一、TSN方案概要

本方案鉴于SOCe MTSN套件，认证100BASE-T、1000BASE-T和TSN合同中的 IEEE802.1 Qav、IEEE802.1 Qbv、IEEE802.1 Qcc、IEEE802.1 As和IEEE802.1 CB等合同。方案包括MTSN相干硬件的推荐、device硬件的接连和TSN部分合同的认证demo。

时间感性网站是IEEE 802.1事业组的时间感性网站任务组正好开发的一组准则。这点准则提议了针对IEEE 802.3网站的加强功效，以便为OT和IT定义鉴于以太网的特异解决方案。 TSN的根本根基是运用时间同步和用于定义网站中共享的时间表的时间感知整形器在以太网上实现确定性。本方案的TSN在于时间同步，流量整形和网站配置三个要素。

（1）时间同步

在时间感性网站中，全部device都须要有个公共时间基准，因而须要彼此同步时钟。运用称为IEEE 802.1AS-2011的IEEE 1588配置文献，面对着在构成网站的TSNdevice之中提供纳秒级同步精度的技艺挑战。源于这项技艺提供的明确性，保证鉴于受控的网站延迟和抖动植入有用的鉴于时间触发的以太网解决方案是可以的。

（2） 流量整形

运用IEEE 802.1Q中运用的严刻领先级体制，可行区别更要紧的网站流量和次要的网站流量，但不行给出端到端交付时间的一律确保。 TSN经过添加体制来保证按软硬实时请求及时交付，从而加强了准则以太网通信。

IEEE 802.1Qbv时间感知调整程序应允定义每个循环周期中可用的时隙数量，其持续时间以及应允发送的领先级队列。源于采纳了这类操作形式，计划流量具备专用的时隙，以保证预期的确定性举止。尽力而为的流量容纳在每个重复操作的其余时隙中。

TSN中领先级和带宽运用改良的一项要紧改良是对鉴于信用整形器的扶持，如IEEE 802.1Qav中所定义。此功效应允定义可用于确定队列的第一大带宽比重。

（3）网站配置

TSN网站的配置平面是准则化（IEEE）和产业（IIC TSN测试平台事业组）组中最活泼的专题之一。 TSN通信鉴于在Talker和一种或若干侦听器之中设计的数据流。鉴于每个流的商定参数，有必需配置TSN网站的全部素材以依据所选参数变换帧。此操作由聚集式网站配置（CNC）节点执行。该CNC应能够以准则化的形式与不同供给商的device发展通讯。该范畴的早期进展鉴于IEEE 802.1Qcc准则。

二、TSN方案设置2.1 TSN网站拓扑图

本方案中TSN的网站拓扑如图1所示

图1 TSN的网站拓扑图

2.2 device推荐

（1）MTSN套件

多端口时间感性网站（MTSN）交换机IP是SoCe解决方案，适用于须要一站式解决方案在其device中导入时间感性网站的全部消费者。依据利用，可行最好地实现MTSN交换机IP。可行将其配置为从容易的2端口TSN适配器到繁杂的多端口交换机生成。设置人士可行在其它参数中为FPGA部分中实现的交换机抉择端口数量和存储器分配。运用Xilinx Vivado用具以图形形式达成全个配置。MTSN套件不但设置用于测试MTSN交换机IP，况且还扶持顶级动手TSN。该套件鉴于Zynq Ultrascale + MPSoC，它由两块可行运转TSN网站设计的板构成，如图2所示。

图2 MTSN套件

（2）TSN交换机（SMARTmpsoc）

SMARTmpsoc Brick为扶持1588的HSR/PRP高可用性和确定性以太网网站提供了开箱即用的设计。它是鉴于Xilinx Zynq Ultrascale+ MPSoC可重构平台device，包括SoC-e SMARTmpsoc模块。它镶嵌Linux操作体系和实现自助HSR/PRP、托管以太网、IEEE 1588、TSN和其它SoC-e解决方案所需的SoC-e ip，甚而与使用者逻辑相联合。它是估价SoC-e IP核的一种很没有问题抉择，由于它不过一种Plug&Play解决方案，不要消费者发展全部类别的集成事业。硬件今后还可行用作开发平台，这样可行缩小开发阶段。

