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时间触发以太网和 DIMA 体系结构

时间触发以太网和 DIMA 体系结构. 研讨课 2013-10. 提纲. TTEthernet 协议关键内容 DIMA 体系结构和案例 讨论： TT-Scheduling. 研讨课. TTEthernet 协议关键内容 DIMA 体系结构和案例 讨论： TT-Scheduling. 国外标准化研究工作. Time Line 2008 起公开发布 《TTEthernet 规范 》 SAE 组织 2009 年，起始 TTE 网络标准化工作项目 2011 年 11 月，正式发布为 SAE AS6802 标准 SAE 的标准化组织

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时间触发以太网和 DIMA 体系结构

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Presentation Transcript

  1. 时间触发以太网和DIMA体系结构 研讨课 2013-10

  2. 提纲 • TTEthernet协议关键内容 • DIMA体系结构和案例 • 讨论：TT-Scheduling

  3. 研讨课 TTEthernet协议关键内容 DIMA体系结构和案例 讨论：TT-Scheduling

  4. 国外标准化研究工作 • Time Line • 2008起公开发布《TTEthernet 规范》 • SAE组织 • 2009年，起始TTE网络标准化工作项目 • 2011年11月，正式发布为SAE AS6802标准 • SAE的标准化组织 • AS-2“嵌入式计算系统”委员会 • AS-2D“时间触发系统与体系结构” 分委会负责牵头TTE网络的标准化工作 • 活跃的小组，如：AS-2D2“确定性以太网和统一网络互连” • H Koptez , M Jakovljevic等学者

  5. SAE AS6802标准的范围 • SAE AS6802 TTE网络标准描述了通过链路层增强以太网服务质量（QoS）的方法，… • 根据该标准所定义的协议实现的网络设备能够提供“分布式故障容忍同步、具有鲁棒性的时分多路复用式的带宽划分，以及带有固定时延和微秒级时延抖动的同步通信”。

  6. SAE AS6802标准并不完整定义另一种专用以太网，而是定义… • SAE AS6802标准文档仅规定在以太网协议基础上可用于时间触发通信和分区管理的故障冗余同步协议。

  7. 但是，TTE网络不仅仅是时间触发通信

  8. TTE网络标准的内容 • SAE AS6802标准的目录结构 1. 范围 • 在“说明”中——每章都包含‘信息提示性的’（informative）和‘规范性的’（normative）子章 • “NOTE”的部分也是Informative的 2. 可用文档 3. 时间触发以太网概述 • TTEthernet的特点

  9. 4. 同步协议控制流 • （同步）的拓扑结构 • 故障容忍

  10. 其中对于PCF帧格式的定义

  11. 5. 消息固化功能 Permanence • 关键技术 6. 压缩功能 Compress • 关键技术 7. 时钟同步服务 • SM/SC、CM、压缩PCF派发、规范化描述

  12. 5. 消息固化功能 Permanence • 关键技术 6. 压缩功能 Compress • 关键技术 7. 时钟同步服务 • SM/SC、CM、压缩PCF派发、规范化描述

  13. 5. 消息固化功能 Permanence • 关键技术 6. 压缩功能 Compress • 关键技术 7. 时钟同步服务 • SM/SC、CM、压缩PCF派发、规范化描述

  14. 思考：SC如何工作？—— 设在综合循环开始时SM发送PCF 5. 消息固化功能 Permanence • 关键技术 6. 压缩功能 Compress • 关键技术 7. 时钟同步服务 • SM/SC、CM、压缩PCF派发、规范化描述

  15. 8 结团检测和结团解除服务 9 启动和重启动服务 （几乎都是规范化描述） • 协议状态机的形式化描述 • SM的协议状态机 • SC的协议状态机 • High-Integrity的SM对应的CM的协议状态机 • 标准完整性的 SM 对应的CM的协议状态机 10 系统之系统的同步 • “TTE是以网络为中心的航空电子体系结构以及SoS的使能技术”——Honeywell

  16. 如何理解协议状态机及参数的设置？ • 除非向掌握核心技术的学者请教，此外别无捷径——只有深入分析协议…… • 参数的设置——知其然，且知其所以然，难！ 第11章：“铺天盖地”的同步参数

  17. 研讨课 TTEthernet协议关键内容 DIMA体系结构和案例 讨论：TT-Scheduling

  18. 航空电子体系结构——从IMA到DIMA 从军用航空电子系统体系结构的发展谈起 • 航电系统已经历的四个发展阶段： • 分立式航空电子系统（40－50年代） • 联合式航空电子系统（60－70年代）F-16/18 • 综合式航空电子系统（80－90年代）F-22 • 先进综合式航空电子系统（2000年）F-35 JSF

