TSN（Time-Sensitive Networking）技術｜用語集

TSN（Time-Sensitive Networking）は、標準的なイーサネットを拡張し、「確定的（デターミニスティック）な通信」を実現するためのIEEE 802.1規格群の総称です。

28Gbps I/OやCoaXPress（CXP）を扱うようなハイエンドFPGAシステムにおいて、TSNは「データの超高速取り込み（CXP）」と「リアルタイムな制御出力（TSN）」を繋ぐ架け橋となります。

1. TSNを実現する主要な3つの柱

TSNは単一の規格ではなく、複数の機能（ツールボックス）を組み合わせて実現されます。

① 時刻同期 (IEEE 802.1AS)

ネットワーク上の全デバイス（マスター、スレーブ、ブリッジ）が同じ「共通の時刻」を共有します。

高精度: マイクロ秒（μs）オーダー以下の誤差で同期します。
重要性: 後の「時分割」を行うための大前提となります。

② 有界低遅延 (IEEE 802.1Qbv / Time-Aware Shaper)

帯域を時間で区切り、特定の時間枠（タイムスロット）を優先データ専用として予約します。

メリット: 一般のイーサネット通信（ベストエフォート）が混在していても、制御信号が待たされることなく、決まった時間に必ず届きます。

③ 信頼性と冗長性 (IEEE 802.1CB)

同じパケットを複数の経路で同時に送り、受信側で重複を破棄します。

メリット: 片方の経路で断線やノイズによるエラーが発生しても、もう一方で通信を継続できるため、ゼロ・リカバリ（瞬時切り替え）が可能です。

2. FPGAでのTSN実装アーキテクチャ

28Gbps SerDesやLPDDR4を搭載したFPGA（Zynq UltraScale+等）でTSNを動かす場合、一般的に以下の役割分担となります。

プロセッサ部 (PS/CPU):
- CC-Link IE TSNなどの上位プロトコルスタックの実行。
- 管理情報の処理やSNMPなどの非リアルタイム通信。
ロジック部 (PL/FPGA):
- TSN Endpoint / Switch IP: 時刻同期（802.1AS）のハードウェア・スタンプ、パケットのスケジューリング（802.1Qbv）をナノ秒単位で制御。
- 高速バッファ: LPDDR4と連携し、バースト的な通信トラフィックを吸収。

3. 高速I/Oシステムとの統合（CXP + TSN）

マシンビジョンなどの現場では、以下のようなパイプラインが組まれます。

入力: CXP-12 (12.5Gbps) で高解像度画像をFPGAに取り込む。
処理: FPGA内のアクセラレータが、LPDDR4をワークメモリとして使い、高速に画像検査（AI判定など）を行う。
同期: TSN の時刻同期に基づき、判定結果を「特定のタイミング」でPLCやロボットアームへ送信する。

4. 設計上の留意点：SIとPIの観点

TSN自体の物理層は1Gbpsが一般的ですが、FPGA内部では28Gbps/56GbpsのSerDesと混在します。

クロックツリーの設計: TSN用のリファレンスクロックと、SerDes用の高精度クロックの干渉を避ける必要があります。
リソース消費: TSN IP（特にマルチポートスイッチ構成）はFPGAのロジックリソースを一定量消費するため、画像処理ロジックとのリソース配分が重要です。

次のステップへの提案

PR:

製品紹介：SIGLENT社 SAP4000PSIGLENT SAP4000P アクティブ・プローブ 4GHz、35V1,067,000円税込詳しく見る T&M 即納ストアで購入

パワーインテグリティ測定用シグレント・パワーレールプローブSAP4000P

SAP4000P パワーレール・プローブ, 4 GHz, オフセット電圧範囲：±24 V, ¥880,000

https://tm-co.co.jp/SAP4000P_UserManual

PR:

・USB VNA
	SDS8000Aシリーズオシロスコープ特長と利点 4チャンネル + 外部トリガーチャンネルアナログチャンネル帯域幅：最大16GHz(8/13/16GHz) リアルタイムサンプリングレート：最大40GSa/s（全チャンネル同時） 12ビットADC 低ノイズフロア：16GHz帯域幅で176μVrms SPOテクノロジー・波形キャプチャレート：最大200,000フレーム/秒・ 256段階の波形輝度と色温度表示をサポート・最大2Gポイント/チャンネルのストレージ容量・デジタルトリガー
	SSG6M80Aシリーズマルチチャネル・コヒーレント・マイクロ波信号発生器主な特長・最大周波数 13.6 GHz/20 GHz ・出力周波数分解能最大0.001 Hz ・位相ノイズ < -136 dBc/Hz @ 1 GHz、オフセット 10 kHz（測定値）・コヒーレントモード、搬送周波数 = 10 GHz、周囲温度変動 ±2℃、観測時間 5時間、位相変動 < 1.5° ・チャンネル間の周波数、振幅、位相を個別に調整可能。単一デバイスチャンネル同期および複数デバイスチャンネル位相同期をサポート。位相メモリ機能搭載・アナログ変調、パルス変調（オプション）

	SSA6000A Series Signal Analyzer Main Features ・Measurement Frequency Range: 2 Hz ~ 50 GHz ・IQ Analysis Bandwidth: 1.2 GHz ・Real-time Spectrum Analysis Bandwidth: 400 MHz ・Phase Noise: -123 dBc/Hz @ 1 GHz, 10 kHz offset ・DANL: Less than -165 dBm/Hz ・Demodulation and analysis of signals from multiple mobile communication standards including 5G NR, LTE/LTE-A, WLAN, and IoT, as well as wireless connections.
	SNA6000A Series Vector Network Analyzer Key Features ・Frequency Range: 100 kHz ~ 50 GHz ・Dynamic Range: 135 dB ・IF Bandwidth Range: 1 Hz ~ 10 MHz ・Output Power Setting Range: -60 dBm ~ +20 dBm ・Supports 4-port (2-source) S-parameter measurements, differential (balanced) measurements, time-domain analysis, scalar mixer measurements, etc. ・Optional accessories include electronic calibration kits, switch matrix, and mechanical switches. ・AFR

お礼、

T&Mコーポレーションは設立5年ですが、おかげさまで業績を着実に伸ばしており、
オフィスを港区芝（最寄り駅浜松町）に移転し、スペースも拡大いたしました。
電子計測器業界の「ゲームチェンジャー」として、高性能/高信頼/低価格/短納期を武器に
T&Mコーポレーションはお客様のご予算を最大限生かす製品群をご提案させていただいております。

TSN（Time-Sensitive Networking）技術