SMARTmpsoc 模块是可插拔的SoM，旨在使以太网产业网站轻松集成到电气、运输和产业自动化范畴的device中。这种功效强盛的模块应允实行具备强盛网站功效的定制路由器、交换机或末端device。可行运用特定的IP内核在硬件中实现变换料理。

SoC-e提供了可在SMARTmpsoc 模块上实现的解决方案，这点解决方案包括：HSR，PRP，MRP，DLR，TSN，RSTP，PTP，低延迟以太网，Profinet和以太网IP。

图3 SMARTmpsoc

SMARTmpsoc Brick最重要的参数如是：

l  SMARTzynq载体:

4x SFP cage适用于10/100/1000Base-T, 100Base-FX或1000Base-X

10/100/1000Base-T 1x RJ45

UART操控台(USB)

6V-30V DC(含电源)

2 x PMOD接连器

l  电源供电

l  USB B电缆

l  光纤/铜SFP模块（可选）

（3）SMARTzynq Brick（TSN流量生成器）

SMARTzynq Brick 提供了一种现成的构建1588感知 HSR / PRP高可用性以太网网站。它鉴于SoC-e SMART zynq模块 ，此中包括Xilinx Zynq-7000可重配置平台device。它镶嵌了Linux OS和实现自助HSR / PRP，托管以太网 ，IEEE 1588和其它SoC-e解决方案所需的SoC-e IP ，甚而与使用者逻辑联合在一同。

它也是估价SoC-e IP内核的绝佳抉择，由于它是即插即用的解决方案，不要消费者发展全部方式的集成事业。硬件今后也可行用作开发平台，从而缩小了开发阶段。

SMART zynq Brick 电子部件为产业或车子级。此外，它应允广大的DC电压输入和全部必要的庇护，以应允在现场运用该板（比如：在产业device或机架里面，CNC机器等里面）。

SMARTzynq Brick的最重要的参数如是：

l  SMART zynq载体：

用于10/100 / 1000Base-T，100Base-FX或1000Base-X的4个SFP接口

1个RJ45 扶持10/100 / 1000Base-T合同

UART操控台（USB）

6V-30V DC（包括电源）

2个PMOD接连器

l  具备参考设置的SD卡

l  电源

l  USB B电缆

l  光纤/铜SFP模块（可选）

（3）流量生成器

流量生成器用于发生各式领先级和带宽的流量，已对网站传输发展阻塞，从而认证TSN的少许合同对网站调整和下降网站延迟的功效。

图4 SMARTzynq Brick

2.3 device接连

在图5中展现了运转TSN演示所需的硬件接连。套件三个硬件板块，区别为TSN交换机1、TSN交换机2和流量生成器。

TSN交换机1和TSN交换机2离厂时曾经预先配置好，在板载ARM料理器的以太交换端口eth0上有不同的IP地址。 流量生成器在效劳端口也被预先配置有个不同的IP地址。运用前须要对device发展之下接连：

（1）将TSN交换机1的PORT0和TSN交换机2的PORT0相连

（2）将TSN交换机1的PORT1和TSN交换机2的PORT1相连

（3）将TSN交换机1的PORT0和流量生成器的PORT0相连

（4）将TSN交换机1的PORT3和流量生成器的效劳端口相连

（5）将TSN交换机2的PORT2和电脑接连

图5 MTSNdevice接连

为了方便区别，TSN交换机1为device0，TSN交换机2为device1，流量生成器为device2。

2.4 合同认证2.4.1 IEEE802.1AS（时间同步测试）

该测试表达TSN网站中须要通用的时间同步。将传输时间划分为若干重复窗口增添了对纳秒计时器的要求，该计时器应允全部device同一时间开启这点窗口。缺乏这类体制会触发大批的随机带宽损耗。

