TSN网络实现确定性的分(fēn)组交换不但需要TSN交换机，TSN接口适配器以及管理(lǐ)控制系统配合实现，而且必须能(néng)够清晰的给出时间敏感流量的规范特性。由于TSN技术发展迅速，新(xīn)标准和修订不断涌现，特别是面向特定行业的解决方案差异较大，因此不同厂商(shāng)的TSN设备互联互通十分(fēn)困难。TSN解决方案提供商(shāng)必须提供TSN网络整套解决方案，在研制TSN交换机同时，必须提供配套的网络接口适配器和控制软件的方案。 一、TSN网络接口适配器的特点    （1）与商(shāng)用(yòng)网卡的比较
     由于TSN网络具有(yǒu)明显的行业特点，不同场景下的TSN交换具有(yǒu)不同的网络接口和链路，资源预约方式，时间同步方式，故障冗余等要求，特别的TSN定义了与标准以太网不同的UNI接口，因此构建TSN网络不能(néng)使用(yòng)标准的网络接口适配器，必须进行针对性的定制。
TSN网络接口适配器与标准网卡的比较如下表所示。    （2）TSN接口适配器实现模型
     TSN接口适配器实现需要考虑外部接口定义以及内部处理(lǐ)模型两方面，如下图所示。TSN接口适配器的接口包含与结点CPU连接的接口，与网络连接的接口（UNI）以及与配置管理(lǐ)系统连接的接口。      通常TSN接口适配器与控制计算机CPU的接口為(wèi)PCIe接口，可(kě)保证较大的传输带宽和较小(xiǎo)的延时，与传感器/控制器节点连接的接口為(wèi)以太网接口（适配器与控制器/传感器物(wù)理(lǐ)分(fēn)离）或内部总線(xiàn)接口（适配器与传感器/控制器深度集成在一个SOC系统内）。      TSN适配器与网络為(wèi)标准的以太网接口，本文(wén)后续将会对UNI接口进行详细分(fēn)析。而对TSN接口适配器的配置管理(lǐ)接口可(kě)采用(yòng)多(duō)样化的实现方式，既可(kě)以通过CPU接口，由驱动程序对适配器进行管理(lǐ)控制，也可(kě)以通过UNI接口，由外部的集中控制器对适配器进行控制。在特定环境中，TSN网络还可(kě)以采用(yòng)独立的总線(xiàn)对接口适配器的管理(lǐ)甚至是时间同步进行控制。      TSN适配器内部逻辑除了比较直观和标准的“分(fēn)类标记整形与调度”，“时间同步”，“配置管理(lǐ)”外，还包含“冗余控制”和“应用(yòng)加速”两部分(fēn)。
冗余控制是根据TSN网络特定应用(yòng)场景的需求确定的，例如在舰船上特定应用(yòng)场景需要支持冗余接入备份的双口功能(néng)。 应用(yòng)加速功能(néng)是扩充网络适配器功能(néng)，使之具有(yǒu)类似智能(néng)网卡的应用(yòng)加速功能(néng)，以便减小(xiǎo)TSN网络结点體(tǐ)积和功耗对特定应用(yòng)的加速。一个典型的场景是将高分(fēn)辨摄像头通过TSN适配器接入网络，适配器不但能(néng)根据摄像头的数据流规范向网络预约资源，保证采集数据传输的质量，还可(kě)以利用(yòng)可(kě)编程资源，在数据传输前完成视频采集数据的编解码和内容加解密等处理(lǐ)。这类功能(néng)虽然与TSN无关，但可(kě)以对全系统整體(tǐ)的处理(lǐ)效率、功耗和體(tǐ)积进行优化，特别适合汽車(chē)、飞机和卫星上数据采集和计算分(fēn)析的场景。 二、TSN网络的用(yòng)户网络接口（UNI）设计 UNI定义了TSN端节点与网络的接口规范，从物(wù)理(lǐ)层的接口速率，線(xiàn)缆長(cháng)度，时间同步，到链路层的资源预约和故障冗余等机制都需要进行针对性设计。    （1）UNI接口速率
