電子發(fā)燒友網(wǎng)報道（文/周凱揚）工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)作為新一代信息通信技術與工業(yè)經(jīng)濟深度融合的基礎設施，是實現(xiàn)人、機、系統(tǒng)以及OT&IT互聯(lián)互通的關鍵要素。而當下工業(yè)業(yè)務中的復雜運動控制、控制器通信、移動機器人、海量傳感器連接等，早已對時延、抖動和傳輸時間提出了極高的要求，工業(yè)數(shù)字孿生和工業(yè)增強現(xiàn)實等新業(yè)務更是將這些要求再度翻倍。

所以在以太網(wǎng)占據(jù)主導工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)連接方式的前提下，TSN（時間敏感網(wǎng)絡）技術被提出，該技術基于標準的以太網(wǎng)架構，以精準的時鐘同步能力、確定性流量調(diào)度能力以及智能開放的運維管理架構，成了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的首選網(wǎng)絡技術之一。為此，過去以標準以太網(wǎng)芯片開發(fā)為主的廠商們，近年來也紛紛轉戰(zhàn)TSN技術，推出了相關的TSN工業(yè)以太網(wǎng)芯片。

瑞薩

考慮到傳統(tǒng)網(wǎng)絡設備并不支持TSN技術，包括終端、網(wǎng)關等都需要更新，對已有系統(tǒng)的迭代來說會造成不小的成本挑戰(zhàn)。為了解決向現(xiàn)有系統(tǒng)添加TSN工業(yè)以太網(wǎng)，而不對系統(tǒng)進行大幅改動的問題，瑞薩電子推出了適用于工業(yè)以太網(wǎng)通信和TSN的RZ/N2L微處理器。

RZ/N2L MPU / 瑞薩

該MPU作為RZ系列的高端產(chǎn)品，基于ArmCortex-R52打造，不僅搭載了支持TSN的三端口千兆以太網(wǎng)交換機，還有EtherCAT從控制器，并支持PROFINET、OPC UA等主要工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議。

這些實時協(xié)議均由ArmCortex-R52負責管理，在400MHz主頻和超大片上內(nèi)存的支持下，可以直接獨立于應用CPU執(zhí)行網(wǎng)絡處理。再加上直接與主機CPU相連的高速接口，這樣也就無需對現(xiàn)有的應用軟件進行改動，即可實現(xiàn)對TSN的支持。

借助RZ/N2L，客戶可以迅速為現(xiàn)有工業(yè)設備提供TSN支持。瑞薩也基于RZ/N2L打造了工業(yè)市場備受青睞的郵票式MPU模組系統(tǒng)，客戶可自行在這一獲驗證系統(tǒng)周圍構建外圍設備，從而降低TTM、開發(fā)成本與風險。

Microchip

針對更為復雜的交換需求，Microchip也推出了TSN以太網(wǎng)交換機IC LAN9668，工規(guī)版本為LAN9668-I/9MX。該交換機采用集成了兩個10/100/1000BASE-T PHY和一個600MHz的ArmCortex-A7 CPU子系統(tǒng)，且擁有8個以太網(wǎng)端口。

LAN9668交換機IC / Microchip

在此之前，Microchip也發(fā)布了支持TSN的四端口以太網(wǎng)PHY收發(fā)器LAN8814，與LAN9668結合，可以實現(xiàn)定時、流保留、保護和管理等一系列功能。在支持單一、可擴展的TSN芯片組標準的同時，提供最低的延遲和端到端的通信流量傳輸，減少開發(fā)時間與成本。

與此同時，Microchip也提供了IStaX VSC6817SDK這一Linux應用軟件，開發(fā)者可以借助GUI、CLI、SNMP和JSON RPC等手段對以太網(wǎng)交換機進行管理，除了支持QCL和ACL之類的先進L2交換功能外，還有IEEE 1588中的各種TSN特性。

雖然目前在TSN相關芯片的供應上，還是以海外廠商主導，其實這并不僅限于TSN網(wǎng)絡芯片，整個以太網(wǎng)芯片市場也是如此。但近來國產(chǎn)廠商也已經(jīng)開始發(fā)力。比如為了發(fā)展國內(nèi)的時間敏感網(wǎng)絡技術，篩選國內(nèi)的優(yōu)質TSN供應商，加速該技術的普及和落地，2020年，中國信息通信研究院牽頭國內(nèi)30多家產(chǎn)學研單位，共同啟動了“時間敏感網(wǎng)絡（TSN）產(chǎn)業(yè)鏈名錄”。該名錄中包括芯片模組、交換機、網(wǎng)關、端設備和控制器等多種TSN設備。