图6.无时间同步的TSN网站

图7.具备时间同步的TSN网站

为了提供友没有问题界面，可行运用专用的Web界面来操控TSN测试（请参见图8）。可从PC Web浏览器（Opera浏览器）输入隶属device0的地址192.168.4.64:1337来访问此Web界面。

图8.演示Web界面

认证环节：

① 单击“Time Synchronization Test”按键，它将弹出一种新页面；

图9.时间同步测试页

② 开启Wireshark，此刻不需要最初捕获；

③ 单击“Start Frame Generator”按键，它被配置为发动device0中的流量生成器，最重要的参数定义了1500字节尺寸，VLAN领先级为5的帧的传输，带宽率为10％；

④ 在Wireshark中最初新的捕获，开启I / O图，并审查能否以领先级5接收了100Mbps的流量;

图10.领先级5的流量带宽

⑤ 单击“Enable TAS in Device 0”，时间感知整形器的配置仅发送到device0。它的配置如是：

?仅保存一种时隙用于领先级5流量的传输。

?应允将全部剩余的流量发送到剩余的时隙中。

?应允在全部时隙中传输PTP流量（领先级6）。

图11.时间感知整形器配置

⑥ 返回到I / O图捕获，并审查带宽能否节制为大约25％；（源于仅为领先级5的流量预留了一种插槽）

图12.时间感知整形器操作

⑦ 单击“Enable TAS in Device 1”， Time Aware Shaper的配置仅发送到device1。它的配置形式与device0相同；

⑧ 返回I / O图捕获，源于device没有办法同一时间开启窗口，因而带宽降低了，注意：带宽降低可能与相片有所不同，这是由于两个device中的窗口发动之中的时间差是随机的；

图13.带宽降低（设计TAS后）

⑨ 单击“Enable IEEE 802.1AS”按键，此按键的效用是激活两个device中的IEEE 802.1AS，以使其具备同步时间，同步达成后，两个device将同一时间开启重复窗口；

⑩ 返回I / O图捕获，审查同步达成后，带宽大约规复到25％;

图14.加载时间同步后的带宽

? 单击“Go back”按键。单击此按键时，流量生成器停止传输流量，而且时隙的配置被取消。它带您回到主页;

? 移到Wireshark并停止捕获。

2.4.3 IEEE802.1Qbv（TAS：时间感性整形器测试）

如先前的测试所示，在以太网的准则操作下，源于流量领先级比流量生成器低，因而没有办法对VLC实例发展领先级排序。在此测试中，将声明准则IEEE 802.1Qbv中定义了TSN功效，该功效应允为不同的领先级分配传输时隙。特别是，在802.1Qbv块中配置的参数将仅应允将领先级2流量传输到单个时隙中。其余流量将被传输到另一种时隙。将有另一种不应允全部流量的时隙，以定义庇护带并改进Wireshark中的图形可见化。终归，第一种时隙将仅保存用于领先级0流量的传输，以维持演示的成功执行。注意：802.1AS流量（领先级6）将被应允在全部时隙中传输。

图15.时间感知整形器配置

认证环节：

① 单击“ Time Aware Shaper Test”按键，它将弹出一种新页面，启用了两个VLC消费者端实例，VLC1对应于VLAN领先级为2的流，而VLC2对应于VLAN领先级4的流，这两个视频此刻都可行显现。

图16.时间感知整形器测试页

② 单击“Enable Time Aware Shaper”按键，时间感知整形器（时隙）的配置参数发送到两个device。经过此操作，源于领先级2（VLC实例1）的可用于传输的专用时隙，其流量已保存了必定百分比的带宽；

③ 单击“Start Frame Generator”按键，它配置为发动device0中的流量生成器，最重要的参数定义1500字节尺寸的帧的传输，VLAN领先级为5，带宽速率为100％，以发生拥塞概况。 此时，应当正确接收VLC实例1，而不行正确接收VLC实例2，这是源于在统一时隙中其余领先级的带宽仍存留竞争。

