TSN網絡實現确定性的分組交換不但需要TSN交換機(jī)，TSN接口适配器(qì)以及管理控制系統配合實現，而且必須能(néng)夠清晰的給出時間敏感流量的規範特性。由于TSN技(jì)術(shù)發展迅速，新标準和修訂不斷湧現，特别是面向特定行業(yè)的解決方案差異較大，因此不同廠商的TSN設備互聯互通(tōng)十分困難。TSN解決方案提供商必須提供TSN網絡整套解決方案，在研制TSN交換機(jī)同時，必須提供配套的網絡接口适配器(qì)和控制軟件(jiàn)的方案。 一(yī)、TSN網絡接口适配器(qì)的特點    （1）與商用網卡的比較
     由于TSN網絡具有明顯的行業(yè)特點，不同場景下(xià)的TSN交換具有不同的網絡接口和鏈路(lù)，資源預約方式，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(néng)使用标準的網絡接口适配器(qì)，必須進行針對性的定制。
TSN網絡接口适配器(qì)與标準網卡的比較如下(xià)表所示。    （2）TSN接口适配器(qì)實現模型
     TSN接口适配器(qì)實現需要考慮外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(qì)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(tōng)常TSN接口适配器(qì)與控制計算(suàn)機(jī)CPU的接口為(wèi)PCIe接口，可保證較大的傳輸帶寬和較小(xiǎo)的延時，與傳感器(qì)/控制器(qì)節點連接的接口為(wèi)以太網接口（适配器(qì)與控制器(qì)/傳感器(qì)物(wù)理分離）或内部總線接口（适配器(qì)與傳感器(qì)/控制器(qì)深度集成在一(yī)個(gè)SOC系統内）。      TSN适配器(qì)與網絡為(wèi)标準的以太網接口，本文後續将會(huì)對UNI接口進行詳細分析。而對TSN接口适配器(qì)的配置管理接口可采用多(duō)樣化的實現方式，既可以通(tōng)過CPU接口，由驅動程序對适配器(qì)進行管理控制，也可以通(tōng)過UNI接口，由外部的集中控制器(qì)對适配器(qì)進行控制。在特定環境中，TSN網絡還(hái)可以采用獨立的總線對接口适配器(qì)的管理甚至是時間同步進行控制。      TSN适配器(qì)内部邏輯除了比較直觀和标準的“分類标記整形與調度”，“時間同步”，“配置管理”外，還(hái)包含“冗餘控制”和“應用加速”兩部分。
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(chuán)上(shàng)特定應用場景需要支持冗餘接入備份的雙口功能(néng)。 應用加速功能(néng)是擴充網絡适配器(qì)功能(néng)，使之具有類似智能(néng)網卡的應用加速功能(néng)，以便減小(xiǎo)TSN網絡結點體積和功耗對特定應用的加速。一(yī)個(gè)典型的場景是将高(gāo)分辨攝像頭通(tōng)過TSN适配器(qì)接入網絡，适配器(qì)不但能(néng)根據攝像頭的數據流規範向網絡預約資源，保證采集數據傳輸的質量，還(hái)可以利用可編程資源，在數據傳輸前完成視頻采集數據的編解碼和内容加解密等處理。這類功能(néng)雖然與TSN無關，但可以對全系統整體的處理效率、功耗和體積進行優化，特别适合汽車、飛(fēi)機(jī)和衛星上(shàng)數據采集和計算(suàn)分析的場景。 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(cóng)物(wù)理層的接口速率，線纜長(cháng)度，時間同步，到(dào)鏈路(lù)層的資源預約和故障冗餘等機(jī)制都需要進行針對性設計。    （1）UNI接口速率
     目前工(gōng)業(yè)環境下(xià)TSN網絡鏈路(lù)主要采用100M以太網和1G以太網，對10/100/1000以太網速率的自(zì)動協商并沒有明确的要求。一(yī)方面是因為(wèi)網絡是封閉和确定的，其中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(lù)協商速率使得網絡延時和帶寬難以預知，增加了确定性管理的複雜(zá)性。因此TSN接口适配器(qì)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(zì)适應。    （2）UNI接入電(diàn)纜長(cháng)度
