Ethernet IP Cores

Time Sensitive Network IP Core

Das Fraunhofer IPMS entwickelt fortschrittliche Time-Sensitive-Networking-(TSN)-IP Cores, die deterministische, latenzarme und zeitsynchronisierte Datenübertragung über Standard-Ethernet-Netzwerke ermöglichen. Unsere siliziumerprobten TSN-IP Cores sind für die Integration in ASIC- und FPGA-Architekturen konzipiert und ideal für Echtzeit-Kommunikationssysteme in der Industrie.

TSN basiert auf den IEEE-802.1-Standards, ursprünglich initiiert durch die Ethernet-AVB-(Audio Video Bridging)-Task Force, und wandelt herkömmliches Ethernet in eine deterministische Kommunikationstechnologie um. Damit können zeitkritische Datenströme mit garantierter Latenz und präziser Zeitsynchronisation übertragen werden, ohne dedizierte Echtzeit-Feldbusse oder proprietäre Hardware.

Vorteile der Fraunhofer TSN-IP Cores:

Ultra-low-Latency-Cut-Through-Architektur für Echtzeit-Performance
Präzise Zeitsynchronisation nach IEEE 802.1AS-2020 (gPTP) mit Nanosekunden-Genauigkeit
Standards-konformes Traffic-Shaping gemäß IEEE 802.1Qav und 802.1Qbv
Integriertes LLEMAC für effiziente Medienzugriffssteuerung
Flexible Ethernet-Geschwindigkeiten: 10/100/1000 Mbps, 10G-Support in Entwicklung

Unsere TSN-IP Cores sind auf hohe Zuverlässigkeit, einfache Integration und langfristige Skalierbarkeit optimiert – die ideale Lösung für industrielle Automatisierung, Automotive Ethernet, Robotik, Energiesysteme und Telekommunikationsnetze, die garantierte QoS und Echtzeit-Datenübertragung erfordern.

Technische Spezifikationen

IP Core für TSN-Multiport-Switches – TSN-SW

Für deterministisches industrielles Ethernet entwickelt, bietet dieser TSN-Multiport-Switch präzise Zeitsynchronisation und vorhersehbare Performance für Fabrikautomation, Robotik und Energiesysteme. Er kombiniert ultra-low-latency Cut-Through-Forwarding mit standardsbasiertem TSN, skalierbaren Portzahlen und robustem Software-Support für schnelle und zuverlässige Integration.

Features:

Skalierbare Portdichte: Bis zu 24 externe Ports + 1 Host-Port (Varianten ab 2 externe + 1 interne Ports)
Ultra-low-latency Cut-Through Switching für zeitkritischen Datenverkehr
Bis zu 8 Traffic-Klassen mit IEEE 802.1Qav Credit-Based Shaping und 802.1Qbv Time-Aware Scheduling
IEEE 802.1AS-2020 Zeitsynchronisation, grandmaster-fähig mit Nanosekunden-Genauigkeit
802.1Q VLAN-Tagging mit konfigurierbarer VLAN-PCP-zu-TSN-Queue-Zuordnung (QoS nach PCP)
Integrierte Triple-Speed Low-Latency Ethernet MAC: 10/100/1000 Mb/s
Flexible Schnittstellen: Host (AXI, Avalon ST/MM, APB) und PHY (MII, GMII, RGMII)
Softwarepaket: FreeRTOS-Treiber/HAL, PTP/AS-2020, CLI und Beispielprojekte

Datenblatt: TSN-SW for Multiport Switches

IP Core für TSN Switched Endpoint – TSN-SE

Dieser TSN-Switched-Endport wurde für deterministische industrielle Ethernet-Geräte entwickelt und bietet präzises Timing und vorhersagbare Leistung für Bewegungssteuerung, Robotik und Maschinennetzwerke. Er kombiniert Weiterleitung mit extrem geringer Latenz mit standardbasiertem TSN und optimierter Softwareintegration.

Features:

Cut-Through-Switching mit extrem geringer Latenz für zeitkritischen Datenverkehr
Bis zu 8 Datenverkehrsklassen mit IEEE 802.1Qav Credit-Based Shaping und 802.1Qbv Time-Aware Scheduling
IEEE 802.1AS-2020-Zeitsynchronisation, Grandmaster-fähig mit einer Genauigkeit im Nanosekundenbereich
2 externe + 1 interner Port für flexible Endpunkt-/Topologie-Integration
802.1Q-VLAN-Tagging mit konfigurierbarer VLAN-PCP-zu-TSN-Warteschlangen-Zuordnung (QoS durch PCP)
Integrierter Ethernet-MAC mit dreifacher Geschwindigkeit und geringer Latenz; 10/100/1000 Mb/s
Flexible Schnittstellen: Host (AXI, Avalon ST/MM, APB) und PHY (MII, GMII, RGMII)
Softwarepaket: FreeRTOS-Treiber/HAL, PTP/AS-2020, CLI und Beispielprojekte

Datenblatt: TSN-SE for Switched Endpoint Devices

© Fraunhofer IPMS
IP Core für TSN Switched Endpoint – TSN-SE

IP Core für TSN Endpoint – TSN-EP

Dieses TSN-fähige Gerät wurde für deterministische industrielle Ethernet-Endpunkte entwickelt und bietet präzises Timing und vorhersagbare Leistung für Bewegungssteuerung, Robotik und intelligente Sensoren mit extrem geringer Latenz und standardbasiertem TSN für eine einfache Integration.

