作者:Ka Kay Achacoso

工业系统可以由数百个传感器，电机和控制器组成。当将它们连接在一起的物理基础架构是以太网网络时，需要特殊处理，以确保传感器数据和控制命令在困难的时间限制内达到网络中的目的地，通常在一个或两个微秒内。邮件及时到达目的地的消息可能导致不协调的机械运动，或者传感器数据的错误相关性。

时间敏感的网络（TSN）包含一组标准来解决时间关键的网络应用程序的需要。作为第一步，网络上的设备需要将其时钟与子微秒级同步。IEEE 802.1AS同步标准可以通过链接网络上的TSN感知设备进行时钟同步。

IEEE 802.1AS标准是精确时间协议PTP (Precision Time Protocol)的一个配置文件。VxWorks用户可以使用PTP参与TSN网络，并利用一些以太网控制器中可用的高精度时钟。运行VxWorks的设备可以与其他运行802.1AS的设备同步，包括运行VxWorks的设备和运行其他PTP操作系统的设备。VxWorks设备可以作为时钟主时钟、时钟从时钟或边界时钟来扩展网络。

我尝试了跨两个板的PTP的VxWorks实现:一个Kontron迷你itx板和一个Intel客户参考板(CRB)。两块主板都配备了英特尔酷睿i5处理器，两块主板都配备了英特尔I210以太网PCIe卡。Intel I210以太网控制器包含VxWorks支持的高精度定时器。该控制器包括一个数字输出引脚称为软件定义引脚(SDP)。当高精度定时器达到特定值时，该引脚可以在硬件上设置开关电压，因此它可以编程每秒发出特定的脉冲。

两个VxWorks设备连接到具有802.1AS功能的Cisco开关。Cisco Switch充当主时钟，两个VxWorks设备将其系统时钟与主时钟同步。两个设备上的SDP被设置为基于I210高精度定时器向数字输出脉冲发射10次。使用示波器探测SDP，我可以看到两个板之间的同步。见图1。

图1 TSN设置。两个VxWorks从时钟设备连接到一个思科交换机主时钟。

结果证实了VxWorks在子微秒级别同步的能力。图2显示了当节点与思科交换机断开连接时示波器上的迹线。两个迹线均对应于来自其中一个VxWorks设备的SDP。我略微偏移电压以避免重叠迹线。您可以看到不使用TSN时，近60毫秒的时钟是疯狂的超声。预计这一大型偏移量。虽然两个设备是确定性和实时的，但两个设备上的定时器之间没有相关性。

图2没有PTP同步。数字输出10脉冲每秒。每除法50毫秒。

当我将两个节点连接到Cisco交换机时，点对点同步自动发生。这两条轨迹立即合在一起。图3显示了两个设备的数字输出与PTP同步。

图3具有PTP同步。数字输出10个脉冲每秒。每除法50毫秒。

为了查看设备是否读取了802.1AS要求的精确定时标准，我可以放大来精确地查看脉冲彼此的排列情况。在图4的轨迹中，脉冲间隔为20纳秒。轨迹一般在20 - 50纳秒之间漂移。

图4亚微秒级的PTP同步轨迹是由英特尔I210以太网控制器上的SDP产生的脉冲。示波器被设置为每单位100纳秒。

既然我们知道VxWorks可以同步以太网上的时钟，那么设备可以参与TSN计划流量，打开时间关键网络应用程序。

子微秒同步演示了VxWorks的PTP功能。Wind River继续投资更多的TSN标准，使VxWorks设备能够将收集的传感器读数与工业系统中收集的传感器读数相关，并将协调命令推出给执行器。Wind River参加工业互联网联盟（IIC）TSN测试http://www.iiconsortium.org/time-sensitive-networks.htm，并与其他TSN设备制造商协调以确保互操作性。您可以了解更多关于VxWorks RTOS产品http://www.windriver.com/products/vxworks/．