東土科技

去年8月，東土科技的KD6530芯片也通過了“時間敏感網(wǎng)絡（TSN）產(chǎn)業(yè)鏈名錄計劃”中的芯片模組類測試，成了首款進入該名錄的TSN芯片，這也是國內(nèi)首款全流程自主可控的TSN交換芯片。KD6530選擇了雙核ARC HS48FS的CPU設計，最高主頻達到1GHz，且擁有32G的交換容量。

KD6530 TSN通用轉發(fā)芯片/ 東土科技

KD6530提供1個集成了PHY的100Base-TX接口、12個SGMII/1000Base-X接口、2個10GBase-X接口、6個CAN2.0/FD接口和6個LIN接口，最大支持1.6G的速率。由于支持TSN中的IEEE 802.1AS協(xié)議、IEEE 802.1Qbv與Qbu協(xié)議，KD6530提供高精度的時間同步，誤差范圍在±100ns內(nèi)，關鍵數(shù)據(jù)可保證μs級別的延遲和ns級別的抖動。

東土科技基于該芯片，打造了TSN交換機、時鐘源和控制器等產(chǎn)品。據(jù)了解，該芯片已經(jīng)應用于壓鑄鋅合金智能打磨拋光裝備，實現(xiàn)對兩臺高精度ODG六關節(jié)機器人的實時控制。在東土科技提供的KD6530方案下，該應用實現(xiàn)了極低延遲與抖動的確定性服務。

昆高新芯

國內(nèi)另外一家專注網(wǎng)絡芯片開發(fā)的公司昆高新芯，同樣投入了TSN網(wǎng)絡芯片的開發(fā)。從其官網(wǎng)的產(chǎn)品信息來看，在工業(yè)TSN網(wǎng)絡芯片上，昆高新芯目前有TSN交換芯片KG65XXI系列和KG5XXXI系列。

KG65XXI內(nèi)置4 RISC-V內(nèi)核的CPU，可以與外置CPU協(xié)同使用，支持常規(guī)的L2、L3交換功能，以及TSN/AVB功能。不過目前該芯片的具體規(guī)格尚未確定，比如1G與10G接口的數(shù)量。

而KG5XXXI這一TSN網(wǎng)關芯片系列，同樣采用了4 RISC-V內(nèi)核CPU的設計，可接入70個節(jié)點。KG5XXXI支持以太網(wǎng)/IP、ETHERCAT、PROFINET這三大主流工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議棧，也提供對CAN、RS485、FF、HARP-IP與MODBUS的支持。

從上一次融資公開的情報來看，昆高新芯已經(jīng)實現(xiàn)了TSN交換芯片的成功流片和測試，即將進入量產(chǎn)階段，且已經(jīng)和車廠、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)廠商等客戶建立了合作關系。昆高新芯的網(wǎng)絡芯片值得關注的一大特色是，其表示旗下芯片產(chǎn)品都內(nèi)置了國密安全算法，且核心IP都是有自有知識產(chǎn)權的，所以是徹頭徹尾的“中國芯”產(chǎn)品。

寫在最后

對于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)來說，TSN以太網(wǎng)可以說是工業(yè)4.0和IIoT的啟動器，也為云端到工廠的垂直集成提供了可能。與此同時，隨著5G在工業(yè)網(wǎng)絡的部署加快，5G+TSN的融合也已經(jīng)提上日程，無論是拼接、分段還是橋接，都將進一步加快TSN在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)上的靈活落地。

此外，TSN帶來的確定性和魯棒性優(yōu)勢，也對工廠之外的網(wǎng)絡環(huán)境提供了足夠的吸引力，比如車載網(wǎng)絡、鐵路網(wǎng)絡、電網(wǎng)網(wǎng)絡等。這些環(huán)境對于通信質量和安全性的要求高，和智慧工廠一樣，也是如今TSN技術主要的發(fā)力點所在。