TSN und echtzeitfähiges Ethernet
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Fortsetzung des Artikels von Teil 1
Echtzeitsteuerung mit TSN Ethernet
Ein weiteres wichtiges Merkmal des conga-TS370-Boards ist dessen TSN-fähiger Gigabit Ethernet (GbE)-LAN-Controller Intel i219-LM. Er unterstützt nativ das Precision Time Protocol nach dem Standard »IEEE 1588 PTP«. Im PoC der industrietauglichen Anwendungs-Serverplattform von Congatec, Intel und Real-Time Systems bestimmt der i219-LM die Quelle und das Ziel von PTP-Paketen und stimmt sie mithilfe seines integrierten Timers ab. Um Pakete, die für den TSN-Verkehr bestimmt sind, innerhalb eines Übertragungsfensters planen zu können, arbeitet der Controller mit dem Betriebssystem zusammen.
Mit Release 4.20 des Linux-Kernels wurde die Unterstützung für den Time-Aware Priority Shaper (TAPRIO) und Earliest Transmit Time First (ETF) nach »IEEE 802.1Qbv« hinzugefügt. Die Module ermöglichen es Entwicklern, das System so zu konfigurieren, dass Ethernet-TSN-Pakete unabhängig von ihrer Position in der Übertragungswarteschlange Priorität erhalten.
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Wiederum bietet der Hypervisor von Real-Time Systems einen privilegierten Modus, der es einem Gastbetriebssystem ermöglicht, innerhalb weniger Mikrosekunden auf Netzwerkressourcen des Systems zuzugreifen. Hiermit ist es möglich, TSN-Pakete in Gast-VMs mit der erforderlichen Priorität und geringstmöglichen Latenz zu verarbeiten.
Mit dem Einsatz der leistungsfähigen, flexiblen Hypervisor-basierten IIoT-Systeme lassen sich folglich Unternehmensausgaben senken, mögliche Fehlerquellen minimieren und Produktlebenszyklen verlängern – ohne störende Software-Upgrades der Enterprise-Klasse für das Echtzeitsystem.
TSN gehört die Zukunft
In der Echtzeitkommunikation kommen – zumindest aktuell noch – verschiedene, zumeist proprietäre, deterministische Übertragungsprotokolle sowie traditionelle Feldbusprotokolle zum Einsatz. Häufig sind dafür teure Komponenten und Treiber nötig. Hinzu kommen Einschränkungen beim Planen und Umsetzen industrieller Real-Time-Plattformen. Oft ist die Auswahl der Hersteller sowie deren entsprechendes Produktportfolio für die hochspezialisierten Übertragungssysteme eingeschränkt.
Mit Ethernet Time Sensitive Networking ist es ab sofort möglich, normalen Netzwerk-Traffic und priorisierten TSN-Traffic über dasselbe Ethernet-Kabel zu übertragen. Zumindest, sofern die beteiligten Netzwerkkomponenten die hierzu erforderlichen IEEE-Standards unterstützen, wie das Precision Time Protocol oder Time Aware Shaping. Ein konsequentes Implementieren der TSN-IEEE-Standards in industrielle Komponenten eines Netzwerks wird entsprechende Auswirkungen auf die Verbreitung der lizenzbehafteten, proprietären Real-Time-Übertragungsprotokolle haben. Zumindest müssen sich die bislang geschlossenen Systeme zunehmend öffnen – hierfür benötigen Sie TSN und die Hypervisor-Technik, um bestehende Ressourcen weiter nutzen zu können.
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