刘洋 张志平 王晨博

摘要：该文提出了一种时间触发以太网数据捕获和存储方法，解决了基于数据帧错误类型、协议类型、虚链路或目的MAC地址的过滤和捕获、数据帧组织存储和解析等问题，满足1Gbps和10Gbps速率的时间触发以太网的同步和通信等功能的调试和验证需求。

关键词：TTE;数据捕获;存储;虚链路

中图分类号：TP393      文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2022）05-0008-03

1 引言

随着信息技术的发展，工业、航空等领域的电子设备和系统越来越重视任务的实时性、安全性、确定性，传统的以太网已经不能满足该需求，因此，时间触发以太网 （Time Triggered Ethernet，TTE） 应运而生。TTE是TTTech公司针对航空、航天领域等特殊应用而研发的一种高性能、强实时以太网[1]，兼容标准以太网IEEE802.3，提供微秒级的时钟同步，通信速率可达1 Gb/s。TTE应用广泛，例如航空电子技术，工业自动化等领域[2]。

在符合IEEE802.3标准的传统以太网中，网络中的设备采用事件触发机制，采用先到先服务的原则，可以在任何时间点接入网络。不同的网络设备之间通过共享介质进行通信，在通信过程中，个别消息的传输将产生不确定的抖动和累积延迟。为了减少这样的情况，ARINC公司在标准以太网的基础上，制定了ARINC664标准，其中第7部分为全双工交换式以太网（AFDX网络），在数据链路层增加了虚拟链路（VL）、带宽分配间隙（BAG）、抖动管理机制，有效减少了报文传输过程中的报文冲突，并且具备了实时性和确定性[3]，满足航电系统中各设备信息传输的可靠性和确定性要求。

SAE组织发布了AS6802时间触发以太网（TTE）网络标准，兼容标准以太网和AFDX网络，使用网络设备之间协调统一的网络时间，以减少传输延时和抖动，从而在单一网络中满足不同事实和安全等级的应用需要。AS6802标准支持时间触发机制的时间触发消息（Time-Triggered消息，简称TT消息）、事件触发机制的速率限制消息（Rate-Constraint消息，简称RC消息）和尽力而为消息（Best-Effort消息，简称BE消息）以及用于统一时间的协议控制帧（Protocol Control Frame，简称PCF消息）。

传统的以太网ET（Event-Triggered）网络由外部环境控制，对来自外部事件的刺激做出反应，而TTE通过内部的、集中的调度来控制自身活动与外部环境的交互。在网络系统中，为了防止单个网络节点故障引发整个网络故障，经常采用双余度或者多余度的网络结构，以提高网络系统的可靠性[4]。TTE相比于传统以太网，具有以下优势：

1）适用性强。TTE可以应用于从简单的网络系统到高可靠性和高安全性的网络系统等的各个层次的网络，允许同时采用事件触发和时间触发机制;TTE能够适应10Mbit/s、100Mbit/s、1000Mbit/s等多种速率的带宽网络，可充分利用现有带宽，提高通信网络效率;

2）兼容性好。TTE网络完全兼容标准以太网IEEE802.3协议[5]，因此TTE无须改变现有网络和现有端点系统的应用軟件，只需在标准以太网中为交换机和端系统配备时间触发功能即可运行;

3）成本低。得益于TTE的兼容性，TTE网络的成本能够得到很好的控制，是TTE得到广泛应用的重要因素。

为了解决基于数据帧错误类型、协议类型、虚链路或目的MAC地址的过滤和捕获、数据帧组织存储和解析等问题，本文提出了一种TTE数据捕获方法，满足1Gbps和10Gbps速率的TTE同步和通信等功能的调试和验证需求。

2 TTE协议控制帧

TTE通过一个特殊的协议控制帧——Protocol Control Frame（PCF），来实现时钟同步的控制机制。TTE协议控制帧（PCF）的结构如图1所示。TTE协议帧的Payload字段包含着PCF帧的所有内容，其Type字段的值为0x891d [6]。本文章所提到的一种时间触发以太网数据的捕获和存储方法，都是通过PCF帧中所包含的信息进行的。

3 TTE数据捕获方法

TTE数据捕获过程主要包括以下步骤：

步骤1：接收功能从MAC层接收数据帧，在第1个比特位到达时，记录从RTC功能读取的时钟值，记为时间戳Fts;

步骤2：在MAC层接收数据时，检查是否存在以下错误：1）超长帧错误;2）非对齐帧错误;3）帧校验错误;4）类型长度域错误。

如果MAC错误过滤未使能，上述错误数据也将被接收功能接受。错误a数据最多存储字节数为MAX_CAPTURE_LEN，错误b数据存储对齐的字节，丢弃未对齐的比特位，错误c数据、错误d数据按照实际接收的内容存储，并记录数据的错误类型。

步骤3：通过MAC接收的帧，依据缓冲管理控制器配置对数据帧字段进行检查，检查内容包含以下几项：1）CS帧接收使能;2）CA帧接收使能;3）IN帧接收使能;4）IN帧成员阈值;5）TT帧接收使能;6）RC帧接收使能;7）BE帧接收使能。

步骤4：通过对步骤2和步骤3所检查的数据，比较数据帧实际长度FrameLen和MAX_CAPTURE_LEN：