作者:Ka Kay Achacoso

一个工业系统可以由数百个传感器、马达和控制器组成。当将它们连接在一起的物理基础设施是以太网时，需要进行特殊处理，以确保传感器数据和控制命令在严格的时间限制内(通常是一到两微秒)到达网络中的目的地。信息未能及时到达目的地可能导致不协调的机械运动，或传感器数据的错误关联。

时间敏感网络(TSN)包含一套标准，以满足时间关键的网络应用程序的需求。作为第一步，网络上的设备需要将它们的时钟同步到亚微秒级。IEEE 802.1AS同步标准允许在链接网络上跨tsn感知设备进行时钟同步。

IEEE 802.1AS标准是精确时间协议(PTP)的一个概述。VxWorks用户能够使用PTP参与TSN网络，并利用某些以太网控制器提供的高精度时钟。运行VxWorks的设备可以与运行802.1AS的其他设备同步，包括运行VxWorks的设备和运行PTP的其他操作系统的设备。VxWorks设备可以作为时钟主、时钟从或边界时钟运行，以扩展网络。

我在两个板上尝试了PTP的VxWorks实现:一个Kontron mini-ITX板和一个Intel客户参考板(CRB)。两块主板均搭载Intel Core i5处理器，并配备Intel 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一定的值时，这个引脚可以在硬件中设置开关电压，因此它可以被编程为每秒发射特定的脉冲。

两台VxWorks设备连接到一台具有802.1AS功能的Cisco交换机。Cisco交换机作为主时钟，两台VxWorks设备将各自的系统时钟同步到主时钟。两种设备上的SDP都设置了基于I210高精度定时器每秒10次的数字输出脉冲。使用示波器探测SDP，我可以看到两个板之间的同步。参见图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在亚微秒级同步的能力。图2显示了当节点从思科交换机断开时，示波器上的痕迹。这两个跟踪分别对应一个VxWorks设备的SDP。我稍微偏移了电压以避免重叠的痕迹。你可以看到，当不使用TSN时，时钟几乎不同步60毫秒。这一大笔补偿是预料之中的。虽然两个设备都是确定性的和实时的，但两个设备上的计时器之间没有相关性。

图2没有PTP同步。数字输出每秒10次脉冲。每节50毫秒。

当我将两个节点连接到思科交换机时，PTP同步就会自动发生。这两条痕迹立刻就合在一起了。图3显示了两个设备PTP同步的数字输出。

图3使用PTP同步。每秒10次脉冲的数字输出。每节50毫秒。

为了查看设备是否能读取802.1AS所要求的精确计时标准，我可以放大以精确地看到脉冲彼此之间的对齐情况。在图4的轨迹中，脉冲间隔为20纳秒。轨迹一般漂移在20 - 50纳秒之间。

图4亚微秒级的PTP同步。痕迹是由英特尔I210以太网控制器上的SDP产生的脉冲。示波器被设置为每一次100纳秒。

现在我们知道VxWorks可以通过以太网同步时钟，这些设备可以参与TSN调度流量，为时间关键的网络应用开辟了道路。

亚微秒同步演示了VxWorks的PTP功能。风河公司继续投资于更多的TSN标准，使VxWorks设备能够将收集到的工业系统传感器读数关联起来，并向执行器发出协调的命令。风河参与了工业互联网联盟(IIC) TSN试验台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。您可以在以下网站了解更多关于VxWorks RTOS产品的信息http://www.windriver.com/products/vxworks/．