  19. 清晰的特征

  20. 先进综合式航空电子系统的优点与不足

  21. 先进综合系统的主要问题： • 综合区域功能复杂，吞吐量大 • 通过中心机箱I/O难度大 • 飞控、火控等难以核心综合 • 功耗和散热 • 存储和带宽问题 • 生产关系 JAST/F35航空电子系统

  22. 呼声：“分久必合，合久必分” • 从 核心综合 到 分布式综合 • 我们在乐于论述DIMA的优点的时候，往往忽视了它发展的技术脉络； 民用飞机领域成为航电体系结构创新的新热点 • 我们在承认DIMA的优点的时候，往往没有讨论提出DIMA体系结构的初衷。 In my opinion，DIMA结构的设计源于故障封闭单元（FCU）的概念，但在发展中，融入了TT通信等强有力的使能技术，使其内涵在对关键性系统的支持上获得较大扩展。 • 引发航空电子体系结构的思考

  23. 航空电子体系结构——从IMA到DIMA • IMA本质是从民用飞机发展而来的 • Boeing 777 (1995年） • 注意：对于IMA的代系的分类不同（但不影响理解） • 如： • Ian Moir & Allan Seabridge的教材

  24. 但是，我们采用Dr.Mirko Jakovljevic的观点（TTTech AG） • 20世纪90年代中期，在民用大型飞机领域提出了综合模块化航空电子（Integrated Modular Avionics，IMA）的概念。 • 第一代IMA系统将LRM（现场可更换模块）和机架引进入民用飞机的航空电子系统，但其结构是封闭的，典型应用为波音777的AIMS系统； • 第二代IMA系统提供了开放性，但模块之间的互连和机架仍不是开放的，典型应用包括2002年实现的Honeywell公司EPIC系统； • 目前，第三代IMA系统从设计上即贯彻开放式结构，物理资源可以由几种通用的处理模块支持，分布式实体之间采用经过适用性改造的交换式网络，综合化软件运行环境，以波音787和空中客车A380为代表，并正在向着更高程度开放式、更深度功能组件综合，以及更灵巧的关键性能保证的先进综合式系统发展。

  25. by Dr.Mirko Jakovljevic

  26. 思考1——民机，另一个创新驱动力

  27. 民机，另一个创新驱动力 • 也有相应的需求，2020 Roadmap • enhanced situation awareness，例如：PBN

  28. 2003年《美国航空航天产业未来委员会最终报告》2003年《美国航空航天产业未来委员会最终报告》 新一代航空运输系统NextGen NASA：Aeronautics Research Program 2003年《欧盟航空工业研究发展战略报告》 欧盟现代空管计划 SESAR 联合航空电子发展计划(ASAAC)

  29. 要求 • 综合区域交换互连 • 实时同步宽带网络 从 核心综合 到 分布式综合 • 什么是 DIMA？ • 分布式综合模块化航空电子 • I/O 接近 传感器和作动器 • 处理 接近 传感器和作动器 • COTS处理器和I/O设备模块化 • 分立综合区域（座舱、机舱、飞控、火控等）

  30. 选择DIMA的好处 • 物理分布的需要 • 散热、电磁隔离 • 容错和分区保护的需要 • 存储分布和带宽平衡的需要 • 系统提供者分布开发的需要

  31. DIMA的例子 • Orion Vehicle • an example of DIMA ？--差强人意 Orion cabin——Hampton VA. A & S Museum

  32. Orion -- DIMA体系结构 • 总体

  33. Orion的双冗余 • Orion航空电子采用简单冗余（最小单点故障冗余）以确保指令的正确接收 • 指令按照如下的过程 • VMC生成指令 • 同时发送到两侧的数据网络 • 有效指令从两边的PDU（协议数据单元）接收 • 根据指令，PDU发送控制信号到冗余的功效部件

  34. DIMA体系结构下的TTEthernet • 基于同步宽带网络互连的开放式综合体系结构 • 高精度分布式时钟同步 • 时间触发通信调度 • 故障封闭 • Orion中是如何实现的?

  35. DIMA体系结构下的TTEthernet（续） • 具体到Orion Vehicle——Orion采用时间触发以太网提供高完整性、确定性数据网络通信 • 确定性——关键存储器和效应器的响应时间的保证 • 流量等级——允许网络数据的优先级 • 交叉比较数据——在网络交换机和安全关键性接口的故障封闭

  36. 虚拟背板

  37. 网络互连需求——分区与隔离 DIMA系统的分区 针对处理器任务调度 时空隔离 一、DIMA体系结构 • 时间 • 空间

  38. TTTech的产品线——TTEthernet硬件 • Orion V中采用Gbps的TTE Gbps

  39. TTEthernet的其它应用项目

  40. 目标——网络中心的DIMA!?

  41. 研讨课 TTEthernet协议关键内容 DIMA体系结构和案例 讨论：TT-Scheduling

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