趙漫菲，姚 蕊，王浩楓+，程德玉

(1.中國(guó)航天科工集團(tuán)第二研究院 七〇六所，北京 100854；2.西安云維智聯(lián)科技有限公司 研發(fā)部，陜西 西安 710000)

0 引 言

時(shí)間觸發(fā)以太網(wǎng)(time-triggered Ethernet，TTE)是一種將時(shí)間觸發(fā)協(xié)議(TTP)的實(shí)時(shí)性、確定性、容錯(cuò)性與傳統(tǒng)以太網(wǎng)的普及型、成熟性、組網(wǎng)靈活性相結(jié)合，在同一網(wǎng)絡(luò)中高可靠、高性能地支持各種不同應(yīng)用綜合傳輸?shù)男滦托畔⑼ㄐ畔到y(tǒng)。傳統(tǒng)以太網(wǎng)的機(jī)理在文獻(xiàn)[1]中有較詳細(xì)的論述。時(shí)間觸發(fā)以太網(wǎng)創(chuàng)造性地加入了時(shí)間觸發(fā)概念，時(shí)間同步主要的功能就是能夠補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)中各個(gè)端系統(tǒng)本地時(shí)鐘抖動(dòng)造成的時(shí)鐘差異，配合時(shí)間觸發(fā)調(diào)度算法，使節(jié)點(diǎn)能夠依靠調(diào)度表來(lái)完成時(shí)間觸發(fā)事務(wù)的發(fā)送與接收，最終確保時(shí)間觸發(fā)事務(wù)可以無(wú)沖突的在網(wǎng)絡(luò)中傳輸，保證了網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)性[1]。

本文針對(duì)時(shí)間觸發(fā)以太網(wǎng)技術(shù)的業(yè)務(wù)種類(lèi)、同步通信原理等相關(guān)知識(shí)點(diǎn)展開(kāi)論述，TTE是奧地利TTTech公司研發(fā)的時(shí)間觸發(fā)以太網(wǎng)，本項(xiàng)目中以TTTech公司出品的TTE產(chǎn)品結(jié)合國(guó)產(chǎn)自研的端系統(tǒng)、交換機(jī)為基礎(chǔ)搭建應(yīng)用場(chǎng)景，在項(xiàng)目應(yīng)用中加以實(shí)踐，最終該系統(tǒng)在滿足項(xiàng)目中網(wǎng)絡(luò)確定性通信的同時(shí)，也滿足了系統(tǒng)對(duì)于穩(wěn)定性的要求。本次工程實(shí)踐，為同類(lèi)型和時(shí)間確定性相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用提供有力的技術(shù)支撐及解決方案。

1 TTE特點(diǎn)及網(wǎng)絡(luò)通信特性

時(shí)間觸發(fā)以太網(wǎng)將內(nèi)部承載的業(yè)務(wù)分為時(shí)間觸發(fā)的TT業(yè)務(wù)和事件觸發(fā)的ET業(yè)務(wù)。TT業(yè)務(wù)的傳輸由全局系統(tǒng)時(shí)間控制，周期性觸發(fā)。但ET業(yè)務(wù)的傳輸是隨機(jī)的，ET業(yè)務(wù)中又包含速率受限的RC業(yè)務(wù)和盡力投遞的BE業(yè)務(wù)。這3種業(yè)務(wù)的特點(diǎn)在文獻(xiàn)[2]中有較詳盡的論述，從論述中可以看出TT業(yè)務(wù)應(yīng)用時(shí)間觸發(fā)機(jī)制，以發(fā)送時(shí)間表為依據(jù)，在特定的時(shí)間點(diǎn)上發(fā)送TT消息，而且在特定的時(shí)間到達(dá)接收數(shù)據(jù)端，RC業(yè)務(wù)是事件觸發(fā)業(yè)務(wù)，BE業(yè)務(wù)就是常說(shuō)的傳統(tǒng)以太網(wǎng)業(yè)務(wù)，它也屬于事件觸發(fā)業(yè)務(wù)，其數(shù)據(jù)幀格式符合傳統(tǒng)以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，會(huì)利用網(wǎng)絡(luò)剩余的帶寬進(jìn)行傳輸，它的優(yōu)先級(jí)低于TT數(shù)據(jù)和RC數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，而且它的可靠性等性能不能保證，這一點(diǎn)在文獻(xiàn)[2]中有較詳細(xì)的論述。

