基于TSN交换芯片的TSN模组、终端设备及系统的制作方法

本发明属于通信设备，具体涉及基于tsn交换芯片的tsn模组、终端设备及系统。

背景技术：

1、tsn(time-sensitive networking)时间敏感网络，是在非确定性的传统以太网中实现确定性最小时延的协议族。tsn是ieee 802.1工作组开发的一套协议标准，定义了以太网数据传输的时间敏感机制，为传统非确定性以太网增加了确定性和可靠性，以确保数据实时、确定和可靠地传输。

2、tsn作为新一代以太网技术，当前相关产品主要以交换芯片和交换机为主，缺少支持tsn功能的终端模组，这就使得相应终端设备接入tsn网络后，难以实现tsn功能，包括ieee802.1as、ieee 802.1qbu、ieee802.1qbv等协议功能。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供基于tsn交换芯片的tsn模组，用以解决现有技术中存在的上述问题。

2、为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

3、第一方面，本发明提供基于tsn交换芯片的tsn模组，包括tsn交换芯片和cpu芯片；所述tsn交换芯片包含若干mac模块，所述mac模块包含time aware shaper模块、pmac模块、emac模块、mac mux模块和ptp timer模块；所述ptp timer模块用于提供本地时钟信号；所述mac mux模块用于接收外部数据端的以太网数据包，从以太网数据包中提取ptp报文，并根据本地时钟信号将ptp报文打上时间戳，将打上时间戳的ptp报文通过设定数据通道发送至cpu芯片，以及通过设定数据通道接收cpu芯片出口方向的ptp response报文，根据本地时钟信号将ptp response报文打上时间戳后输出至外部数据端；所述cpu芯片用于从入口方向接收打上时间戳的ptp报文，并生成对应的ptp response报文，将ptp response报文从出口方向通过设定数据通道传输至mac mux模块；所述mac mux模块连接pmac模块和emac模块，用于从cpu芯片入口方向通过pmac模块和emac模块输出打上时间戳的ptp报文，以及从cpu芯片出口方向接收通过pmac模块和emac模块传输的ptp response报文，所述emac模块用于传输报文中的高优先级帧，所述pmac模块用于传输报文中的低优先级帧，且emac模块的高优先级帧传输可优先打断pmac模块的低优先级帧传输；所述time aware shaper模块包含若干用于从cpu芯片出口方向将ptp response报文传输至mac mux模块的数据传输队列，且time aware shaper模块用于根据本地时钟信号和配置的时间触发机制对各数据传输队列进行相应的开关控制。

4、在一个可能的设计中，所述tsn交换芯片包含ingress模块、egress模块和tm模块；所述ingress模块用于对各mac模块传输的打上时间戳的ptp报文进行解析，确定对应的转发路径，将打上时间戳的ptp报文通过对应转发路径传输至tm模块；所述egress模块用于对cpu芯片出口方向的ptp response报文进行vlan端口隔离、vlan过滤、vlan统计以及确定其出口逻辑，基于出口逻辑将ptp response报文通过对应mac模块的pmac模块和emac模块传输至其mac mux模块；所述tm模块连接ingress模块和egress模块，用于对cpu芯片入口方向打上时间戳的ptp报文以及cpu芯片出口方向的ptp response报文进行调度管理，实现与cpu芯片的对接。

5、在一个可能的设计中，所述tsn交换芯片包含连接tm模块的rgmii接口，所述tsn交换芯片与cpu芯片之间通过rgmii接口进行通信对接。

6、在一个可能的设计中，所述ptp timer模块包含32bit的秒计数器和30bit的纳秒计数器，且秒计数器和纳秒计数器均设有对接cpu芯片的频率和相位调整接口。

7、在一个可能的设计中，所述cpu芯片设有can总线接口、uart接口、io接口和usb接口。

8、在一个可能的设计中，所述模组还包括电源模块，所述电源模块用于为tsn交换芯片和cpu芯片提供工作电源。

9、在一个可能的设计中，所述模组还包括晶振，所述晶振用于为tsn交换芯片和cpu芯片提供基准时钟信号。

10、在一个可能的设计中，所述模组还包括存储器，所述存储器用于存储tsn交换芯片和cpu芯片的配置参数。

11、第二方面，本发明提供基于tsn交换芯片的tsn终端设备，所述tsn终端设备包括上述第一方面中任意一种所述的tsn模组。

12、第三方面，本发明提供基于tsn交换芯片的tsn系统，所述tsn系统包括建立通信对接的外部数据端和tsn终端设备，所述tsn终端设备包括上述第一方面中任意一种所述的tsn模组。

13、有益效果：本发明以tsn交换芯片为核心，再结合cpu芯片及相应外围电路，所组成的tsn终端模组，可完美接入传感器、控制器、执行器等终端设备中，使各终端设备可兼容接入tsn网络，并实现完整的tsn功能。

