

Altera FPGA 可提供大多數 TSN 應用所需的靈活性和效率。TSN 通常是工業自動化或車載網絡的重要支柱，其節點往往通過 SPI、CAN、PWM 等多種接口與傳感器或執行器通信，并可能需要運行復雜程度各異的軟件層。通過在 Altera FPGA 上部署 TSN，開發人員能夠在同一高性價比設備上實現不同接口、設備驅動及軟件應用層。

Altera FPGA（如低功耗且經濟高效的Cyclone V SoC FPGA）憑借其出色的靈活性和性能以及豐富的 IP 生態系統，提供了更理想的硬件基礎。TSN IP 采用數字化緊湊設計，可輕松移植至全新 Altera 設備家族，包括高性能、高能效的Agilex 3 FPGA，或集成 AI 模塊的中端Agilex 5 FPGA。

經驗證的 TSN IP 核

CAST 提供三種可在 Altera 設備上實現的 TSN IP 核：

多端口TSN 以太網交換機，支持直通式、超低時延運行 ；

TSN 以太網端點，適用于星型網絡拓撲結構 ；

TSN 以太網交換端點，適用于菊花鏈網絡 。

這些 TSN IP 核均由 Fraunhofer IPMS 開發，嚴格遵循 CAST 的高標準 IP 質量要求，提供更加高效、易于集成且低風險的硬件實施方案。這些 IP 核支持關鍵 TSN 時間同步及流量整形協議，如 IEEE 802.1AS-2020、802.1Qav、802.1Qbv、802.1Qbu 和 802.1br，并可選擇附加 TSN 協議，以實現更高的可靠性以及針對特定應用的操作。且具備可配置功能及可選 DMA 引擎等屬性，使其成為更加多樣化且更高效的 TSN 解決方案。

03成果展示：顯著優化網絡時間同步

CAST 與 Fraunhofer IPMS 共同展示了其 TSN IP 解決方案在 Altera Cyclone V SoC FPGA 設備上的高效表現。

該演示系統連接了四塊 Altera 板卡，分別配置為TSN 交換機、兩個交換端點及一個端點。通過示波器觀察到，每塊板卡每隔數秒就會生成一個信號，成功驗證了該解決方案的全網時間同步能力。

即便人為斷開一條網線破壞環形拓撲，內置冗余功能仍能使其余網絡節點保持精確同步。唯有當第二根網線被移除導致設備完全隔離時，其信號才會出現漂移和失步，這表明了 TSN 同步機制在整個互連網絡中的有效性。

04立即體驗全新解決方案

在工業、汽車或航空電子等對技術精度要求嚴苛的應用中部署 TSN 網絡時，穩定、高效、可靠缺一不可。而 Altera 的 FPGA 產品線，從歷經市場驗證的Cyclone V SoC FPGA，到性能躍升、更多樣化的Agilex 3和Agilex5家族，正為這類場景構建了堅實的硬件底座。

若您正致力于在這些嚴苛領域推進 TSN 技術落地，可通過 CAST 獲取由 Fraunhofer IPMS 研發的經實踐驗證的緊湊型 IP 核。硬件平臺的強勁性能與成熟 IP 核的有機結合，不僅為 TSN 部署提供了雙重保障，更能有效簡化復雜流程，讓技術落地之路更為順暢。