1.1 TTE技術(shù)的基本原理

TTE技術(shù)的基本原理如圖1所示，時(shí)間軸包含了多個(gè)時(shí)分多址周期(TDMA)的簇周期，在一個(gè)簇周期內(nèi)，各個(gè)同步端分別占用不同的時(shí)間槽位，時(shí)間槽在每個(gè)時(shí)分多址周期內(nèi)的時(shí)間坐標(biāo)是固定不變的，如圖1所示，端節(jié)點(diǎn)1、2、3、4在時(shí)間槽中的位置是固定的，也是提前設(shè)置好的，節(jié)點(diǎn)之間通過(guò)全局時(shí)鐘機(jī)制保持同步，由于每個(gè)端節(jié)點(diǎn)占用了不同的時(shí)間片段，所以各端節(jié)點(diǎn)的通信將互不沖突，文獻(xiàn)[3]中也有同樣的論述。

圖1 端節(jié)點(diǎn)在時(shí)間槽中的示意

TTE能保證設(shè)備間的同步通信，但設(shè)備間的不同步是如何產(chǎn)生的呢？這主要是因?yàn)楦骶W(wǎng)絡(luò)設(shè)備在計(jì)時(shí)過(guò)程中，時(shí)鐘晶振震蕩從而引起了計(jì)時(shí)值的偏移，要是設(shè)備間不進(jìn)行周期性的同步維護(hù)，那么每個(gè)同步時(shí)鐘的計(jì)時(shí)值偏移超出了系統(tǒng)同步精度時(shí)，網(wǎng)絡(luò)的同步狀態(tài)會(huì)丟失。時(shí)間觸發(fā)協(xié)議的提出為改進(jìn)以太網(wǎng)的確定性做出了貢獻(xiàn)。而TTE則綜合了標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)和TTP的優(yōu)勢(shì)。在發(fā)布SAE AS6802同步協(xié)議前，該網(wǎng)絡(luò)的協(xié)議形態(tài)是由IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn)和IEEE1588同步協(xié)議組合而成。TTE在以太網(wǎng)基礎(chǔ)上引入時(shí)鐘同步機(jī)制，建立了微秒級(jí)的網(wǎng)絡(luò)時(shí)鐘同步，實(shí)現(xiàn)了時(shí)間觸發(fā)和事件觸發(fā)混合調(diào)度機(jī)制，在文獻(xiàn)[4]中有具體的論述。

TTE網(wǎng)絡(luò)體系各傳輸層與各協(xié)議間的關(guān)系見(jiàn)表1[5]。

表1 傳輸層與各協(xié)議間的關(guān)系

TTE時(shí)鐘同步屬于一種內(nèi)部時(shí)鐘同步方式，其方式是將同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲械母鞴?jié)點(diǎn)的本地時(shí)鐘進(jìn)行同步，使得所有網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的通信具備時(shí)間協(xié)調(diào)的能力。TTE時(shí)鐘同步機(jī)制不是一種典型的對(duì)稱性“主從式”的同步機(jī)制，同時(shí)也不完全屬于一種對(duì)稱式的時(shí)鐘同步機(jī)制，在該機(jī)制下的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備在時(shí)鐘同步中具有不同的功能[2]。

透明時(shí)鐘傳輸機(jī)制是TTE網(wǎng)絡(luò)采用的時(shí)鐘同步機(jī)制。TTE網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)一旦設(shè)定完成，任意端到端的連接路徑就是相對(duì)固定的了，從而網(wǎng)絡(luò)中點(diǎn)到點(diǎn)的最大消息傳輸時(shí)延就可以確定下來(lái)。這種時(shí)延不僅包括網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的收發(fā)協(xié)議處理或者數(shù)據(jù)拷貝等產(chǎn)生的靜態(tài)技術(shù)時(shí)延和物理鏈路傳輸時(shí)延，而且還包括信息傳輸過(guò)程中網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)時(shí)延。這個(gè)最大消息傳輸時(shí)延參數(shù)，經(jīng)過(guò)同步機(jī)制的固化，實(shí)現(xiàn)在接收端協(xié)議控制幀的發(fā)送時(shí)刻點(diǎn)的順序，且計(jì)算發(fā)送時(shí)刻點(diǎn)的不同，在這個(gè)基礎(chǔ)之上，獲取最佳的固化時(shí)刻點(diǎn)或者最佳的壓縮時(shí)刻點(diǎn)，從而計(jì)算出同步時(shí)鐘的偏移量，最終實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點(diǎn)的同步時(shí)鐘的建立和維護(hù)。

