车载以太网之TTEthernet

佐思产研
2018/1/2 17:18:45


从2005年起,IEEE开始制定EAVB标准。同时TTTech公司也开始推广TTEthernet,最初应用于航空航天,最后发现汽车也是很好的应用场合。2019版奥迪A8也就是第一个使用TTEthernet的量产车辆。



上面为三种航电系统总线标准对比,AFDX应用于比较传统的客机,其带宽不足是其最大的缺点,FC-AE在延迟和实时性无法保证确定性,又采用光纤连接,适合模块间比较长距离大规模数据传输,不适合需要动态分配并且同时支持周期性和非周期性传输的需求。TTEthernet是最合适的。


TTEthernet由TTTech公司提出,并为此提供了基于普通以太网的TTEthernet协议实现解决方案,所提供的产品符合DO178B和DO254认证要求。用户可以根据自身需求选择普通以太网硬件,TTEthernet协议软件实现的方案,支持最高通信速率为100Mbit/s;或选择采用基于硬件的TTEthernet协议实现方案,最高通信速率可达1Gbit/s。


此外,TTTech的TTEthernet产品及开发工具向下完全兼容普通以太网和AFDX,用户可以在TTEthernet中同时运行普通以太网(Best-Effort)、AFDX(Rate-Constraint)和TTEthernet三种报文通信,甚至可以选择直接支持ARINC664 part7的TTEthernet产品。


2008年7月,Honeywell先进技术平台系统在其新一代全权限数字发动机控制系统中首次使用了TTTech公司10Mbit/s的以太网技术。2009年航空巨头GE与全球机器人霸主Fanuc联合成立的GE Fanuc智能平台开始使用TTEthernet。随后波音787和空客A380都开始使用TTEthernet。


2010年7月,TTTech公司已经向美国联合技术公司(United Technologies Corp)旗下的子公司美国西科斯基飞机公司(SikorskyAircraft Corporation)交付了一套分布式IMA(集成模块化航空电子设备)试验平台。用在S97直升机上。2011年3月,美国SAE以TTEthernet为核心制定了AS6802标准,为了和TTTech的TTEthernet有所区别,称之为Deterministic Ethernet或 TimeTriggered Ethernet。2016年11月,做了修订,对容错系统进一步加强。2016年7月8日, TTTech与欧洲航天市场巨擘空客赛峰运载火箭公司(Airbus SafranLaunchers)签署长期开发协议,将采用TTEthernet作为阿丽亚娜6型系列运载火箭的航空电子设备主干网络。


AS 6802是一个非强制性标准。AS6802的支持者包括洛克希德马丁、庞巴迪、巴西航空工业、通用动力、西科斯基飞机、霍尼韦尔、BAE、Ultra电子、GE Fanuc和TTTech。


全球第一个域控制器就是奥迪A8的ZFAS。采用了TTTech的TTEthernet(下面简写为TTE)。


TTE=传统以太网+时钟同步+时间触发通信+速率受约传输+保证传输



TTE 将时间触发传输的实时性、确定性、容错能力等特点与传统以太网“尽投递”的灵活性、动态性等特点相结合,可支持各种不同类型的应用业务。



(2)特点:


A、TTE与IEEE以太网802.3协议完全兼容,能够使各种不同类型的应用业务在同一个网络上实现无缝连接,如个人PC机、网站、多媒体系统均使用相同网络。


B、适用各种带宽速率网络。TTE在TDMA机制上采用时间触发机制和事件触发机制并存,能充分利用带宽以提高通信网络的效率。它能高效的应用于10Mbit/s, 100Mbit/s等各种带宽网络。



C、TTE具备容错机制,可限制个别端系统的错误在整个网络的蔓延并防止黑客对系统资源的非法访问。包括超时监视技术,速率限制技术,多通道技术。


D、TTE具有系统可扩展性,当传输网络因功能需要而扩展时,已有的电子应用无需做出任何改变。


E、TTE 可用于安全优先的载错运行应用,即系统在有错误出现时仍可保持全功能运行。如TTE的时间同步服务,冷启动服务,团集检测和恢复服务等。



TTE可以容忍三种故障模式,


(1)沉默故障模型:系统中某个设备出现故障,停止输出数据。设备正常发送/接收了A、B消息,随后设备发生沉默故障,导致后面的C、D、E、F帧无法正常发送/接收。使用TTE协议中的同步/异步集群检测解决,一旦集群检测成功,就重新开始建立同步。


(2)遗漏故障模型:存在遗漏故障的设备在某个随机的时刻将无法发送或接收随机数量的帧。正常发送/接收了A、C、F消息,而B、D、E消息无法正常发送/接收。可以通过多重冗余机制预防。


(3)随机故障模型:一个设备发生错误,在任意时刻发送随机信息至网络中。随机地在任何时间出现沉默和遗漏故障,以及发送帧的误传。比如帧A 的遗漏或误传为 X,帧 B 的遗漏或误传为 Y,帧 D 的遗漏或误传为 K 等。针对随机故障模型可以使用语义控制予以解决,辅助工具是令牌桶控制。 



TTE强大的容错能力是系统成为ASIL D级的法宝。


不过奥迪A8的ZFAS并未发挥出TTE的实力。TTetech与瑞萨合作的HAD才完全发挥了TTE的实力,如果说ZFAS可以达到L3,那么瑞萨HAD可以说达到了L4。



HAD就是高度自动化驾驶的缩写,瑞萨HAD使用两片R-CAR H3和一片RH850。这是L4级自动驾驶量产车最靠谱的运算平台,可以达到ASIL D级,同时成本和功耗远远低于英特尔和英伟达的产品。当然这套系统对深度学习的支持非常有限,不过深度学习这种黑盒子不可能在量产车上应用,至少传统车厂都是这么认为的。


R-CAR H3的运算能力为40000DIMPS,大致相当于英特尔的3代I7台式机CPU的性能。不过体积和功耗要小得多,典型功耗大约25瓦。HAD盒子的参数如下。



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