Features:

Cut-Through-Switching mit extrem geringer Latenz für zeitkritische Zyklen
Bis zu 8 Verkehrsklassen mit IEEE 802.1Qav-Credit-Based-Shaping und 802.1Qbv-Time-Aware-Scheduling
IEEE 802.1AS-2020-Zeitsynchronisation, Grandmaster-fähig mit einer Genauigkeit im Nanosekundenbereich
1 externer + 1 interner Port für kompakte Endpunkt-/Topologie-Integration
Integrierter Triple-Speed-Ethernet-MAC mit niedriger Latenz; 10/100/1000 Mb/s
Flexible Schnittstellen: Host (AXI, Avalon ST/MM, APB) und PHY (MII, GMII, RGMII)
Softwarepaket: FreeRTOS-Treiber/HAL, PTP/AS-2020, CLI und Beispielprojekte

Datenblatt: TSN-EP for Endpoint Devices

Evaluation-Kits

TSN Netleap Evaluation-Kit

Altera-basierte FPGA-Platine
SD-Karte mit Image
Netzteil 5 V/2 A
Zweiteiliges Gehäuse
USB-PPS-Kabel
Benutzerhandbuch

Dieses Kit umfasst sowohl Hardware als auch IP Core.

TSN Xilinx ZCU102 Evaluation Kit

AMD Xilinx FPGA-Board ZCU102
SD-Karte mit Image
Netzteil
2 Micro-USB-Kabel
USB-Hub
Ethernet-Kabel
SFP-Adapter (SW: 4, SE: 2, EP: 1)
Benutzerhandbuch

Dieses Kit umfasst sowohl Hardware als auch IP Core.

© Fraunhofer IPMS
TSN-Evaluierungs-Bit-Datei (für Xilinx ZCU102 oder Netleap-Board)

TSN Evaluation-Bit File (für Xilinx ZCU102 oder Netleap Board)

FreeRTOS Driver/HAL
FreeRTOS PTP/AS-2020
FreeRTOS Command Line Interface
802.1Q VLAN Switch functionality (SE, SW)
Optional Free RTOS Qci
Optional FreeRTOS Qcc
Optional FreeRTOS IwIP integration
Optional TSN Linux Embedded Driver Reference Design

Dieses Kit besteht nur aus dem IP Core (keine Hardware).

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Low Latency Ethernet MAC (LLEMAC) IP Core

Das IP-Design implementiert einen Ethernet Media Access Controller (MAC), der mit den Spezifikationen IEEE 802.3 und IEEE 802.3-2002 bei 10/100 Mbit/s und 1 Gbit/s kompatibel ist. Mit seiner extrem geringen Eingangs- und Ausgangsverzögerung eignet sich der Low Latency Ethernet MAC Core ideal für den Einsatz in TSN-Ethernet-Knoten und anderen Geräten, die beim Empfangen und Senden von Ethernet-Frames eine geringe Latenz erfordern. Der Core ist gemäß ISO 26262 für funktionale Sicherheit in Automobilanwendungen als ASIL-D-fähig zertifiziert.

Features:

IEEE 802.3-konformer Ethernet-MAC mit dreifacher Geschwindigkeit (10/100/1000 Mbit/s)
TSN-fähig: ermöglicht hochpräzise Zeitsynchronisation
Deterministische niedrige Latenz: 10 Zyklen TX, 6 Zyklen RX
Jumbo-Frame-Unterstützung für höheren Durchsatz
Voll-/Halbduplex-Punkt-zu-Punkt-Betrieb
10BASE-T1S-Unterstützung (Single-Pair-Ethernet)
Breite PHY-Konnektivität: MII (10/100), GMII (1G), RGMII (10/100/1000)
MDIO-Schnittstelle für PHY-Konfiguration und -Verwaltung

© Fraunhofer IPMS
Low Latency Ethernet MAC (LLEMAC) IP Core

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Datenblatt: Low Latency Ethernet MAC [ PDF 0,67 MB ]

MACsec IP Core

Der MACsec IP Core unterstützt höchste Datenraten und implementiert den IEEE 802.1AE-2018 Layer 2-Sicherheitsstandard für Authentifizierung, Vertraulichkeit und Integrität zwischen LAN-Hosts. MACsec ermöglicht die Kommunikation zwischen autorisierten Knoten, verschlüsselt übertragene Daten zur Gewährleistung der Vertraulichkeit und bietet kryptografische Mechanismen zur Sicherstellung der Datenintegrität. Er ist kompatibel mit dem Fraunhofer IPMS LLEMAC IP Core und jedem anderen Ethernet MAC IP Core oder kann als eigenständige Lösung betrieben werden.