1.2 調(diào)度表生成

在TTE的調(diào)度方式中，最常用的是在各發(fā)送端先離線設(shè)計(jì)好任務(wù)調(diào)度表，之后根據(jù)調(diào)度表進(jìn)行消息的發(fā)送和傳輸。

調(diào)度表中包含一個(gè)矩陣周期，相關(guān)內(nèi)容見(jiàn)文獻(xiàn)[6]。如圖2所示，每個(gè)基本周期分為兩段，TT幀在基本周期前一段時(shí)間內(nèi)發(fā)送，RC幀與BE幀在TT幀后面的一段時(shí)間內(nèi)發(fā)送。在每個(gè)基本周期會(huì)預(yù)留一定長(zhǎng)度的時(shí)間間隔，這樣可以不影響下一周期TT幀的發(fā)送，通過(guò)離線調(diào)度表，TTE內(nèi)各節(jié)點(diǎn)在全局統(tǒng)一時(shí)間基準(zhǔn)下，使TT消息具有完全的時(shí)間確定性[7,8]。

圖2 調(diào)度表中各業(yè)務(wù)幀的發(fā)送順序

這樣既保證了整個(gè)網(wǎng)絡(luò)時(shí)鐘精確同步，而且通過(guò)預(yù)先設(shè)計(jì)好的任務(wù)調(diào)度表，使交換機(jī)在接收各個(gè)端系統(tǒng)發(fā)送的TT流量過(guò)程中避免了消息的沖突，從而減少了數(shù)據(jù)的丟失。

調(diào)度表生成算法將根據(jù)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)和業(yè)務(wù)參數(shù)進(jìn)行調(diào)度，生成各網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的時(shí)間調(diào)度表。調(diào)度表明確規(guī)劃了每條業(yè)務(wù)的源端發(fā)送時(shí)間點(diǎn)、交換機(jī)接收時(shí)間點(diǎn)、交換機(jī)接收窗、交換機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)間點(diǎn)、交換機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)間窗、目的端系統(tǒng)接收時(shí)間點(diǎn)、目的端系統(tǒng)接收時(shí)間窗等信息。615A標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議定義了一系列規(guī)則，這些規(guī)則就是通過(guò)響應(yīng)、握手和確認(rèn)機(jī)制等，來(lái)完成數(shù)據(jù)在加載端和被加載端之間的傳輸，同時(shí)規(guī)定了交互的數(shù)據(jù)以及文件的格式與要求，用以確保其加卸載操作的準(zhǔn)確性和可靠性?；贏RINC 615A的配置加載軟件用于傳輸TTE硬件所需的配置表文件(包含了調(diào)度表、同步信息等內(nèi)容)和驅(qū)動(dòng)所需的幀字段轉(zhuǎn)換表文件，將這些文件從加載端上傳至交換機(jī)和端系統(tǒng)。

2 工程應(yīng)用

本章節(jié)中，描述了目前工程應(yīng)用中存在及出現(xiàn)的問(wèn)題，從工程應(yīng)用的實(shí)際需求出發(fā)，搭建了某項(xiàng)目TTE傳輸?shù)膽?yīng)用場(chǎng)景，并結(jié)合關(guān)鍵代碼及演示用例，說(shuō)明了TTE在具體工程實(shí)現(xiàn)中的關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用流程。

