精密時鐘同步協(xié)議研究與實現(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)用在測試測量及工業(yè)自動化領(lǐng)域中，于是便出現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)化測控系統(tǒng)。由于以太網(wǎng)的實時性不足，不能滿足測控系統(tǒng)中對實時性的要求。而且，現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)時間同步協(xié)議如NTP協(xié)議，其同步精度是毫秒量級，無法滿足測控系統(tǒng)中對時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)定義了一個能夠在測量和控制系統(tǒng)中實現(xiàn)高精度時鐘同步的協(xié)議——精密時鐘同步協(xié)議PTP。
　　本文深入研究了PTP協(xié)議，

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

3、間作為時間印章，同時利用時鐘同步算法來計算偏移量。為了同步時鐘，本文設(shè)計了時鐘修正系統(tǒng)來修正本地時鐘同步到主時鐘，并根據(jù)協(xié)議引擎狀態(tài)機對時鐘狀態(tài)進行轉(zhuǎn)換。
　　本文使用FPGA來捕獲時間印章，設(shè)計了基于FPGA的PTP實現(xiàn)方案。它與軟件實現(xiàn)方案的區(qū)別在于，用FPGA來實現(xiàn)PTP消息的檢測、時間印章的捕獲和頻率可調(diào)的實時時鐘。時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，提高了同步精度。另外，讀取FPGA內(nèi)