Ieee1588時鐘同步系統(tǒng)及其實現(xiàn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于網(wǎng)絡(luò)信息傳輸技術(shù)領(lǐng)域，設(shè)及IE邸1588時鐘同步系統(tǒng)及其實現(xiàn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前，隨著W太網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，現(xiàn)代工業(yè)對時鐘同步精度要求越來越高。由于 現(xiàn)有的時鐘同步方式都存在局限性，實現(xiàn)高精度、高可靠性、低成本的對時方式受到廣泛關(guān) 注。
[000引常用于W太網(wǎng)的同步協(xié)議有；網(wǎng)絡(luò)時間協(xié)議NTP(NetworkTimeProtocol)和其簡 單版本SNTP(SimpleNetworkTimeProtocol)。NTP/SNTP協(xié)議用途是將計算機(jī)的時間同 步到某些時間標(biāo)準(zhǔn)，采用服務(wù)器/客戶端模式在應(yīng)用層進(jìn)行時間同步，同步精度不高，一般 在10ms至Ij100ms之間，無法滿足現(xiàn)代工業(yè)對高精度時鐘的要求。
[0004] IEEE1588協(xié)議全稱為網(wǎng)絡(luò)化測量和控制系統(tǒng)的精密時鐘同步協(xié)議，簡稱為精密時 間協(xié)議（PTP，PrecisionTimeProtocol),相比于NTP/SNTP協(xié)議，I邸E1588 協(xié)議是一種基 于W太網(wǎng)的較為精確的時鐘同步解決方案，其功能為使分布式網(wǎng)絡(luò)中的其它時鐘與最精確 時鐘保持時鐘同步。用于對標(biāo)準(zhǔn)W太網(wǎng)或其他采用多播技術(shù)的分布式總線系統(tǒng)中的傳感 器、執(zhí)行器W及其他終端設(shè)備中的時鐘進(jìn)行亞微秒級時鐘同步。
[0005] 經(jīng)過對現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)的檢索發(fā)現(xiàn)，中國發(fā)明專利申請?zhí)枮?00810187676. 0,公開 號為CN101447861A，名稱為"IE邸1588時間同步系統(tǒng)及其實現(xiàn)方法"的專利，給出了一種基 于IEEE1588協(xié)議的時間同步系統(tǒng)，通過時間戳處理模塊結(jié)合交換機(jī)模塊、物理層模塊W及 相應(yīng)外圍部件構(gòu)成一個具備時鐘同步功能的硬件系統(tǒng)。
[0006] 上述技術(shù)雖然采用了硬件方式實現(xiàn)時鐘同步，但由于實現(xiàn)方法僅僅是周期性的校 正從設(shè)備，使校正瞬時時刻主從設(shè)備的偏移為零，而沒有對頻率進(jìn)行補償，導(dǎo)致隨時間的變 化主從設(shè)備間的時鐘偏差逐漸增加，該種時間漂移產(chǎn)生時間偏差較大，高精度對時情況下 是不允許的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是對頻率補償，減少時間偏移量，實現(xiàn)W太網(wǎng)的高精度 時鐘同步。本發(fā)明目的是提供一種IE邸1588時鐘同步系統(tǒng)及其實現(xiàn)方法。
[000引本發(fā)明的技術(shù)方案是；
[0009] 本發(fā)明設(shè)及一種IE邸1588時鐘同步系統(tǒng)，包括；CPU控制模塊、W太網(wǎng)介質(zhì)訪問控 制（MAC)控制器模塊、帶時間戳管理功能的物理層牌巧收發(fā)器模塊、本地時鐘模塊W及GI^S模塊，其中；CPU控制模塊通過總線與W太網(wǎng)MAC控制器模塊相連，用于控制所述系統(tǒng)并 實現(xiàn)PTP協(xié)議和時鐘同步，W太網(wǎng)MAC控制器模塊用于實現(xiàn)PTP報文的發(fā)送W及接收，GPS 模塊與本地時鐘模塊相連，為系統(tǒng)提供精確的時間基準(zhǔn)，本地時鐘模塊與CPU控制模塊相 連，在傳輸報文時提供本地時鐘基準(zhǔn)，帶時間戳管理功能的PHY收發(fā)器模塊通過獨立媒體 接口（MediaIndependentInte;rface，MII)與W太網(wǎng)MAC控制器模塊相連，完成時間戳的 加蓋、獲取并將時間信息插入到報文中，并根據(jù)IEEE802. 3標(biāo)準(zhǔn)完成帶時間戳的數(shù)據(jù)包的 傳輸。
