基于IEEE1588v2二層交換機(jī)的研究與實(shí)現(xiàn).pdf

1、在分布式測(cè)量系統(tǒng)中，尤其是電力系統(tǒng)，時(shí)間同步技術(shù)具有非常重要的研究意義。2002年提出的IEEE 1588標(biāo)準(zhǔn)解決了分布式系統(tǒng)中的部分時(shí)間同步問(wèn)題。為進(jìn)一步提高時(shí)鐘同步技術(shù)的精度，2008年，IEEE 1588v2標(biāo)準(zhǔn)正式發(fā)布。
　　在報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)過(guò)程中，報(bào)文不僅在網(wǎng)絡(luò)鏈路中會(huì)產(chǎn)生鏈路延遲，而且在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備（如交換機(jī)、路由器等）中進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)也會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的駐留延遲。交換設(shè)備內(nèi)部的駐留延遲會(huì)導(dǎo)致時(shí)間同步過(guò)程中出現(xiàn)積聚性錯(cuò)誤，而IEEE158

2、8v1標(biāo)準(zhǔn)沒(méi)有提出合適的解決方法。為解決這一問(wèn)題，IEEE 1588v2標(biāo)準(zhǔn)中增加了透明時(shí)鐘模型，提高了分布式系統(tǒng)中主從時(shí)鐘的同步精度。
　　本文首先闡述了IEEE 1588v2標(biāo)準(zhǔn)，研究國(guó)內(nèi)外對(duì)標(biāo)準(zhǔn)以及對(duì)具備透明時(shí)鐘功能交換機(jī)的應(yīng)用現(xiàn)狀;然后，對(duì)透明時(shí)鐘的模型和工作流程進(jìn)行了深入分析;最后，根據(jù)IEEE 1588v2標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)透明時(shí)鐘的要求以及交換機(jī)的基本功能，提出了具備透明時(shí)鐘功能二層交換機(jī)的設(shè)計(jì)方案。本文采用“CPU+Swit

3、ch”設(shè)計(jì)方案，將系統(tǒng)劃分為以STM32F407VGT6為控制核心的主控模塊與以88E6220為交換中心的交換模塊兩大模塊。
　　本文提出了一個(gè)基于IEEE 1588v2標(biāo)準(zhǔn)的二層交換機(jī)的解決方案。在完成普通報(bào)文正常轉(zhuǎn)發(fā)的基礎(chǔ)上，交換機(jī)具有處理PTP(Precision Time Protocol)報(bào)文的功能，并且支持IEEE 1588v2標(biāo)準(zhǔn)中透明時(shí)鐘的功能。IEEE1588標(biāo)準(zhǔn)之所以能提高時(shí)鐘同步的精度，其關(guān)鍵就是提出在PHY

4、層對(duì)PTP報(bào)文添加硬件時(shí)間戳。傳統(tǒng)的解決方案多采用DP83640芯片或者現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列(Field Programmable Gate Array,FPGA)來(lái)獲取硬件時(shí)間戳，但是對(duì)于交換機(jī)而言，這兩種解決方案都增加了設(shè)計(jì)復(fù)雜度。
　　本系統(tǒng)直接采用支持IEEE 1588v2標(biāo)準(zhǔn)的交換控制芯片與CPU相互通信，完成透明時(shí)鐘功能。其中，交換芯片的內(nèi)嵌PHY層對(duì)PTP報(bào)文進(jìn)行監(jiān)聽(tīng)、解析，并將PTP報(bào)文到達(dá)與離開(kāi)的時(shí)間信息上傳給CPU