TSN網絡實現确定性的分(fēn)組交換不但需要TSN交換機，TSN接口适配器以及管理控制系統配合實現，而且必須能夠清晰的給出時間敏感流量的規範特性。由于TSN技術發展迅速，新标準和修訂不斷湧現，特别是面向特定行業的解決方案差異較大(dà)，因此不同廠商(shāng)的TSN設備互聯互通十分(fēn)困難。TSN解決方案提供商(shāng)必須提供TSN網絡整套解決方案，在研制TSN交換機同時，必須提供配套的網絡接口适配器和控制軟件的方案。 一(yī)、TSN網絡接口适配器的特點    （1）與商(shāng)用網卡的比較
     由于TSN網絡具有明顯的行業特點，不同場景下(xià)的TSN交換具有不同的網絡接口和鏈路，資(zī)源預約方式，時間同步方式，故障冗餘等要求，特别的TSN定義了與标準以太網不同的UNI接口，因此構建TSN網絡不能使用标準的網絡接口适配器，必須進行針對性的定制。
TSN網絡接口适配器與标準網卡的比較如下(xià)表所示。    （2）TSN接口适配器實現模型
     TSN接口适配器實現需要考慮外(wài)部接口定義以及内部處理模型兩方面，如下(xià)圖所示。TSN接口适配器的接口包含與結點CPU連接的接口，與網絡連接的接口（UNI）以及與配置管理系統連接的接口。      通常TSN接口适配器與控制計算機CPU的接口爲PCIe接口，可保證較大(dà)的傳輸帶寬和較小(xiǎo)的延時，與傳感器/控制器節點連接的接口爲以太網接口（适配器與控制器/傳感器物(wù)理分(fēn)離(lí)）或内部總線接口（适配器與傳感器/控制器深度集成在一(yī)個SOC系統内）。      TSN适配器與網絡爲标準的以太網接口，本文後續将會對UNI接口進行詳細分(fēn)析。而對TSN接口适配器的配置管理接口可采用多樣化的實現方式，既可以通過CPU接口，由驅動程序對适配器進行管理控制，也可以通過UNI接口，由外(wài)部的集中(zhōng)控制器對适配器進行控制。在特定環境中(zhōng)，TSN網絡還可以采用獨立的總線對接口适配器的管理甚至是時間同步進行控制。      TSN适配器内部邏輯除了比較直觀和标準的“分(fēn)類标記整形與調度”，“時間同步”，“配置管理”外(wài)，還包含“冗餘控制”和“應用加速”兩部分(fēn)。
冗餘控制是根據TSN網絡特定應用場景的需求确定的，例如在艦船上特定應用場景需要支持冗餘接入備份的雙口功能。 應用加速功能是擴充網絡适配器功能，使之具有類似智能網卡的應用加速功能，以便減小(xiǎo)TSN網絡結點體(tǐ)積和功耗對特定應用的加速。一(yī)個典型的場景是将高分(fēn)辨攝像頭通過TSN适配器接入網絡，适配器不但能根據攝像頭的數據流規範向網絡預約資(zī)源，保證采集數據傳輸的質量，還可以利用可編程資(zī)源，在數據傳輸前完成視頻(pín)采集數據的編解碼和内容加解密等處理。這類功能雖然與TSN無關，但可以對全系統整體(tǐ)的處理效率、功耗和體(tǐ)積進行優化，特别适合汽車(chē)、飛機和衛星上數據采集和計算分(fēn)析的場景。 二、TSN網絡的用戶網絡接口（UNI）設計 UNI定義了TSN端節點與網絡的接口規範，從物(wù)理層的接口速率，線纜長度，時間同步，到鏈路層的資(zī)源預約和故障冗餘等機制都需要進行針對性設計。    （1）UNI接口速率
     目前工(gōng)業環境下(xià)TSN網絡鏈路主要采用100M以太網和1G以太網，對10/100/1000以太網速率的自動協商(shāng)并沒有明确的要求。一(yī)方面是因爲網絡是封閉和确定的，其中(zhōng)接入節點的帶寬可以預先規劃；另一(yī)方面是不确定的鏈路協商(shāng)速率使得網絡延時和帶寬難以預知(zhī)，增加了确定性管理的複雜(zá)性。因此TSN接口适配器在設計時可以根據需求固定網絡接口的速率，使用簡單的MAC層處理邏輯，而無需支持接口速率的自适應。    （2）UNI接入電(diàn)纜長度