技术特征：

1.基于tsn交换芯片的tsn模组，其特征在于，包括tsn交换芯片和cpu芯片；所述tsn交换芯片包含若干mac模块，所述mac模块包含time aware shaper模块、pmac模块、emac模块、mac mux模块和ptp timer模块；所述ptp timer模块用于提供本地时钟信号；所述mac mux模块用于接收外部数据端的以太网数据包，从以太网数据包中提取ptp报文，并根据本地时钟信号将ptp报文打上时间戳，将打上时间戳的ptp报文通过设定数据通道发送至cpu芯片，以及通过设定数据通道接收cpu芯片出口方向的ptp response报文，根据本地时钟信号将ptp response报文打上时间戳后输出至外部数据端；所述cpu芯片用于从入口方向接收打上时间戳的ptp报文，并生成对应的ptp response报文，将ptp response报文从出口方向通过设定数据通道传输至mac mux模块；所述mac mux模块连接pmac模块和emac模块，用于从cpu芯片入口方向通过pmac模块和emac模块输出打上时间戳的ptp报文，以及从cpu芯片出口方向接收通过pmac模块和emac模块传输的ptp response报文，所述emac模块用于传输报文中的高优先级帧，所述pmac模块用于传输报文中的低优先级帧，且emac模块的高优先级帧传输可优先打断pmac模块的低优先级帧传输；所述time aware shaper模块包含若干用于从cpu芯片出口方向将ptp response报文传输至mac mux模块的数据传输队列，且timeaware shaper模块用于根据本地时钟信号和配置的时间触发机制对各数据传输队列进行相应的开关控制。

2.根据权利要求1所述的基于tsn交换芯片的tsn模组，其特征在于，所述tsn交换芯片包含ingress模块、egress模块和tm模块；所述ingress模块用于对各mac模块传输的打上时间戳的ptp报文进行解析，确定对应的转发路径，将打上时间戳的ptp报文通过对应转发路径传输至tm模块；所述egress模块用于对cpu芯片出口方向的ptp response报文进行vlan端口隔离、vlan过滤、vlan统计以及确定其出口逻辑，基于出口逻辑将ptp response报文通过对应mac模块的pmac模块和emac模块传输至其mac mux模块；所述tm模块连接ingress模块和egress模块，用于对cpu芯片入口方向打上时间戳的ptp报文以及cpu芯片出口方向的ptp response报文进行调度管理，实现与cpu芯片的对接。

3.根据权利要求2所述的基于tsn交换芯片的tsn模组，其特征在于，所述tsn交换芯片包含连接tm模块的rgmii接口，所述tsn交换芯片与cpu芯片之间通过rgmii接口进行通信对接。

4.根据权利要求1所述的基于tsn交换芯片的tsn模组，其特征在于，所述ptp timer模块包含32bit的秒计数器和30bit的纳秒计数器，且秒计数器和纳秒计数器均设有对接cpu芯片的频率和相位调整接口。

5.根据权利要求1所述的基于tsn交换芯片的tsn模组，其特征在于，所述cpu芯片设有can总线接口、uart接口、io接口和usb接口。

6.根据权利要求1所述的基于tsn交换芯片的tsn模组，其特征在于，所述模组还包括电源模块，所述电源模块用于为tsn交换芯片和cpu芯片提供工作电源。

7.根据权利要求1所述的基于tsn交换芯片的tsn模组，其特征在于，所述模组还包括晶振，所述晶振用于为tsn交换芯片和cpu芯片提供基准时钟信号。

8.根据权利要求1所述的基于tsn交换芯片的tsn模组，其特征在于，所述模组还包括存储器，所述存储器用于存储tsn交换芯片和cpu芯片的配置参数。

9.基于tsn交换芯片的tsn终端设备，其特征在于，所述tsn终端设备包括权利要求1-8任一所述的tsn模组。

10.基于tsn交换芯片的tsn系统，其特征在于，所述tsn系统包括建立通信对接的外部数据端和tsn终端设备，所述tsn终端设备包括权利要求1-8任一所述的tsn模组。

技术总结
本发明涉及通信设备技术领域，具体公开了基于TSN交换芯片的TSN模组、终端设备及系统，TSN模组包括TSN交换芯片和CPU芯片，TSN交换芯片包含Ingress模块、Egress模块、TM模块和若干MAC模块，MAC模块包含Time Aware Shaper模块、pMAC模块、eMAC模块、MAC Mux模块和PTP Timer模块。本发明以TSN交换芯片为核心，再结合CPU芯片及相应外围电路，所组成的TSN终端模组，可完美接入传感器、控制器、执行器等终端设备中，使各终端设备可兼容接入TSN网络，并实现完整的TSN功能。

技术研发人员：方明,邹宇,王琳,管荑,张浩
受保护的技术使用者：昆高新芯微电子（江苏）有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/17