     TSN網絡UNI設計時一(yī)個(gè)比較容易忽略的問題時TSN網絡中網線的長(cháng)度。假設信号在光(guāng)纖和電(diàn)纜上(shàng)傳輸的速度為(wèi)每秒(miǎo)30萬公裡(lǐ)（由于存在分布電(diàn)感和電(diàn)容，電(diàn)信号在電(diàn)纜中傳輸速度一(yī)般按照(zhào)20萬公裡(lǐ)估算(suàn)），那麽30m的傳輸延時約為(wèi)100ns左右。因此為(wèi)了提升時間同步精度，TSN網絡在規劃時必須考慮電(diàn)纜長(cháng)度。如果接口适配器(qì)接入網絡的接入電(diàn)纜長(cháng)度無法确定，那麽可以考慮采用IETF Detnet工(gōng)作組提出的大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的資源預約
     TSN保證确定性交換的前提就(jiù)是提前有一(yī)個(gè)類似“高(gāo)鐵運行時刻表”的規劃圖，生(shēng)成這個(gè)規劃圖分為(wèi)在線兩種和離線方式。在線規劃方式要求TSN網絡接口支持類似802.1Qat和802.1Qcc協議，動态的為(wèi)時間敏感業(yè)務預約網絡資源，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(yè)務傳輸需求，但這大大增加了TSN網絡接口驅動的複雜(zá)性。      離線規劃方式主要針對時間敏感業(yè)務傳輸需求是固定的封閉網絡，例如工(gōng)廠車間的現場控制網絡，列車骨幹網絡和汽車車載網絡等。這些網絡的網絡接口不需采用動态協議向網絡預約資源，十分适合計算(suàn)和存儲能(néng)力都十分有限的傳感器(qì)和控制器(qì)接入TSN網絡。      離線資源預約隻适用于滿足局域網内部交換的确定性，在更大區域範圍内跨網關或路(lù)由器(qì)的确定性轉發控制必須采用其他的技(jì)術(shù)，如2015年(nián)IETF成立的Detnet（确定性網絡）工(gōng)作組提出的L3網絡中的确定性保證機(jī)制，當然目前Detnet相(xiàng)關規範還(hái)在草(cǎo)案階段，與TSN相(xiàng)比，更加不夠成熟。    （4）UNI時間同步
     雖然近年(nián)來一(yī)些IETF Detnet工(gōng)作組針對大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(huì)大大增加網絡接口和交換對時間槽标記和映射的複雜(zá)性，難以在局域網中部署。因此TSN網絡接口适配器(qì)必須支持1588時間同步機(jī)制。      當前一(yī)些商用網卡如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(suàn)和存儲資源，難以支持較高(gāo)頻率的時間同步，同步精度難以保證。條件(jiàn)許可情況下(xià)，TSN網絡接口适配器(qì)應由硬件(jiàn)實現全部的時間同步功能(néng)。    （5）UNI故障冗餘
     除了具有确定性延時外，确保分組不丢包的可靠傳輸也是TSN的重要目标。TSN 802.1CB規範定義了為(wèi)了确保可靠傳輸的幀複制和消除機(jī)制，基本思想是從(cóng)TSN網絡接口就(jiù)将數據流劃分成不同的子流，不同的子流通(tōng)過網絡中不同的路(lù)徑進行傳輸，在子流的彙聚點再進行重複分組的丢棄，以避免路(lù)徑故障帶來的分組丢失。因此，TSN網絡接口适配器(qì)必須支持多(duō)個(gè)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。      後續我們會(huì)對基于FAST架構和Zynq FPGA的TSN接口适配器(qì)的設計思路(lù)和實現技(jì)術(shù)進行分析，歡迎繼續關注。