Microchip LAN969x系列TSN以太网交换机技术解析与应用指南

Microchip Technology LAN969x以太网交换机具有时间敏感网络（TSN）功能，提供46Gbps至102Gbps的可扩展带宽。Microchip Technology LAN969x搭载1GHz单核Arm® Cortex®-A53 CPU。LAN969x支持QuadBox功能，可连接两个HSR网络，适用于需要高可靠性和零停机时间的应用。与替代解决方案不同，LAN969x可最大限度地降低设计复杂性和系统成本。LAN969x系列拥有多达30个端口的高度可配置选项，支持各种接口，包括RGMII、SGMII、QSGMII、USGMII和USXGMII，适用于需要高端口数开关链路的安全和安全关键型应用。其安全功能包括安全启动、固件执行、基于TCAM的帧处理、Arm可信固件方法、加密库、硬件安全加速器和不可变密钥存储。

数据手册：*附件：Microchip Technology LAN969x以太网交换机数据手册.pdf

特性

• 支持以太网端口数
  • 1Gbps：30个端口
  • 2.5Gbps：22个端口
  • 5Gbps：14个端口
  • 10Gbps：10个端口
• 完全托管的L2交换和L3路由功能
• 安全启动
• 工业级温度范围
• 完整的TSN功能包括时间感知整形、循环队列和转发、流监管、高精度时间同步、无缝冗余以及通过抢占和直通切换实现的低延迟
• 介质冗余协议（MRP）、设备级环（DLR）和HSR/PRP冗余协议

‌Microchip LAN969x系列TSN以太网交换机技术解析与应用指南‌

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‌一、产品核心定位与市场价值‌

LAN969x系列是Microchip针对工业自动化场景推出的TSN（时间敏感网络）交换机解决方案，其核心价值在于：

• ‌工业级冗余设计‌：集成HSR/PRP冗余协议（高可用无缝冗余/并行冗余协议），满足工厂自动化、智能交通等场景的毫秒级故障切换需求。
• ‌多速率灵活配置‌：支持1G/2.5G/5G/10G混合端口（如LAN9698提供102Gbps交换带宽），适配不同层级工业网络架构。
• ‌全栈TSN支持‌：兼容IEEE 802.1Qbv（时间感知整形）、802.1Qci（流量过滤）等标准，实现确定性低延迟传输。

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‌二、关键硬件特性与性能参数‌

1. ‌架构设计‌
   • ‌处理器‌：1GHz Arm Cortex-A53 CPU，集成DDR3/DDR4控制器，支持PCIe 3.0扩展。
   • ‌交换能力‌：非阻塞架构，LAN9694/6/8分别提供46/66/102Gbps带宽。
   • ‌温度范围‌：-40°C至110°C工业级温宽，适应严苛环境。
2. ‌网络协议支持‌
   • ‌L2/L3功能‌：
     • 16K MAC地址表 + 4K VLAN（IEEE 802.1Q）
     • 支持RSTP/MSTP生成树协议、IVL/SVL学习模式
   • ‌TSN特性‌：| 协议标准 | 功能描述 |
     | -------------- | ----------------------------- |
     | 802.1Qbv | 时间感知整形（TAS） |
     | 802.1CB | 帧复制与消除（FRER） |
     | 802.1AS-2020 | 高精度时间同步（<1μs误差） |
3. ‌安全与冗余‌
   • ‌Secure Boot‌：防止固件篡改。
   • ‌冗余协议‌：MRP（媒体冗余协议）、DLR（设备级环网）、HSR/PRP（无缝切换<50ms）。

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‌三、典型应用场景与开发建议‌

1. ‌工业自动化‌
   • ‌用例‌：PLC控制系统通过LAN9696的2.5G端口连接IO设备，利用TSN确保运动控制指令的微秒级延迟。
   • ‌配置要点‌：
     • 启用802.1Qbv时间调度表，划分关键流量时间槽。
     • 通过VCAP引擎实现VLAN优先级标记（COS字段）。
2. ‌软件集成‌
   • ‌Microchip IStaX Linux SDK‌：提供统一API管理交换机的L2/L3功能，支持第三方软件对接。

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‌四、选型对比与生态协同‌

型号	带宽	关键差异	适用场景
LAN9694TSN	46Gbps	基础TSN功能	中小规模产线控制
LAN9698RED	102Gbps	支持HSR/PRP冗余	电力变电站等高可靠性场景
LAN9668TSN	参考级	低功耗设计	边缘设备轻量级部署

‌配套方案‌：

• ‌PHY层‌：搭配Microchip 1G以太网物理层芯片（如KSZ9131）。
• ‌PoE供电‌：使用PD-7024 PSE控制器为终端设备供电。

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‌五、开发注意事项‌

1. ‌时序敏感配置‌：
   • 时间同步需校准PTP（1588v2）主从时钟偏移。
   • 避免TSN流量调度表与CPU中断冲突。
2. ‌散热设计‌：高温环境下建议使用强制风冷散热。