2.1 工程應(yīng)用需求

在項(xiàng)目的具體應(yīng)用中，傳統(tǒng)的基于UDP或TCP/IP的網(wǎng)絡(luò)通信方式，在處理數(shù)據(jù)量較大、通信間隔較短的大數(shù)據(jù)包通信時(shí)，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)丟包或數(shù)據(jù)不完整的現(xiàn)象；另一方面，在某些系統(tǒng)間握手交互對(duì)實(shí)時(shí)性要求較高的應(yīng)用中，除了使用網(wǎng)絡(luò)通信，通常也會(huì)用到串口通信或1553 B等總線通信方式，以確保傳輸?shù)姆€(wěn)定性及數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性，總線的不統(tǒng)一造成了系統(tǒng)連接方式比較復(fù)雜，歸零或故障定位涉及面較多，維修及維護(hù)成本都比較高。

基于此，在某項(xiàng)目的具體應(yīng)用中，由于系統(tǒng)對(duì)實(shí)時(shí)性、確定性、容錯(cuò)性要求較高，數(shù)據(jù)傳輸中我們以時(shí)間觸發(fā)以太網(wǎng)為系統(tǒng)模型，從時(shí)間觸發(fā)以太網(wǎng)其自身的特點(diǎn)出發(fā)，將時(shí)間觸發(fā)協(xié)議TTP的實(shí)時(shí)性、確定性、容錯(cuò)性與傳統(tǒng)以太網(wǎng)的普及性、成熟性、組網(wǎng)靈活性相結(jié)合，展示能在同一網(wǎng)絡(luò)中高可靠、高性能地支持各種不同應(yīng)用屬性業(yè)務(wù)的綜合傳輸，同時(shí)依托奧地利TTTech公司出品的端系統(tǒng)、交換機(jī)及國(guó)產(chǎn)的基于TTE同步技術(shù)的硬件平臺(tái)，搭建應(yīng)用場(chǎng)景，通過(guò)國(guó)產(chǎn)TTE平臺(tái)與TTTech公司TTE平臺(tái)端系統(tǒng)的互聯(lián)互通，展示國(guó)產(chǎn)平臺(tái)目前在此項(xiàng)業(yè)務(wù)中的發(fā)展，及對(duì)于通用標(biāo)準(zhǔn)的融合[9]。

該項(xiàng)目中搭建的應(yīng)用場(chǎng)景，在確保了網(wǎng)絡(luò)通信數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性、確定性的基礎(chǔ)上，用不同的端系統(tǒng)取代了原有的項(xiàng)目中使用的串口通信模式，經(jīng)驗(yàn)證完全滿足系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸需求。

在此基礎(chǔ)上從用戶代碼開(kāi)發(fā)的角度出發(fā)，通過(guò)演示案例，說(shuō)明TTE中TT業(yè)務(wù)、BE業(yè)務(wù)的創(chuàng)建及通信過(guò)程。

2.2 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及節(jié)點(diǎn)傳輸業(yè)務(wù)描述

在TTTech端系統(tǒng)及國(guó)產(chǎn)端系統(tǒng)中安裝Ubuntu18.04操作系統(tǒng)，采用Qt5.14.2作為圖形界面開(kāi)發(fā)工具，開(kāi)發(fā)了TTE業(yè)務(wù)的人機(jī)交互界面，通過(guò)該界面可演示TT及BE業(yè)務(wù)的收發(fā)傳輸、調(diào)度表的生成以及端系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)交互傳輸。

圖3為平臺(tái)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，從圖中可以看到，該項(xiàng)目我們使用了兩臺(tái)交換機(jī)，其中交換機(jī)1為T(mén)TTech公司的24端口的交換機(jī)產(chǎn)品，交換機(jī)2為國(guó)產(chǎn)的24端口的交換機(jī)；6個(gè)端系統(tǒng)，其中端系統(tǒng)1、端系統(tǒng)2、端系統(tǒng)3以及端系統(tǒng)4為T(mén)TTech公司的端系統(tǒng)產(chǎn)品，其網(wǎng)卡為T(mén)TTech公司標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品；端系統(tǒng)5、端系統(tǒng)6為國(guó)產(chǎn)的端系統(tǒng)產(chǎn)品，自研網(wǎng)卡。

