新闻动态
TSN与风河实时操作系统


TSN(时间敏感网络)正在各类市场兴起。它可以为过去不曾存在的全新应用提供实时通信。

例如,将控制功能从驱动中解耦出来并移至边缘计算。下一代自动控制器可以并行处理视频流和控制流等各种工作负载,在一台机器上运行全部深度学习算法,同时还与工厂其他控制器进行通信。为了在这种环境中保障行为的确定性,必须在两端都安装实时操作系统。

对于既需要时间同步(协调事件)又需要及时性(及时事件)的应用,例如机械手臂、运动控制器或行驶中的车辆等,有必要将TSN与VxWorks实时操作系统(RTOS)结合使用,以便同步设备网络从而提升行为的确定性。将TSN与VxWorks操作系统的实时行为加以结合,有利于客户精确控制时间敏感周期。

TSN是一组IEEE标准,它定义了一套协议,用于通过以太网传输时间敏感数据。VxWorks中的实时特性,包括硬实时调度程序、实时网络堆栈等,都可以帮助优化数据包的处理。TSN也定义了时间同步和及时性的规则,因此能够在系统间快速传输数据,而VxWorks则有助于设计一套分布式确定性网络的实时控制系统。

最终,TSN成为一种使IT(信息技术)和OT(运营技术)相融合并兼顾成本效益的技术,它在不限于以太网,可以应用在许多工业应用场景中,从而提高生产效率、降低成本。这种技术能否成功应用,关键在于互操作性。

LNI 4.0 TSN测试床的交流会

风河最近举办了一次TSN测试床相关的活动。在这场工程师聚会活动中,风河将两个不同的电路板连接到TSN网络中。这两个电路板都运行着下一代VxWorks的早期版本(SR0640)。该版本支持多个TSN标准,包括 802.1AS、802.1Qbv和802.1Qbu。其中一个电路板是NXP LS1028ARDB参考平台,另一个则是配有i210 NIC的Intel UP2板。

LNI 4.0 TSN测试床首先测试的是VxWorks对于Precision Time Protocol(高精度时间同步协议(IEEE1588)與其他设备的兼容性。在这场交流活动中主要使用的是802.1AS profile。测试显示,VxWorks设备可以与连接的所有其他设备正确地相互操作。VxWorks时钟可以快速同步,并且使主时钟偏移量限制在几十纳秒以内,从而能够实现直接连接。两个用于测试的电路板分别是:NXP LS1028ARDB和配备两个i210接口的Intel UP2。

然后,VxWorks设备被配置用来向TSN网络发送数据包,其格式是根据LNI 4.0 TSN测试床发送方应用来定义的。该应用会周期性地发送特定偏移的以太网数据包,运行环境是1000毫秒的测试周期。根据802.1Qbv标准,只能在周期预先定义的时间间隙中发送数据包,以确保顺利送达接收方。这项测试说明,VxWorks设备具备固定周期和低偏差特性,能够成功地传输数据包。在一项为时五分钟的测试中,每秒传输1000个数据包,所有数据包在标准时间内到达接收器,偏差仅有10纳秒。

这个市场领域存在着巨大的机会,不仅属于TSN测试本身,也属于整个网络!感谢Dominik Rohrmus和Frank Schuberth组织这次活动!

风河对TSN标准的支持

风河致力于以务实的方法来推动TSN,并与硬件合作伙伴一起,充分利用VxWorks的精确实时性能,将TSN硬件功能发挥至最大程度。最新的VxWorks包括实现TSN特性的技术,支持可实现TSN特性的许多硬件,并遵从以下标准:

  • IEEE标准802.1AS——一种时间和时钟同步协议标准,允许所有接入TSN网络的设备高精度地同步到全球时间,偏差在几纳秒以内。因为可以为接入网络的每个设备提供支持,使这个标准构成了流量队列调度的基础。
  • IEEE标准802.1Qbv ——一种调度协议标准,建立多个队列将设备传输数据协调起来,并与时间选通调度相结合,确保数据传输延迟可以得到有效管理。由此可以支持同一网络内关键和非关键数据流量的合流。 
VxWorks同时在其他领域推进TSN,包括:

  • IEEE标准802.1Qbu —— 802.1Qbv的增强功能,可防止大型非关键数据占用网络带宽,并允许关键数据分解非关键数据,以达到最少的通信延迟和最佳的带宽利用率。
  • 简化配置与部署——由此降低TSN配置复杂性,并简化调试、优化和部署,从而在集中式与分布式TSN网络环境中以最佳的方式实现VxWorks集成。

风河也积极参加工业联盟等各种活动,与多个合作伙伴、供应商和客户合作,在整个市场中提供最佳的互操作性。