Intégrer un switch Ethernet TSN directement au format XMC
Les XMC-TSN et XMC-10TSN enrichissent la gamme de solutions de communication déterministes SOC-E / RelyUm pour les réseaux embarqués nécessitant synchronisation temporelle, maîtrise des flux et haute disponibilité.
La famille se décline en deux niveaux de connectivité : XMC-TSN pour les réseaux 1GbE et XMC-10TSN pour les configurations associant 1GbE et 10GbE. Jusqu’à 17 ports Ethernet configurables peuvent être proposés selon la version et l’intégration retenues.
Le format XMC permet d’intégrer directement les fonctions de commutation réseau au sein d’un calculateur ou d’un système embarqué compatible, sans ajouter un switch externe séparé.
Time-Sensitive Networking : synchronisation et contrôle des flux
Le TSN regroupe plusieurs standards IEEE 802.1 permettant de rendre le comportement d’un réseau Ethernet plus déterministe.
Les XMC-TSN / XMC-10TSN prennent notamment en charge :
- IEEE 802.1AS – Timing and Synchronization ;
- IEEE 802.1Qav – Credit Based Shaper ;
- IEEE 802.1Qbv – Time Aware Shaper ;
- IEEE 802.1Qci – Per-Stream Filtering and Policing ;
- IEEE 802.1CB – Frame Replication and Elimination for Reliability ;
- IEEE 802.1Qcc – fonctions liées à la réservation et à la configuration des flux.
Ces mécanismes permettent de gérer plusieurs catégories de trafic Ethernet avec des contraintes temporelles différentes. La fonction FRER peut notamment répliquer certains flux et éliminer les doublons afin d’améliorer leur disponibilité.
Pour approfondir ces mécanismes, leur rôle et leurs différences avec l’AFDX, consultez le guide ECRIN Systems consacré au protocole TSN : définition, fonctionnement et comparaison avec l’AFDX.
Jusqu’à 17 interfaces Ethernet configurables
Le connecteur P16 permet notamment de disposer de :
- 4 × 1000BASE-T ;
- jusqu’à 8 × 1000BASE-(K)X ou 10GBASE-(K)R ;
- 1 × port Ethernet de service 1000BASE-(K)X ;
- une interface UART ;
- une entrée PPS et une sortie PPS ;
- une entrée oscillateur 10 MHz optionnelle.
Les versions refroidies par air peuvent également proposer 4 ports SFP+ 1GbE/10GbE en face avant.
La configuration exacte des ports dépend donc de la version XMC, du mode de refroidissement et du nombre de ports sélectionné.
Une plateforme MPSoC reconfigurable pour le réseau et l’edge computing
Le cœur de la plateforme repose sur un Xilinx UltraScale+ MPSoC intégrant :
- 4 cœurs Arm Cortex-A53 64 bits ;
- 2 cœurs Arm Cortex-R5F 32 bits ;
- un GPU Arm Mali ;
- un FPGA UltraScale+ 16 nm.
La plateforme peut recevoir jusqu’à 4 Go de DDR4, 32 Go d’eMMC et 512 Mb de mémoire QSPI.
Cette capacité de traitement permet d’exécuter des applications utilisateur en périphérie du réseau. DDS et MQTT peuvent notamment être exploités au sein d’une machine virtuelle KVM, avec prise en charge d’une fonction Gateway conforme à l’extension DDS for TSN.
Le caractère reconfigurable du FPGA permet également d’adapter les fonctions de communication et les profils TSN aux besoins du système.
Synchronisation temporelle et fonctions Grand Master optionnelles
La synchronisation repose sur IEEE 802.1AS. Des fonctions optionnelles de time server et de clock bridging peuvent compléter la plateforme lorsqu’une distribution temporelle doit être intégrée directement au système.
Ces capacités sont particulièrement pertinentes dans les Systèmes d’Information et de Communication où calculateurs, capteurs et équipements distribués doivent partager des données avec des contraintes de synchronisation et de latence maîtrisées.
Elles répondent également aux besoins des applications Défense, Aéronautique et Sécurité, notamment pour les réseaux embarqués distribués et les Digital Backbones reposant sur Ethernet déterministe.
Sécurité et administration du réseau
Selon la version et la configuration retenues, les XMC-TSN / XMC-10TSN peuvent intégrer plusieurs mécanismes de sécurité :
- IEEE 802.1X ;
- IEEE 802.1AE MACsec ;
- authentification RADIUS et LDAP ;
- gestion des rôles RBAC ;
- SSHv2 ;
- HTTPS ;
- TPM 2.0 ;
- Secure Boot ;
- firmware et bitstream signés et chiffrés.
La gestion du switch peut être réalisée via HTTPS, SSHv2, SNMP ou NETCONF avec modèles YANG. Les fonctions de diagnostic comprennent également PBIT, CBIT et IBIT.
Cette combinaison permet d’intégrer la configuration, la supervision et la sécurité directement dans la gestion du réseau embarqué.
XMC, VITA et SOSA®
Les XMC-TSN / XMC-10TSN sont compatibles avec :
- VITA 42.0 ;
- VITA 61.0 ;
- VITA 42.3.
Le mapping P16 est optimisé pour plusieurs profils VITA 46.9 et la famille est développée en alignement avec un profil SOSA® X16s+X8d+X12d, avec deux interfaces 1000BASE-T dans cette configuration.
Les produits sont également certifiables DO-254 / DO-178 DAL-D.
Versions refroidies par air ou par conduction
Deux concepts d’intégration sont disponibles.
- La version Air-Cooled est prévue pour une température de fonctionnement VITA 47 AC3 de -40 °C à +70 °C. Elle mesure 167,5 × 74 × 9,5 mm et pèse 128 g.
- La version Conduction-Cooled atteint le niveau CC4 de -40 °C à +85 °C. Elle mesure 143,75 × 74 × 4,7 mm et pèse 118 g.
La consommation varie de 15 à 25 W selon la conception FPGA. Les niveaux de choc atteignent respectivement 20 g en version Air-Cooled et 40 g en version Conduction-Cooled.
Intégrer le TSN dans un système embarqué complet
Une mezzanine XMC TSN constitue une brique réseau au sein d’un système pouvant également associer CPU, FPGA, acquisition, calcul GPU et autres interfaces.
L’approche COTS et Modified COTS d’ECRIN Systems permet d’intégrer ces différentes technologies dans une plateforme adaptée aux besoins du programme.
La gestion de projet ECRIN Systems permet également de traiter les interfaces, les besoins de synchronisation, les contraintes environnementales et l’intégration des différentes cartes du système.
Selon le périmètre du projet, ECRIN Systems peut ensuite prendre en charge la production et l’intégration, ainsi que la gestion des obsolescences pour accompagner le système sur son cycle de vie.