圖3 演示平臺(tái)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

該平臺(tái)共建了24條虛鏈路。其調(diào)度表映射關(guān)系由TTTech公司提供的TTE-Tools Workbench軟件配置，例如由端系統(tǒng)1生成的名為T(mén)T_VL_100的虛鏈路，其屬性設(shè)置如圖4所示；其生成的配置文件直接拷貝到各個(gè)主機(jī)端，交換機(jī)內(nèi)部的配置表由TTE-Switch軟件完成配置并固化到交換機(jī)內(nèi)部。

圖4 ES1中名為T(mén)T_VL_100的屬性

TTTech的端系統(tǒng)1向端系統(tǒng)2發(fā)送TT業(yè)務(wù)、向端系統(tǒng)3發(fā)送BE業(yè)務(wù)，同時(shí)端系統(tǒng)1接收來(lái)自端系統(tǒng)2的TT業(yè)務(wù)及端系統(tǒng)3的BE業(yè)務(wù)，端系統(tǒng)2接收端系統(tǒng)1的TT業(yè)務(wù)，端系統(tǒng)3接收端系統(tǒng)1的BE業(yè)務(wù)。端系統(tǒng)5(國(guó)產(chǎn)端系統(tǒng)1)向端系統(tǒng)6(國(guó)產(chǎn)端系統(tǒng)2)發(fā)送數(shù)據(jù)周期為7 ms 的TT業(yè)務(wù)；端系統(tǒng)6(國(guó)產(chǎn)端系統(tǒng)2)向端系統(tǒng)4(TTTech端系統(tǒng)4)發(fā)送數(shù)據(jù)周期為17 ms的TT業(yè)務(wù)；端系統(tǒng)6(國(guó)產(chǎn)端系統(tǒng)2)向端系統(tǒng)5(國(guó)產(chǎn)端系統(tǒng)1)發(fā)送數(shù)據(jù)周期為63 ms的TT業(yè)務(wù)；端系統(tǒng)4(TTTech端系統(tǒng)4)向端系統(tǒng)6(國(guó)產(chǎn)端系統(tǒng)2)發(fā)送數(shù)據(jù)周期為58 ms的TT業(yè)務(wù)。該項(xiàng)目在執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^(guò)程中，可以測(cè)定出各端系統(tǒng)間的同步精度均小于100 ns。

在該項(xiàng)目的BE業(yè)務(wù)中，同時(shí)也通過(guò)端系統(tǒng)3向端系統(tǒng)2(國(guó)產(chǎn)端系統(tǒng))發(fā)送視頻流，端系統(tǒng)3作為服務(wù)器端加載最大帶寬不超過(guò)30 M的視頻流，端系統(tǒng)4(TTTech端系統(tǒng))向端系統(tǒng)2同時(shí)注入500多兆帶寬的BE流量；此時(shí)，作為視頻點(diǎn)播的另一端，端系統(tǒng)2(國(guó)產(chǎn)端系統(tǒng))作為客戶端，可以平穩(wěn)播放該視頻流，如圖5所示，端系統(tǒng)間的TT業(yè)務(wù)也穩(wěn)定運(yùn)行；此時(shí)，端系統(tǒng)2接收到的網(wǎng)絡(luò)帶寬總和小于700 M，然后我們加大對(duì)端系統(tǒng)2的BE流量注入，從發(fā)送視頻點(diǎn)播業(yè)務(wù)的端系統(tǒng)3端，發(fā)送將近300 M帶寬的BE流量，端系統(tǒng)2總接收到的流量為900多兆，此時(shí)，播放的視頻流明顯出現(xiàn)了滯后和卡頓的現(xiàn)象。如圖6所示。具體的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。

