[发明专利]一种兼容以太网通信的TTP/C通信节点实现方法

说明书

本发明公开了一种兼容以太网通信的TTP/C通信节点实现方法，属于实时通信技术领域；首先、设计包括虚拟网络接口层，语义层和链路控制层的兼容层；然后，在开发板平台上同时实现逻辑上独立的TTP/C通信和以太网通信协议栈，且两个协议栈通过虚拟网络接口与兼容层交互；接着，两个协议栈分别发送以太网帧和TTP/C帧并存储；兼容层检测到TTP/C帧后，开始进行以太网帧和TTP/C帧的混合，当监听到信号来临，兼容层的发送端发送混合帧；以太网通信协议栈捕获并结合独立的时钟模块截取接收时间戳，并将时间戳和混合帧打包发送，兼容层接收端对混合帧进行解析，并分别发送给两个协议栈。本发明通过在协议栈和NIC设备之间插入兼容层的方式，可以协调具有不同时间关键性的通信。

技术领域

本发明属于实时通信领域，具体是一种兼容以太网通信的TTP/C通信节点实现方法。

背景技术

近年来，随着嵌入式领域的发展，CPS(cyber-physical system)被提出，作为传统嵌入式系统的外延，CPS集计算、控制与通信与一体，结合计算资源和物理环境，以实现人、机以及环境三者之间的交互。CPS的主要应用场景集中在汽车电子、航空航天或工业自动化等相对复杂的领域，往往需要硬实时的控制系统支持，同时对控制系统的可靠性和安全性有较高要求。

TTA(time-triggered architecture)为这种硬实时的、高可靠性的、高安全性的控制系统提供了一种通用的设计框架，得到了业界的普遍认可。

TTA以节点为基本单位，节点根据职能拥有独立计算能力、控制能力和通信能力，节点之间互相连接构成一个TTA集群，TTA借助时间触发通信机制，在集群内部维护公共的全局时基，在各个节点之间建立一致的时序，从而实现系统与环境的统一。TTP/C协议针对TTA对时间触发通信的需求，为TTA提供包括时钟同步、收发消息、成员身份管理和冗余管理等在内的时间触发通信基本服务。

TT-Tech于2002年正式提出TTP/C协议的标准定义文档，针对TTP/C协议软件设计、硬件规范、以及TTP/C通信集群架构做出了定义。2011年，该标准定义文档经过部分修订后被SAE(society of automotive engineers)标准化，成为了首个得到SAE标准化的时间触发通信协议。

另一方面，对专用设备的依赖极大地限制了时间触发通信的应用，大大提升了部署时间触发通信协议的成本，因此如何在现今流行的以太网通信设备环境下，实现时间触发通信协议的部署，成为了实时通信领域当下的研究热点。TTE(time-triggeredethernet)是TT-Tech公司对兼容以太网的实时通信的探索，其理念是通过引入专用的交换机隔离时间触发通信和以太网通信，虽然能够在一定程度上解决时间触发通信协议和以太网通信协议兼容的问题，但仍无法摆脱对专用设备的依赖。

发明内容

本发明针对现有的时间触发通信协议和以太网通信协议兼容方案中，存在的对专用设备依赖性较强和部署困难的缺陷，提出了一种兼容以太网通信的TTP/C通信节点实现方法，可在通用的开发板上部署通信节点，使用通用的以太网通信设备实现TTP/C通用协议和以太网通信协议的兼容，通过兼容层协调具有不同时间关键性的通信，在保证具有最高时间关键性的通信语义完整的前提下，尽可能地对其他通信进行调度。

具体步骤如下：

步骤一、设计包括虚拟网络接口层，语义层和链路控制层的兼容层。

虚拟网络接口层用于为不同协议栈提供统一的网络接口；

语义层用于混合不同协议栈的数据帧，并按照完整还原最高时间关键性的原则对混合后的数据帧进行调度；

链路控制层负责控制通信设备，并完成对不同硬件平台的适配。

步骤二、在开发板平台上同时实现TTP/C通信协议栈和以太网通信协议栈，并采用硬件隔离实现逻辑上的独立；