一、概述

TSN（Time-Sensitive Networking）时间敏感网络，即在非确定性的以太网中实现确定性的最小时间延时的协议族，是IEEE 802.1工作组中的TSN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，为标准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。

TSN是符合IEEE802.1Q标准的VLAN，在标准的以太帧中插入4个字节长度的VLAN tag。TSN通过VLAN tag中的PCP（Priority Code Point）和VID（VLAN ID）定义流的不同优先级。

 

TSN VLAN tag各字段的含义如下：

1）Tag Protocol Indentifier：16bit长度，标签协议识别，标识TSN网络，数值为0X8100。

2）Priority Code Point：3bit长度，优先级代码，标识流量优先级，3位PCP定义了8个优先级，传输类型对应关系参见：

表1：TSN优先级与传输类型的对应关系

3）Drop Eligible Indicator：1bit长度，丢弃标识位，对于低QoS要求的数据可置位，网络拥塞时可丢弃，以确保高优先级数据的QoS。

4）VLAN Identifier（VID）：12bit长度，VLAN网络的识别号。VID=0用于识别帧优先级，VID=FFF作为预留，其余值用于标识VLAN。

TSN需要硬件的支持配合才能实现，不能单纯在软件中实现，需要硬件来加速。TSN主要用于解决以太网网络的确定性及QoS问题。

1.1 TSN的组成

TSN主要由5部分组成：时间同步、延时控制、安全、可靠性、资源管理，其中每个部分所包含的协议组成如下：

 其中已发布的标准如下：

部分继承AVB的标准(Referred to AVB standards)如下：

 以上部分不是所有协议都需要去了解，我们只需要学习一些关键的协议标准：

• 802.1 AS——时间同步协议

• 802.1 Qbv——时间感知整形器（Time Aware Shaper）

• 802.1 Qav——基于信用的整形器（Credit Based Shaper）

其中流量整形（Qbv、Qav）用于控制通信的带宽和延时，Qbv用于塑造每种流量类的时隙，Qav用于限制每种流量类的带宽（解决突发问题）。

那么，在以太网的接受和发送过程中，TSN在其中充当怎样的角色，又是如何工作的呢？下面讲述一下关键协议在收发过程中充当的角色。

1.2 接收过程简述

1.3 发送过程简述

发送过程如下图所示。在单port发送过程中，Tx队列数量=DMA通道数量，因此DMA通道ID与队列ID是一一对应的，DMA0对应的队列0，以此类推。在队列中，通过MTL_Txn_Operation_Mode寄存器将一个队列映射到一个流量类，可以将一个或多个队列映射到一个流量类，8个队列，因此最多对应8个流量类。通过MTL_TCn_Quantum_Weight寄存器来编程每个流量类所需的带宽。

DMA的发送与接收都需要仲裁，根据DMA的通道号不同而确定，执行的是固定优先级仲裁，以下是发送的DMA通道优先级方案。

注：WRR加权循环仲裁针对的是多通道DMA。

可以为所有队列禁用CBS算法，也可以为一部分较低优先级的队列禁用CBS算法（注：要禁用就禁用更低id号的优先级队列，即不能在比禁用的这个优先级队列id更低的id队列中启用的情况），禁用CBS算法的通道默认使用SP算法，通过配置，也可以配置为WRR算法。

1.4 算法类型简述

• 1）基于信用的整形算法——credit-based shaper algorithm（CBS）：Qav中的算法，可用于传输通道

    基于信用的整形算法，传输条件为：队列包含多个数据包、队列的信用是正的。

• 2）严格的优先级算法——Strict priority algorithm（SP）：Qav中的算法，可用于传输通道

• 3）加权循环仲裁算法—— Weighted Round Robin arbitration（WRR）：以太网中的DMA仲裁

未完待续。。。