Bei Ethernet-Netzwerken in Automotive, Industrie und sicherheitskritischen Anwendungen müssen ständig höhere Datenraten mit exakt planbaren Zeitabläufen kombiniert werden. Das Fraunhofer Institut für Photonische Mikrosysteme IPMS reagiert darauf mit einem neuen 10G TSN-Endpoint IP-Core, der deterministische Echtzeitkommunikation mit Datenraten bis 10 Gbit/s ermöglicht.
Der neue 10G TSN-Endpoint (EP) adressiert gemäss Mitteilung Anwendungen bei denen höchste Bandbreiten, präzise Zeitsynchronisation und zeitlich exakt planbare, zuverlässige Datenübertragung entscheidend sind. Gegenüber den bisherigen 1G TSN IP-Cores ermöglicht der neue 10G TSN-EP IP-Core demnach eine Verzehnfachung des Datendurchsatzes bis zu 10 Gbit/s bei durchgängig deterministischem Verhalten über das gesamte Netzwerk hinweg. Damit unterstütze er die Entwicklung von Echtzeit-Ethernet-Netzwerken der nächsten Generation, betont Fraunhofer.
Technisch setzt der neue 10G TSN-EP IP‑Core auf eine hardwarebeschleunigte Umsetzung der Zeitsynchronisation nach IEEE 802.1AS‑2020 (gPTP). Dadurch erreiche er Synchronisationsgenauigkeiten von unter 10 Nanosekunden in Ethernet-Netzwerken und gewährleiste stabile Zeitbasen auch bei sehr hohen Datenraten. Unterstützt werden zentrale TSN‑Standards wie IEEE 802.1Qav für Audio/Video‑Traffic‑Shaping, IEEE 802.1Qbv für zeitgesteuertes Scheduling, IEEE 802.1Qci für Per‑Stream‑Policing sowie IEEE 802.1CB (FRER) für redundante, fehlertolerante Übertragungen.
Für eine schnelle Implementierung stellt das Fraunhofer IPMS leistungsstarke Linux-Treiberpakete und Referenzimplementationen bereit. Letztere decken laut den Infos sowohl native XGMII-Schnittstellen auch gängige 10G-Interfaces wie 10G-BASE‑R / SFI / XFI ab, beispielsweise auf AMD Xilinx FPGAs. Der 10G TSN-EP IP-Core ist demnach für eine Vielzahl bewährter FPGA‑ und ASIC‑Zielplattformen ausgelegt und erleichtere so die schnelle Integration in kundenspezifische Designs.
In modernen In‑Vehicle‑Netzwerken dient der 10G TSN-EP IP-Core als deterministischer Backbone für Domains wie ADAS, Infotainment und Zentralrechner. In der Sensorik ermögliche er verlust- und jitterarme Datenpfade für Video, RADAR und LIDAR-Daten – auch bei simultanem Multistream‑Betrieb. In der Industrieautomation unterstütze er skalierbare, echtzeitfähige Netzwerke für synchronisierte Antriebe, Robotik und Bildverarbeitungslinien, verspricht Fraunhofer.
"Mit unserem neuen 10G TSN‑Endpunkt erweitern wir unser Portfolio an TSN IP‑Cores um eine wichtige Ausbaustufe und legen zugleich den Grundstein für eine Reihe von High‑Speed‑TSN IP-Cores", erläutert Alexander Noack, Bereichsleiter Data Communication & Computing (DCC) am Fraunhofer IPMS in Dresden. "Damit treiben wir die Entwicklung einer neuen Generation von IP-Cores für echtzeitfähige Hochgeschwindigkeits‑Ethernet‑Netzwerke voran, in denen exakte Zeitsynchronisation entscheidend ist – von Automotive über Industrie bis hin zu Raumfahrt und Verteidigung."
Im Rahmen des Förderprojekts CeCas arbeitet das Fraunhofer IPMS derzeit an der Entwicklung einer Supercomputing Plattform für hochautomatisierte Automobile, bei der 25G TSN-Lösungen getestet werden. Ergänzend zum neuen 10G TSN-EP IP-Core befinden sich bereits ein 10G TSN-Switched‑Endpoint sowie ein 10G TSN-Switch in der Umsetzung und sollen im Laufe des Jahres verfügbar werden.
