工業(yè)以太網(wǎng)中IEEE 1588時(shí)鐘同步技術(shù)研究.pdf

1、近年來，分布式系統(tǒng)在通信、導(dǎo)航和電力等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。隨著系統(tǒng)復(fù)雜程度和數(shù)據(jù)交換速度的增加，對(duì)系統(tǒng)實(shí)時(shí)性能提出了越來越高的要求。其中，維持各網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)間時(shí)鐘的嚴(yán)格同步是保障系統(tǒng)實(shí)時(shí)性的關(guān)鍵。因而，研究高精度時(shí)鐘同步方法以解決分布式測(cè)控系統(tǒng)中的實(shí)時(shí)通信問題具有重要理論和實(shí)用價(jià)值。本文結(jié)合當(dāng)前應(yīng)用背景，以工業(yè)以太網(wǎng)為依托，主要研究了基于IEEE1588協(xié)議的分布式時(shí)鐘同步技術(shù)。
　　 首先，論文比較了現(xiàn)有各種時(shí)鐘同步方法的優(yōu)缺點(diǎn)，闡

2、述了國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀，詳細(xì)介紹了IEEE1588協(xié)議的同步原理和關(guān)鍵算法。然后，針對(duì)時(shí)鐘同步系統(tǒng)的特點(diǎn)，以TI公司LM3S8962芯片為核心，提出一種系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)方案，實(shí)現(xiàn)包括電源、串行通信和以太網(wǎng)接口在內(nèi)的功能模塊。在保證系統(tǒng)時(shí)鐘精度的前提下，選擇μC/OS-Ⅱ?qū)崟r(shí)操作系統(tǒng)來管理各項(xiàng)時(shí)鐘同步任務(wù)，并完成核心板系統(tǒng)移植；同時(shí)，采用一種用鎖定任務(wù)調(diào)度器代替開關(guān)中斷進(jìn)入臨界區(qū)的方式縮短μC/OS-Ⅱ中斷響應(yīng)時(shí)間，進(jìn)一步改善實(shí)時(shí)性能。另外，將輕

3、量級(jí)IP協(xié)議棧(LwIP)移植至操作系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)卡驅(qū)動(dòng)和郵箱鏈表，從而構(gòu)建時(shí)鐘同步報(bào)文傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)通信基礎(chǔ)。
　　 其次，重點(diǎn)研究IEEE1588時(shí)鐘同步服務(wù)器和客戶端在LM3S8962目標(biāo)板上的實(shí)現(xiàn)。文中給出了開發(fā)環(huán)境的建立方法和系統(tǒng)軟件的總體框架，闡明了系統(tǒng)中斷與任務(wù)的協(xié)調(diào)關(guān)系。以維持系統(tǒng)精確時(shí)間度量為重點(diǎn)，提出一種兼顧長(zhǎng)時(shí)穩(wěn)定性和時(shí)效性的解決方案：即每隔一個(gè)或多個(gè)PPS脈沖，借助串口衛(wèi)星時(shí)間幀校準(zhǔn)本地時(shí)鐘；采用高優(yōu)先級(jí)定

4、時(shí)器中斷，維持精確短時(shí)時(shí)鐘。此外，為避免系統(tǒng)掉電后時(shí)間信息丟失和滿足系統(tǒng)管理及參數(shù)設(shè)置的需要，分別設(shè)計(jì)了RTC和系統(tǒng)管理功能。以上述工作為基礎(chǔ)，分別完成IEEE1588服務(wù)器與客戶端軟件開發(fā)，并借助LwIP提供的API(應(yīng)用程序接口)實(shí)現(xiàn)了兩者之間時(shí)鐘同步報(bào)文的UDP/IP通信。
　　 最后，通過實(shí)驗(yàn)室模擬環(huán)境對(duì)系統(tǒng)同步性能進(jìn)行了測(cè)試。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：時(shí)鐘同步精度達(dá)到亞微秒級(jí)，可滿足大多數(shù)分布式測(cè)控系統(tǒng)對(duì)高精度時(shí)鐘同步的要求，具有