     TSN網絡UNI設計時一(yī)個比較容易忽略的問題時TSN網絡中(zhōng)網線的長度。假設信号在光纖和電(diàn)纜上傳輸的速度爲每秒30萬公裏（由于存在分(fēn)布電(diàn)感和電(diàn)容，電(diàn)信号在電(diàn)纜中(zhōng)傳輸速度一(yī)般按照20萬公裏估算），那麽30m的傳輸延時約爲100ns左右。因此爲了提升時間同步精度，TSN網絡在規劃時必須考慮電(diàn)纜長度。如果接口适配器接入網絡的接入電(diàn)纜長度無法确定，那麽可以考慮采用IETF Detnet工(gōng)作組提出的大(dà)規模網絡确定性轉發的方案，放(fàng)松對時間同步的要求。    （3）UNI的資(zī)源預約
     TSN保證确定性交換的前提就是提前有一(yī)個類似“高鐵運行時刻表”的規劃圖，生(shēng)成這個規劃圖分(fēn)爲在線兩種和離(lí)線方式。在線規劃方式要求TSN網絡接口支持類似802.1Qat和802.1Qcc協議，動态的爲時間敏感業務預約網絡資(zī)源，其優點是支持網絡節點的動态加入和退出以及可變的時間敏感業務傳輸需求，但這大(dà)大(dà)增加了TSN網絡接口驅動的複雜(zá)性。      離(lí)線規劃方式主要針對時間敏感業務傳輸需求是固定的封閉網絡，例如工(gōng)廠車(chē)間的現場控制網絡，列車(chē)骨幹網絡和汽車(chē)車(chē)載網絡等。這些網絡的網絡接口不需采用動态協議向網絡預約資(zī)源，十分(fēn)适合計算和存儲能力都十分(fēn)有限的傳感器和控制器接入TSN網絡。      離(lí)線資(zī)源預約隻适用于滿足局域網内部交換的确定性，在更大(dà)區域範圍内跨網關或路由器的确定性轉發控制必須采用其他的技術，如2015年IETF成立的Detnet（确定性網絡）工(gōng)作組提出的L3網絡中(zhōng)的确定性保證機制，當然目前Detnet相關規範還在草案階段，與TSN相比，更加不夠成熟。    （4）UNI時間同步
     雖然近年來一(yī)些IETF Detnet工(gōng)作組針對大(dà)規模網絡提出了不需要時間同步的确定性轉發方案，但這些會大(dà)大(dà)增加網絡接口和交換對時間槽标記和映射的複雜(zá)性，難以在局域網中(zhōng)部署。因此TSN網絡接口适配器必須支持1588時間同步機制。      當前一(yī)些商(shāng)用網卡如i350，82559，x550等支持1588PTP協議。但由于這些網卡的時間同步實現必須驅動參與，例如生(shēng)成follow up同步幀，因此需要占用計算和存儲資(zī)源，難以支持較高頻(pín)率的時間同步，同步精度難以保證。條件許可情況下(xià)，TSN網絡接口适配器應由硬件實現全部的時間同步功能。    （5）UNI故障冗餘
     除了具有确定性延時外(wài)，确保分(fēn)組不丢包的可靠傳輸也是TSN的重要目标。TSN 802.1CB規範定義了爲了确保可靠傳輸的幀複制和消除機制，基本思想是從TSN網絡接口就将數據流劃分(fēn)成不同的子流，不同的子流通過網絡中(zhōng)不同的路徑進行傳輸，在子流的彙聚點再進行重複分(fēn)組的丢棄，以避免路徑故障帶來的分(fēn)組丢失。因此，TSN網絡接口适配器必須支持多個冗餘的網絡接口接入網絡，并可根據需求支持802.1CB等協議的處理。      後續我(wǒ)(wǒ)們會對基于FAST架構和Zynq FPGA的TSN接口适配器的設計思路和實現技術進行分(fēn)析，歡迎繼續關注。