恩智浦:TSN的推出对工业4.0意味着什么？

在2021年由电子爱好者举办的第五届工业控制与通信技术研讨会上，恩智浦半导体边缘处理业务工业边缘计算产品营销经理高磊简要介绍了TSN以及将该技术引入工业4.0的好处。TSN是时间敏感组网的简称，是IEEE桥接(“交换技术”)工作组的项目，旨在通过确定性研究提高以太网的实时性。

工业4.0和IOT支柱技术/NXPTSN、OPCUA、5G、边缘计算和ML构成了工业4.0的主要元素。我们看到了工业物联网、云计算、横向和纵向系统集成、仿真技术、添加剂制造、自动化机器人应用、大数据分析、增强现实技术、网络安全等支柱技术。以TSN为工业网络互联核心，可连接现有传统工业以太网生产线，接入物联网采集海量工业数据，支持高精度、远程控制信号承载，实现各类工业业务的通用网络承载，保证所需传输质量。然而，TSN与现有工业以太网共存仍然存在一些问题和挑战。1.没有明确的独立于供应商的时间管理和形成标准。2.TSN对硬件要求更高的处理速度，对软件配置要求更多的用户交互，很可能会集成到大容量硅片和即插即用软件中。3.TSN TSN没有解决用户多年来一直抱怨的控制器对控制器通信的多厂商互操作性问题。

OPC-UA超越TSN加速了行业4.0/恩智浦，但OPC-ua和5G都为行业4.0中的TSN部署提供了很多帮助。OPC-UA可以统一所有系统设备的信息模型，以提供增强和透明的数据访问，并使用TSN作为传输手段。这种安排还提供了强大的语义来表示设备业务逻辑和透明的客户端-服务器通信，可以将工厂连接到云。总之，不仅统一了增强的信息模型，还提供了确定性的数据传输，这对现有的系统架构提出了严峻的挑战。行业4.0建议使用物联网机制(如OPC UAover TSN)来应对这一挑战。虽然TSN可以提供低级别的数据传输，但是OPC UA可以作为更高级别的应用的素材网络推送器。这两种技术的结合可以为工业自动化提供快速可靠的数据传输，并为精心设计的设备语义提供客户端-服务器组合。采用OPC UA和TSN的另一个积极方面是从一个专有和习惯的世界转变为一个统一和标准的世界。此外，OPC UA和TSN使企业能够统一开发专业知识，从而消除一系列狭窄领域的重复或冗余专业知识。

在TSN 5G/Wi-Fi/恩智浦工业互联网中，uRLLc是5G最关键的需求之一。在这种情况下，最严格的工厂应用需要1ms延迟、1s抖动和99.9999%的网络传输质量。TSN正式提供这项传输业务的关键技术，通过与5G网络的融合，可以构建更加灵活高效的有线和无线工业互联网网络。

恩智浦TSN产品线/恩智浦恩智浦已经部署了一系列丰富的TSN产品，包括低成本微控制器和多功能微处理器，涵盖汽车、工厂、制造、建筑和基础设施等各种应用场景。恩智浦在TSN上的布局分为三个阶段。第一阶段已完成工业TSN MAC和交换机的引进；第二阶段，在指定的i.MX产品中添加带有tsn软件名称的TSNmac第三阶段，增加三端口TSN交换机，更新TSN软件层。为此，恩智浦还提供了适用于i.MX6、i.MX8等系列的TSN软件开发包，通过OS和硬件的独立核心代码，大大降低了二次开发的成本。