[0010] 所述的PTP報文是指；當(dāng)數(shù)據(jù)處理和狀態(tài)機(jī)單元判斷本系統(tǒng)為主設(shè)備時，則周期 性的發(fā)送同步Sync報文和化llow_化報文，并在接收到從設(shè)備發(fā)送的Delay_Req報文后， 發(fā)送Delay_Resp報文；當(dāng)數(shù)據(jù)處理和狀態(tài)機(jī)單元判斷本系統(tǒng)為從設(shè)備時，則在接收到Sync 報文后，啟動時鐘調(diào)節(jié)模塊將計算出的頻率補償值傳輸至本地時鐘模塊，同時向主設(shè)備發(fā) 送Delay_Req報文。
[0011] 所述的帶時間戳管理功能的PHY收發(fā)器模塊包括；MII接口、PTP時鐘、PTP控制單 元W及PTP數(shù)據(jù)包探測器，其中；MII接口與W太網(wǎng)MAC控制器相連并傳輸與數(shù)據(jù)包相關(guān)的 數(shù)據(jù)、時鐘和控制信息，PTP數(shù)據(jù)包探測器與MII接口相連接并為通過的PTP報文加蓋時間 戳信息，PTP控制單元與PTP數(shù)據(jù)包探測器相連接并控制報文傳輸，PTP時鐘與PTP控制單 元相連接并為外部提供同步后的時鐘信息。
[0012] 所述的GI^S模塊包括光纖接收器和光電轉(zhuǎn)換器，當(dāng)系統(tǒng)工作時，該GI^S模塊將GPS 光信號轉(zhuǎn)換為電信號，再將電信號的電壓幅值降低后送入本地時鐘模塊，作為系統(tǒng)工作的 精確時間基準(zhǔn)。
[0013] 所述的本地時鐘模塊內(nèi)置晶體振蕩器用于產(chǎn)生工作時鐘，當(dāng)系統(tǒng)為從設(shè)備且本地 時鐘模塊被觸發(fā)時，該模塊通過時鐘調(diào)節(jié)模塊，實現(xiàn)頻率補償功能，克服晶振漂移，使得普 通的晶振也能用于高精度的時鐘同步。
[0014] CPU控制模塊中的時鐘調(diào)節(jié)模塊包括；32位調(diào)頻寄存器、32位本地時鐘周期寄存 器、32位納秒寄存器和32位秒寄存器，其中；
[0015] 納秒寄存器和秒寄存器直接與本地時鐘模塊相連，用于傳輸頻率補償后的時間信 息，調(diào)頻寄存器與本地時鐘周期寄存器相連，本地時鐘周期寄存器與納秒寄存器相連，通過 改變調(diào)頻寄存器的溢出頻率實現(xiàn)頻率補償值控制，最終實現(xiàn)頻率同步。
[0016] 當(dāng)時鐘調(diào)節(jié)模塊被觸發(fā)時，每個時鐘周期調(diào)頻寄存器將設(shè)定值進(jìn)行累加，當(dāng)其溢 出時，本地時鐘周期寄存器的設(shè)定值累加到納秒寄存器中，然后調(diào)頻寄存器變?yōu)槌跏贾?，?dāng) 納秒寄存器溢出時，秒寄存器的值增加1，同時納秒寄存器清零。單位時間內(nèi)調(diào)頻寄存器內(nèi) 數(shù)值的增加是由調(diào)頻寄存器的初始值和晶振頻率共同決定的，改變存儲在調(diào)頻寄存器中的 設(shè)定值，就改變了調(diào)頻寄存器的溢出頻率，從而改變了納秒寄存器和秒寄存器的時間值的 累加頻率，實現(xiàn)了對晶振頻率的補償。
[0017] 本發(fā)明設(shè)及上述系統(tǒng)的同步方法，包括W下步驟：
[001引第一步，主設(shè)備通過CPU控制模塊周期性的廣播Sync報文和Followjp報文，F(xiàn)ollowJJp報文帶有Sync報文精確的發(fā)送時間戳信息ti(m)，從設(shè)備接收該Sync報文并記 錄接收時間戳t, (m)，其中m代表第m次時鐘同步過程；從設(shè)備利用傳輸時延值Tddw(m)，并 按照預(yù)設(shè)的時間偏移量計算公式和頻率補償計算公式算出從設(shè)備與