TSN (Time Sensitive Network) Software Stack - die letzte Meile

Die letzten 20% einer Problemlösung sind immer die schwierigsten. TSN als zukünftige Basis für echtzeitfähiges, deterministisches, resilientes und verlustfreies Ethernet ist in aller Munde und wohl bekannt. Die Technologie auf dem Netzwerk ist soweit standardisiert und erfüllt alle diese Anforderungen. Aber auf der letzten Meile der Kommunikation, der SW zwischen der Ethernet Netzwerk Hardware und der Applikation bzw. den Applikations-Prozessen geht viel davon wieder verloren. Sogar die Ethernet Treiber vieler Echtzeitbetriebssysteme sind entgegen der berechtigten Erwartungen NICHT echtzeitfähig. Ein KO-Kriterium für die Anforderungen, die an die TSN Technologie gestellt werden. Wer in den Genuss der speziellen Fähigkeiten von TSN bis hin zu den Applikationen kommen will, benötigt auch eine spezialisierte Software-Lösung:

Der acontis TSN Stack

Sollen echtzeitfähige Devices an ein TSN-Netzwerk angebunden werden, muss die gesamte Echtzeitkette von der Applikation auf dem Echtzeit-Betriebssystem des Gerätes (RTOS), über den TSN Stack, den Ethernet Controller-Treiber bis zur Ethernet-Hardware komplett deterministisch sein – und zwar sowohl beim Senden, als auch beim Empfangen. Zusätzlich muss die normale, nicht echtzeitfähige TCP/IP/Ethernet-Kommunikation über den TCP/IP-Stack des RTOS parallel über denselben Ethernet-Controller möglich sein, ohne den Echtzeitverkehr zu stören. Die hochgenaue Synchronisation der Uhrzeit gemäß 802.1ASrev ist ebenso zentraler Bestandteil des TSN Stack. Die Ethernet-Treiber des acontis TSN Stack sind speziell dafür optimiert, die jeweilig notwendige Behandlung von hochprioren Time-Scheduled- und niederprioren Best-Effort-Telegrammen, wie etwa herkömmliche TCP/IP-Telegramme zu gewährleisten. Basis des TSN Stacks und der darin enthaltenen hoch performanten und echtzeitfähigen Ethernet MAC Treibern sind die, durch die jahrelange Erfahrung im acontis Embedded-EtherCAT-Master-Stack entstandene Vielzahl von Kombinationen aus RTOS, Prozessor und Ethernet-Controllern.

Der acontis TSN Stack bietet eine komfortable API an, mittels derer entsprechende Protokolle (OPC UA, Profinet, EtherCAT, …) über ein TSN-Netzwerk übertragen werden können. Des Weiteren enthält der Stack einen speziellen Treiber, so dass normaler TCP/IP Verkehr über dieselbe Ethernet-Schnittstelle so übertragen wird, dass gleichzeitig über TSN zu übertragene echtzeitfähige Protokolle davon nicht gestört werden. Zusätzlich zum Netzwerk-Stack des RTOS wird ein echtzeitfähiger UDP-Kanal zur Verfügung gesteht, damit vorhandene UDP-basierende Protokollstacks auf einfache Art und Weise auf eine deterministische Datenübertragung im TSN-Netzwerk umgestellt werden können.

TSN Software Architektur