     目前工业环境下TSN网络链路主要采用(yòng)100M以太网和1G以太网，对10/100/1000以太网速率的自动协商(shāng)并没有(yǒu)明确的要求。一方面是因為(wèi)网络是封闭和确定的，其中接入节点的带宽可(kě)以预先规划；另一方面是不确定的链路协商(shāng)速率使得网络延时和带宽难以预知，增加了确定性管理(lǐ)的复杂性。因此TSN接口适配器在设计时可(kě)以根据需求固定网络接口的速率，使用(yòng)简单的MAC层处理(lǐ)逻辑，而无需支持接口速率的自适应。    （2）UNI接入電(diàn)缆長(cháng)度
     TSN网络UNI设计时一个比较容易忽略的问题时TSN网络中网線(xiàn)的長(cháng)度。假设信号在光纤和電(diàn)缆上传输的速度為(wèi)每秒(miǎo)30万公里（由于存在分(fēn)布電(diàn)感和電(diàn)容，電(diàn)信号在電(diàn)缆中传输速度一般按照20万公里估算），那么30m的传输延时约為(wèi)100ns左右。因此為(wèi)了提升时间同步精度，TSN网络在规划时必须考虑電(diàn)缆長(cháng)度。如果接口适配器接入网络的接入電(diàn)缆長(cháng)度无法确定，那么可(kě)以考虑采用(yòng)IETF Detnet工作组提出的大规模网络确定性转发的方案，放松对时间同步的要求。    （3）UNI的资源预约
     TSN保证确定性交换的前提就是提前有(yǒu)一个类似“高铁运行时刻表”的规划图，生成这个规划图分(fēn)為(wèi)在線(xiàn)两种和离線(xiàn)方式。在線(xiàn)规划方式要求TSN网络接口支持类似802.1Qat和802.1Qcc协议，动态的為(wèi)时间敏感业務(wù)预约网络资源，其优点是支持网络节点的动态加入和退出以及可(kě)变的时间敏感业務(wù)传输需求，但这大大增加了TSN网络接口驱动的复杂性。      离線(xiàn)规划方式主要针对时间敏感业務(wù)传输需求是固定的封闭网络，例如工厂車(chē)间的现场控制网络，列車(chē)骨干网络和汽車(chē)車(chē)载网络等。这些网络的网络接口不需采用(yòng)动态协议向网络预约资源，十分(fēn)适合计算和存储能(néng)力都十分(fēn)有(yǒu)限的传感器和控制器接入TSN网络。      离線(xiàn)资源预约只适用(yòng)于满足局域网内部交换的确定性，在更大區(qū)域范围内跨网关或路由器的确定性转发控制必须采用(yòng)其他(tā)的技术，如2015年IETF成立的Detnet（确定性网络）工作组提出的L3网络中的确定性保证机制，当然目前Detnet相关规范还在草(cǎo)案阶段，与TSN相比，更加不够成熟。    （4）UNI时间同步
     虽然近年来一些IETF Detnet工作组针对大规模网络提出了不需要时间同步的确定性转发方案，但这些会大大增加网络接口和交换对时间槽标记和映射的复杂性，难以在局域网中部署。因此TSN网络接口适配器必须支持1588时间同步机制。      当前一些商(shāng)用(yòng)网卡如i350，82559，x550等支持1588PTP协议。但由于这些网卡的时间同步实现必须驱动参与，例如生成follow up同步帧，因此需要占用(yòng)计算和存储资源，难以支持较高频率的时间同步，同步精度难以保证。条件许可(kě)情况下，TSN网络接口适配器应由硬件实现全部的时间同步功能(néng)。    （5）UNI故障冗余
     除了具有(yǒu)确定性延时外，确保分(fēn)组不丢包的可(kě)靠传输也是TSN的重要目标。TSN 802.1CB规范定义了為(wèi)了确保可(kě)靠传输的帧复制和消除机制，基本思想是从TSN网络接口就将数据流划分(fēn)成不同的子流，不同的子流通过网络中不同的路径进行传输，在子流的汇聚点再进行重复分(fēn)组的丢弃，以避免路径故障带来的分(fēn)组丢失。因此，TSN网络接口适配器必须支持多(duō)个冗余的网络接口接入网络，并可(kě)根据需求支持802.1CB等协议的处理(lǐ)。      后续我们会对基于FAST架构和Zynq FPGA的TSN接口适配器的设计思路和实现技术进行分(fēn)析，欢迎继续关注。