时间触发以太网TTEthernet技术

TTEthernet（Time Triggered Ethernet），时间触发以太网技术，是一种应用于实时以太网的专业解决方案，其中的TT代表时间触发（Time-Triggered），意思就是数据报文严格依照一个确切的时间调度表进行传输，报文的传输时间延迟是确定的，时间延迟的抖动是微秒量级。

TTEthernet是为硬实时、软实时和没有实时性要求的不同数据并行传输而创建的统一网络技术，同时也适用于各种安全和可用性标准。由于TTEthernet采用基于时间触发的报文发送方式，数据传输过程中不会有报文冲突和丢帧，因此其带宽利用效率是普通以太网的至少5倍。TTEthernet支持从系统级对系统进行所有计算和网络资源的分区，因此，TTEthernet支持减少终端系统的数量，能够整合分布在多个控制单元的多个功能。这使得任何ECU可以整合实时控制功能，且每一个ECU可以不相冲突地集成许多不同的控制功能。这需要所使用的主干通信网络带宽必须可以确定地分配给不同的分布式控制功能，同时不会引起系统网络整体负载的波动。这是标准以太网无法做到的。

因此，TTE是一种基于 802.3 以太网之上的汽车或工业领域的实时通信候选网络，它允许实时的时间触发通信与低优先级的事件触发通信共存，使以太网具备满足高安全等级的系统要求的同时，依然可以承担对实时性要求不过分严格但仍然有高带宽的以太网传输需求。由 TTTech 公司开发的 TTEthernet 已经 通 过 美 国 汽 车 工 程 师 学 会（SAE）的 标 准 化（SAEAS6802[38]）。

TTEthernet 在时钟同步机制上引入了 IEEE 1588 V2 中的 P2P 透明时钟（transparent clock）的概念，利用透明时钟、步固化函数（Permanence Function）、压缩函数（Compression Function）的支持获得精确时钟。在同步时钟的基础上建立全双工交换式网络结构的周期性任务调度表，周期性任务表有静态与动态的两种使用方法。

下图就是TTEthernet 的协议控制框架示意图：

TTEthernet 在单一网络中可以同时满足不同实时和安全等级的应用需要，支持三种不同的消息类型，时间触发（TT）、速率约束（RC）和尽力而为（BE）。

• TT消息应用时间触发机制。所有的TT消息在网络中按特定的时间发送，优先级高于其它所有类型消息。TT消息适用于分布式实时控制系统，典型应用如线控制动和线控转向等快速闭环控制系统。TT消息用于设计和测试确定性分布式系统，所有系统组件的时间特性都是确定的、可分析和测量的，且时间精度小于1us；
• RC消息相对时间触发消息，适用于实时性要求不那么严格的系统。RC消息保证系统中对应每个物理链接的消息带宽是确定的，时间延迟不超过预期的限制范围。RC消息可用于车辆和航空领域等需要可靠通信和对时间确定性有一定需求的安全关键系统，通常RC消息还用于多媒体系统；
• BE消息采用众所周知的普通以太网方式，传输过程中无法保证是否或何时成功发送了消息，什么导致了延迟以及消息是否被接收节点成功接收。BE消息优先级低于TT和RC消息，且使用网络的剩余带宽。BE消息的典型应用是互联网服务，所有对传输质量要求低的消息（如因特网协议消息）都可以映射到这一网络功能级别；

总结起来就是，TT 消息优先于所有其他类型，而 RC 帧是保证提供预留的带宽，BE 帧可以看做是标准以太网。这三种不同的数据帧都采用标准的以太网帧格式，只是 type 域的值有所不同。TTEthernet 的主要优点是 TTEthernet 交换机允许被抢占，TT 消息在整个系统传输中具有最高优先级，也就是低优先级的消息被中断并存储在交换机的缓冲区，让 TT 消息优先发送，因此类似于以太网 AVB，为了使用该系统，内网交换机必须实现 TTEthernet 标准。

基于上述分析可以了解 TTEthernet 在汽车应用可能出现的情况有：

• 高级驾驶员辅助系统（ADAS），得益于高带宽和 TT 通信的结合；
• 多媒体，高带宽可靠数据通信，保证数据传输速率的音频和视频，是 TTEthernet 目前最有可能的应用领域。此外，通过使用 TTEthernet 可以将驾驶辅助系统和信息娱乐系统集成到同一个网络；
• X-By-Wire 线控系统，TT 服务提供的强实时通讯，容错和故障运行，可以满足这些系统的通讯要求；

下表对比了目前最成熟的两项以太网技术，时间敏感网络 TSN 和时间触发以太网（TTEthernet）。