Der MACsec IP Core kann plattformunabhängig für alle FPGA-Plattformen und jede Foundry-Technologie bereitgestellt werden. Fraunhofer IPMS bietet auch Dienstleistungen zur Erweiterung von IP-Cores sowie zur Entwicklung kompletter kundenspezifischer Subsysteme an.

Fraunhofer IPMS verfügt über mehr als 20 Jahre Erfahrung in der Entwicklung und Lizenzierung von IP Cores und hat mehrere hundert Anwender weltweit. Die meisten Kunden kommen aus der Automobil-, Luftfahrt- und Fertigungsindustrie.

Features:

IEEE 802.1AE-2018- und 802.1AEbw-konformes MACsec
Unterstützt reine Authentifizierung und authentifizierte Verschlüsselung
AES-GCM und AES-GCM-XPN mit 128/256-Bit-Schlüsseln
Vollduplex-Architektur
Bis zu 216 sichere Kanäle
Line-Rate-Betrieb bei Multi-Gigabit-Geschwindigkeiten
Schnittstellen: AXI-Stream-Daten; 32-Bit-native Konfiguration (Wrapper für APB, AHB, Avalon-MM, Wishbone)
Verifiziert mit spezifizierten Testmustern und NIST-Testsuite

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Anwendungen für Ethernet IP Cores

In Anwendungen, in denen präzises Timing und garantierte Übertragung entscheidend sind, ermöglichen unsere Time-Sensitive Networking (TSN)-Ethernet IP Cores eine deterministische, latenzarme und zeitsynchronisierte Datenkommunikation über Standard-Ethernet. Unsere siliziumerprobten IP Cores wurden für die ASIC- und FPGA-Integration entwickelt und bieten Echtzeit-Zuverlässigkeit für industrielle Automatisierungs-, Robotik-, Automobil-, Energie- und Telekommunikationssysteme, in denen jede Mikrosekunde zählt.

Automotive

TSN IP Cores ermöglichen eine deterministische Echtzeit-Ethernet-Kommunikation für fortschrittliche Fahrerassistenzsysteme (ADAS), Fahrzeugvernetzung und autonomes Fahren und gewährleisten einen synchronisierten Datenaustausch zwischen Steuergeräten mit garantierter Latenz.

Marine

Die TSN-Technologie unterstützt die sichere Echtzeitkommunikation für Schiffssteuerungssysteme, Navigation und Sensornetzwerke und gewährleistet selbst unter rauen Seebedingungen und bei EMI-Belastung eine robuste Leistung.

Raumfahrt

Für Raumfahrtsysteme und Satelliten-Nutzlasten ermöglichen TSN IP Cores einen zuverlässigen Datenaustausch mit geringer Latenz und deterministischem Timing und unterstützen so die missionskritische Kommunikation in Umgebungen mit Gewichts- und Leistungsbeschränkungen.

Telekommunikation

TSN gewährleistet präzises Timing und Verkehrsmanagement in Telekommunikationsnetzen und unterstützt 5G-Fronthaul, Edge-Computing und virtualisierte Netzwerkfunktionen mit deterministischer Datenübertragung.

Industrielle Automatisierung

In der industriellen Automatisierung und Robotik ersetzt TSN ältere Feldbussysteme durch Ethernet-basierte Echtzeitnetzwerke und ermöglicht so synchronisierte Bewegungssteuerung, vorausschauende Wartung und skalierbare Industrie-4.0-Architekturen.

Energie

Für intelligente Stromnetze und die Automatisierung von Umspannwerken ermöglicht TSN eine sichere Echtzeitkommunikation mit präziser Synchronisation zwischen verteilten Steuerungssystemen, wodurch die Netzstabilität und die Reaktionszeiten verbessert werden.

Verteidigung

TSN bietet robuste, sichere Ethernet-Kommunikation mit garantierter Zeitsteuerung für Verteidigungsplattformen und ermöglicht so die nahtlose Integration von Missionssystemen, Sensoren und Steuerungen in dynamischen Umgebungen mit hohen Störsignalen.

Luft- und Raumfahrt

In der Avionik und Flugsteuerungssystemen liefert TSN zeitkritische Daten mit Nanosekundenpräzision über leichtgewichtiges Ethernet, was die Verkabelungskomplexität reduziert und strenge Sicherheits- und Synchronisationsanforderungen erfüllt.