圖5 國(guó)產(chǎn)端系統(tǒng)與TTTech端系統(tǒng)融合展示

圖6 增加流量注入后BE視頻流出現(xiàn)卡頓后的效果

表2 TT、BE業(yè)務(wù)與干擾帶寬間的關(guān)聯(lián)情況

分析該現(xiàn)象可以看出，無(wú)論是國(guó)產(chǎn)交換機(jī)還是TTTech公司生產(chǎn)的交換機(jī)，交換機(jī)端口的最大帶寬為1 G，在交換機(jī)端口接收到的最大帶寬不超過(guò)該值時(shí)，BE視頻流平穩(wěn)傳輸穩(wěn)定運(yùn)行，當(dāng)加大交換機(jī)端口流量注入，交換機(jī)端接收到的流量超過(guò)1 G時(shí)，為了保證TT業(yè)務(wù)的穩(wěn)定運(yùn)行，交換機(jī)端口會(huì)丟失部分的BE視頻流的傳輸數(shù)據(jù)，如圖6所示，端系統(tǒng)2在流量注入超過(guò)1 G的情況下，它播放的視頻出現(xiàn)了卡頓。而同時(shí)在端系統(tǒng)2上接收的TT端系統(tǒng)業(yè)務(wù)穩(wěn)定運(yùn)行，不受影響，如圖7所示，由此可見(jiàn)，以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)數(shù)據(jù)包的傳輸是“盡力而為”的，不能保證關(guān)鍵控制數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性和可靠性。

2.3 軟件實(shí)現(xiàn)流程

在硬件平臺(tái)搭建完成，軟件環(huán)境安裝到位，調(diào)度表生成完畢并已植入主機(jī)端和交換機(jī)的前提下，開(kāi)發(fā)人員需要根據(jù)自身的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，開(kāi)發(fā)TTE各業(yè)務(wù)的代碼實(shí)現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)流程主要包含以下幾個(gè)方面：

2.3.1 TTE端系統(tǒng)初始化

(1)端系統(tǒng)配置文件加載

在端系統(tǒng)初始化開(kāi)始，需要加載配置文件，在本項(xiàng)目中使用的TTTech公司提供的TTE-Tools Workbench軟件，根據(jù)系統(tǒng)架構(gòu)，對(duì).network_description文件中的虛鏈路、周期、端口名稱、最大發(fā)送字節(jié)等進(jìn)行配置，編譯完成會(huì)生成各端系統(tǒng)的.bin文件，對(duì)應(yīng)系統(tǒng)中不同的端系統(tǒng)，需要加載其相對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制配置文件。

(2)端口號(hào)、分區(qū)號(hào)、物理地址等參數(shù)的有效性判定

之后對(duì)讀入的配置文件中的端口號(hào)、分區(qū)號(hào)、物理地址等的有效性進(jìn)行判定，不滿足條件的情況程序會(huì)退出。

(3)初始化端系統(tǒng)

初始化接口調(diào)用如下：

if (TTE_ES_RET_OK != ttex_es_mng_init (es_type, &es_hdl_r, &dev_hdl, es_index))

{

fprintf (stderr, PFX "INIT: Invalid Endsystem Handle or wrong type of Endsystem specified ");

return EXIT_FAILURE;

}

(4)使能系統(tǒng)IO管腳等

2.3.2 分別建立各發(fā)送及接收線程

根據(jù)系統(tǒng)中所需的虛鏈路數(shù)，建立不同的發(fā)送或者接收線程。

2.3.3 結(jié)合QT消息響應(yīng)機(jī)制建立相應(yīng)槽函數(shù)、顯示線程等

本項(xiàng)目中使用的是Ubuntu操作系統(tǒng)，為了方便用戶進(jìn)行人機(jī)交互控制，我們使用了QT作為圖形界面開(kāi)發(fā)工具，所以本應(yīng)用需要結(jié)合QT消息響應(yīng)機(jī)制，關(guān)聯(lián)不同的信號(hào)及槽函數(shù)，同時(shí)要建立不同的顯示線程，將發(fā)送端發(fā)出的或接收端收到的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示。

……

thread_send = new tt_send_thread();

connect(send_button,SIGNAL(released()),this,SLOT(on_Send_Clear_released()));

connect(send_button,SIGNAL(clicked()),this,SLOT(on_send_button_clicked()));

connect(thread_send,SIGNAL(ttsend_signal(int)),this,SLOT(ttex_send_comm(int)));

……

thread_send->start();