④ 在Wireshark中最初捕获几秒钟，开启I / O图形并以毫秒为单位设计x标度，接下来注意将传输时间分成若干时隙。 审查领先级为2的流量能否从未与其余流量同一时间传输，还要审查能否接收到全部领先级为4的流量。

图17.时间感知整形器时隙

⑤ 单击“ Go back”按键，单击此按键时，流量生成器停止传输流量，VLC实例被中断，而且时隙的配置维持不变，返回主页。

2.4.3 IEEE802.1Qav（CBS：鉴于信用的整形器测试）

运用时间感知整形器体制，源于在每个传输窗口中保存了一种时隙，因而可行实现领先级为2的流量的领先级。在此测试中，将运用鉴于信用的整形器体制，以便在若干领先级的流量之中分配带宽。特别是，须要为领先级4的流量分配充足的带宽（VLC2），并将领先级5的流量的带宽节制为应允其余流量传输的值,抉择的值节制了领先级5流量的带宽的20％。

认证环节：

① 单击“Credit Based Shaper Test ”按键，这两个视频此刻都可行显现。启用了两个VLC消费者端实例。 VLC实例1对应于VLAN领先级为2的流，而VLC实例2对应于VLAN领先级4的流。这两个视频此刻都可行显现。

图18.鉴于信用的整形器测试页

② 单击“Enable Credit Based Shaper”按键，鉴于信用的整形器的配置参数（带宽分数）被发送到两个device，经过此操作，源于领先级5的流量的节制，领先级4（VLC实例2）的流量已预留了必定百分比的带宽；

③ 单击“Start Frame Generator”按键，它配置为发动device0中的流量生成器。最重要的参数定义1500字节尺寸的帧的传输，VLAN领先级为5，带宽速率为100％，以发生拥塞概况。此时，虽然负载流量的配置形式与此前的测试相同，但这一次两个视频全能寻常接收，由于CBS功效正好治理分配给每个领先级的带宽；

④ 在Wireshark中捕获几秒钟，开启“I/O Graph”并以秒为单位设计x轴比重，并注意领先级5流量的带宽节制，它应当仅约为50Mbps（250Mbps的20％-1个时隙）。另外，x轴标度可行设计为毫秒，而且可行认证领先级4的流量始终与领先级5的流量在统一时隙中传输。

图19.鉴于信用的整形器图1

图20.鉴于信用的整形器图2

⑤单击“ Go back”按键，单击此按键时，流量生成器停止传输流量，VLC实例被中断，而且全部与TSN相干的功效都被禁用，并将返回主页。

2.4.4 IEEE802.1CB（帧复制和消除的可靠性测试）

为了测试FRER体制所带来的优势，运用了一种新的视频流VLC3。这种视频流在device0和device1中皆是预先配置没有问题，以应用IEEE 802.1CB准则中定义的流辩别功效。运用IEEE 802.1CB准则中定义的流辩别功效。除了流辩别功效，这种流还在device0中被配置为从端口0和端口1循环发送，在device1中丢弃收到的循环的收到的帧。经过这类配置，有可能实现没有缝冗余即零规复时间。

认证环节：

① 单击“Frame Replication and Elimination for Reliability Test”按键，这两个视频此刻都可行显现；两个视频流从device0发送，VLC3对应的是用FRER体制配置没有问题流量。VLC2对应于另一种无配置TSN体制的视频流；

图21.帧复制和消除的可靠性测试

② 拔掉接连device0的port-0和device1的port-0的电缆，这时VLC2将停止几秒钟，VLC3将接着不间断播放。在这类概况下，VLC2停止了几秒钟接下来又最初接收。由于RSTP功效检验到port-0的链路是断开的并最初经过port-1传输VLC2流。与RSTP不同，FRER体制是一种零时间规复的冗余体制，这便是为何VLC3在port-0链路断开时不会中断；

图22.FRER测试模子

③ 单击“Go back”按键返回主页。