基于IEEE1588v2二層交換機的研究與實現(xiàn).pdf

1、在分布式測量系統(tǒng)中，尤其是電力系統(tǒng)，時間同步技術(shù)具有非常重要的研究意義。2002年提出的IEEE 1588標(biāo)準解決了分布式系統(tǒng)中的部分時間同步問題。為進一步提高時鐘同步技術(shù)的精度，2008年，IEEE 1588v2標(biāo)準正式發(fā)布。
　　在報文轉(zhuǎn)發(fā)過程中，報文不僅在網(wǎng)絡(luò)鏈路中會產(chǎn)生鏈路延遲，而且在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備（如交換機、路由器等）中進行轉(zhuǎn)發(fā)時也會產(chǎn)生相應(yīng)的駐留延遲。交換設(shè)備內(nèi)部的駐留延遲會導(dǎo)致時間同步過程中出現(xiàn)積聚性錯誤，而IEEE158

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

3、ch”設(shè)計方案，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。
　　本文提出了一個基于IEEE 1588v2標(biāo)準的二層交換機的解決方案。在完成普通報文正常轉(zhuǎn)發(fā)的基礎(chǔ)上，交換機具有處理PTP(Precision Time Protocol)報文的功能，并且支持IEEE 1588v2標(biāo)準中透明時鐘的功能。IEEE1588標(biāo)準之所以能提高時鐘同步的精度，其關(guān)鍵就是提出在PHY

4、層對PTP報文添加硬件時間戳。傳統(tǒng)的解決方案多采用DP83640芯片或者現(xiàn)場可編程門陣列(Field Programmable Gate Array,FPGA)來獲取硬件時間戳，但是對于交換機而言，這兩種解決方案都增加了設(shè)計復(fù)雜度。
　　本系統(tǒng)直接采用支持IEEE 1588v2標(biāo)準的交換控制芯片與CPU相互通信，完成透明時鐘功能。其中，交換芯片的內(nèi)嵌PHY層對PTP報文進行監(jiān)聽、解析，并將PTP報文到達與離開的時間信息上傳給CPU