精密時(shí)鐘同步協(xié)議研究與實(shí)現(xiàn).pdf

1、隨著以太網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，人們開始將以太網(wǎng)應(yīng)用在測(cè)試測(cè)量及工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域中，于是便出現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)化測(cè)控系統(tǒng)。由于以太網(wǎng)的實(shí)時(shí)性不足，不能滿足測(cè)控系統(tǒng)中對(duì)實(shí)時(shí)性的要求。而且，現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)時(shí)間同步協(xié)議如NTP協(xié)議，其同步精度是毫秒量級(jí)，無法滿足測(cè)控系統(tǒng)中對(duì)時(shí)間同步更高精度要求，于是便出現(xiàn)了IEEE標(biāo)準(zhǔn)1588。IEEE1588標(biāo)準(zhǔn)定義了一個(gè)能夠在測(cè)量和控制系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)高精度時(shí)鐘同步的協(xié)議——精密時(shí)鐘同步協(xié)議PTP。
　　本文深入研究了PTP協(xié)議，

2、介紹了PTP協(xié)議中的普通時(shí)鐘、邊界時(shí)鐘及時(shí)鐘的狀態(tài)，分析了PTP域及PTP通信機(jī)制，深入研究了最佳主時(shí)鐘算法，同時(shí)給出了時(shí)鐘方差計(jì)算公式。在對(duì)PTP協(xié)議深入研究的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了兩種PTP協(xié)議的實(shí)現(xiàn)方案，一種是軟件實(shí)現(xiàn)方案，一種是基于FPGA的實(shí)現(xiàn)方案。
　　本文設(shè)計(jì)的PTP軟件實(shí)現(xiàn)方案中，軟件代碼運(yùn)行在Linux操作系統(tǒng)上。本文根據(jù)最佳主時(shí)鐘算法確定PTP時(shí)鐘是主時(shí)鐘還是從時(shí)鐘。為了提高同步精度，本文在網(wǎng)卡驅(qū)動(dòng)程序中讀取消息收發(fā)時(shí)

3、間作為時(shí)間印章，同時(shí)利用時(shí)鐘同步算法來計(jì)算偏移量。為了同步時(shí)鐘，本文設(shè)計(jì)了時(shí)鐘修正系統(tǒng)來修正本地時(shí)鐘同步到主時(shí)鐘，并根據(jù)協(xié)議引擎狀態(tài)機(jī)對(duì)時(shí)鐘狀態(tài)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。
　　本文使用FPGA來捕獲時(shí)間印章，設(shè)計(jì)了基于FPGA的PTP實(shí)現(xiàn)方案。它與軟件實(shí)現(xiàn)方案的區(qū)別在于，用FPGA來實(shí)現(xiàn)PTP消息的檢測(cè)、時(shí)間印章的捕獲和頻率可調(diào)的實(shí)時(shí)時(shí)鐘。時(shí)間印章是在物理層和MAC層之間捕獲的，可以消除協(xié)議棧引起的延遲和抖動(dòng)，提高了同步精度。另外，讀取FPGA內(nèi)