时间触发协议（Time triggered protocol）概述

说明：以下信息来源于维基百科
https://en.wikipedia.org/wiki/Time-Triggered_Protocol

时间触发协议（TTP）是用于控制系统的开放式计算机网络协议。它被设计为用于车辆和工业应用的时间触发现场总线。并在 2011 年标准化为SAE AS6003 （TTP 通信协议）。TTP控制器（AS8202）在商业DAL A航空应用、发电、环境和飞行控制方面累积了超过 5 亿个飞行小时。TTP用于FADEC和模块化航空航天控制以及飞行计算机。此外，在SIL4铁路信号应用中，TTP设备累计运行时间超过10亿小时。
1、历史
TTP 最初是在 1980 年代初期在维也纳科技大学设计的。 1998 年，TTTech Computertechnik AG 接管了 TTP 的开发，提供软件和硬件产品。 TTP 通信控制器芯片和 IP 可从 austriamicrosystems、ON Semiconductor 和 ALTERA 等来源获得。
2、定义
TTP是一种双通道4-25 Mbit/s时间触发现场总线。它可以使用一个或两个通道运行，最大数据速率为2x 25 Mbit/s。通过两个通道上的复制数据，支持冗余通信。
作为一种容错时间触发协议，TTP通过在复制的通信信道上采用时分多址（TDMA）策略，在已知时间以最小的抖动提供自主的容错消息传输。TTP提供容错时钟同步，不依赖于中央时间服务器而建立全局时基。
TTP提供了一个成员服务来通知每个正确的节点数据传输的一致性。这种机制可以看作是一种分布式确认服务，如果通信系统中发生错误，它会立即通知应用程序。如果状态一致性丢失，将立即通知应用程序。
3、关键应用
TTP 通常用于需要确定性操作的关键任务数据通信应用。这些操作包括飞机发动机管理和其他航空航天应用。在这些应用中，TTP 网络通常作为单独的网络运行，具有单独的 AS8202NF 硬件接口设备和单独但协调的配置。
TTP协议提供了一个独特的特性，即当任何其他节点无法通信或发送不可靠的数据时，网络上的所有节点都能同时知道。每个节点的状态每秒更新到所有节点几次。
4、技术细节
TTP 中的数据通信以 TDMA 轮次组织。 TDMA 轮被划分为时隙。每个节点有一个发送时隙，并且必须在每一轮中发送帧。分配给节点的帧大小可以从 2 到 240 字节的长度不等，每个帧通常携带多个消息。集群周期是 TDMA 轮次的重复序列；在不同的轮次中，不同的消息可以在帧中传输，但在每个集群周期中，完整的状态消息集是重复的。数据受 24 位 CRC（循环冗余校验）保护。时间表存储在通信控制器内的 MEDL（消息描述符列表）中。

时间同步算法
时钟同步为所有节点提供了等效的时间概念。每个节点测量正确消息的先验已知预期到达时间和观测到的到达时间之间的差异，以了解发送方时钟和接收方时钟之间的差异。容错平均算法需要这些信息来周期性地计算本地时钟的校正项，以便该时钟与集群的所有其他时钟保持同步。
成员资格和确认算法
时间触发协议尝试将数据一致地传输到分布式系统的所有正确节点，并且在发生故障时，通信系统尝试确定哪个节点发生故障。这些属性是通过成员协议和确认机制实现的。

5、商业应用：
（1）铁路信号解决方案
电子联锁系统“LockTrac 6131 ELEKTRA”是在泰雷兹铁路信号解决方案部门和 TTTech 的合作下设计的。
LockTrac 6131 ELEKTRA 是一种电子联锁系统，可提供最高级别的安全性和可用性。该系统符合 CENELEC 标准，安全完整性等级为 4 (SIL4)，并提供基本的联锁功能、本地和远程控制、自动列车操作、集成块功能和集成诊断系统。 LockTrac 6131有两个软件通道，软件多样化，确保高安全性要求。在外部传输之前，数据在安全通道中进行检查。诊断设备保存所有相关信息，以便在发生故障时进行有效维护。
（2）FADEC（全权数字发动机控制）
该系统已用于FADEC（全权数字式发动机控制）系统。用于Aermacchi M346的基于模块化航空航天控制（MAC）的FADEC具有可扩展性、适应性和容错性。这种新型FADEC的关键技术是使用TTP进行模块间通信。TTP消除了模块之间复杂的相互依赖关系，简化了初始应用程序开发以及服务中的更改和升级。它允许系统中的所有模块随时查看所有数据，从而确保无缝故障调节，而无需复杂的通道更改逻辑。
基于 TTP 的模块化航空航天控制 (MAC) 是通用电气 F110 全权限数字发动机控制 (FADEC) 系统的一部分，集成在洛克希德·马丁 F-16 战斗机上。 TTP 用作背板总线，支持高水平的发动机安全性、操作可用性和降低的生命周期成本。一个显着的优点是总线上的所有信息可同时提供给两个 FADEC 通道。
（3）环境和发电系统
TTTech 与 Hamilton Sundstrand Corporation 的子公司 Nord-Micro 合作，为空客 A380 开发了机舱压力控制系统的内部通信系统。
TTTech 与 Hamilton Sundstrand Corporation 合作，为波音 787 梦想飞机的电气和环境控制系统开发了基于 TTP 的数据通信平台。即使多个重要事件同时发生，TTP 设计的通信平台也可防止总线系统过载。此外，基于 TTP 的系统比传统系统的重量更轻，因为连接器数量更少，布线更少。此外，整个系统比传统通信系统更灵活，具有更大的模块化。
（4）自动驾驶车辆
在 2005 年 DARPA 大挑战赛中竞争的两辆红队机器人车辆采用“线控驱动”技术，其中车载计算机控制转向、制动和其他运动。三台基于 TTP 的 TTC 200 单元控制驻车制动器、油门和变速箱功能，一个 TTP-By-Wire Box 控制 H1 Hummer H1ghlander 的行车制动器。线控改造控制了 Sandstorm 的加速、制动和换档。

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