……

2.4 工程實(shí)現(xiàn)流程解析

在該項(xiàng)目的工程演示中，配置交換機(jī)的端口9為T(mén)T業(yè)務(wù)的發(fā)送端，端系統(tǒng)1與之相連，端系統(tǒng)2連接交換機(jī)的端口10，作為T(mén)T業(yè)務(wù)的接收端，交換機(jī)的端口3連接端系統(tǒng)3，作為BE業(yè)務(wù)的發(fā)送端。啟動(dòng)程序界面，設(shè)定發(fā)送時(shí)間間隔，數(shù)據(jù)包大小等參數(shù)，TT業(yè)務(wù)運(yùn)行開(kāi)始后，按照端系統(tǒng)1的設(shè)定值，發(fā)送固定長(zhǎng)度的數(shù)據(jù)包，同時(shí)啟動(dòng)各接收線程，端系統(tǒng)2、3初始化過(guò)程同理。端系統(tǒng)1發(fā)送TT業(yè)務(wù)的同時(shí)也接收端系統(tǒng)2發(fā)來(lái)的TT業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)及端系統(tǒng)3上發(fā)送的BE業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，接收情況如圖8所示；端系統(tǒng)2只發(fā)送TT業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)包給端系統(tǒng)1，同時(shí)接收端系統(tǒng)1發(fā)來(lái)的TT數(shù)據(jù)包，接收情況如圖9所示；端系統(tǒng)3只發(fā)送BE業(yè)務(wù)包給端系統(tǒng)1，同時(shí)接收來(lái)自端系統(tǒng)1的BE業(yè)務(wù)包，

圖8 演示平臺(tái)端系統(tǒng)1演示界面

圖9 演示平臺(tái)端系統(tǒng)2演示界面

收發(fā)情況如圖10所示。該數(shù)據(jù)通信過(guò)程，是2.3節(jié)中端系統(tǒng)軟件開(kāi)發(fā)中具體的工程實(shí)踐應(yīng)用。圖11為該平臺(tái)中端系統(tǒng)1與端系統(tǒng)2間的同步精度，從示波器中可以看出，端系統(tǒng)間的動(dòng)態(tài)同步精度小于50 ns。

圖10 演示平臺(tái)端系統(tǒng)3演示界面

圖11 演示平臺(tái)中的端系統(tǒng)1、2間的同步精度

3 結(jié)束語(yǔ)[10]

本文圍繞著TTE時(shí)間觸發(fā)以太網(wǎng)的工程應(yīng)用，論述了TTE的業(yè)務(wù)特點(diǎn)、同步控制等基本原理，以對(duì)TTTech公司的端系統(tǒng)的使用過(guò)程為主線，系統(tǒng)闡述了時(shí)間觸發(fā)以太網(wǎng)在某工程應(yīng)用中具體的實(shí)現(xiàn)流程。

傳統(tǒng)以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)數(shù)據(jù)包的傳輸是不確定的，它并不能保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性和可靠性。為了解決這一問(wèn)題，相關(guān)科研工作者在傳統(tǒng)以太網(wǎng)的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)以滿足不同系統(tǒng)的應(yīng)用需求。其中，時(shí)間觸發(fā)以太網(wǎng)是該類(lèi)技術(shù)的佼佼者[8]。時(shí)間觸發(fā)以太網(wǎng)技術(shù)有著高容錯(cuò)性、高確定性、高兼容性、高可靠性及高可測(cè)性的特點(diǎn)，能同時(shí)高效地支持工業(yè)數(shù)據(jù)采集、控制指令傳輸、網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)互通等多種應(yīng)用場(chǎng)景，在航天航空領(lǐng)域、工業(yè)自動(dòng)化控制領(lǐng)域都有著廣泛而重要的應(yīng)用。TTE網(wǎng)絡(luò)總線在美國(guó)龍飛船及戰(zhàn)機(jī)上已經(jīng)成功應(yīng)用。隨著TTE芯片化的成功和應(yīng)用，TTE總線的應(yīng)用和推廣會(huì)越來(lái)越廣泛[11]。

但也由于其自身組網(wǎng)的確定性等特點(diǎn)，造成了用戶使用中感覺(jué)不夠靈活，頂層設(shè)計(jì)需要修改的情況下全項(xiàng)目涉及改動(dòng)較大，后續(xù)隨著理論研究的不斷深入，工程應(yīng)用的不斷推廣，相信會(huì)產(chǎn)生出更完善、更靈活的TTE組網(wǎng)方式。