Ieee1588時鐘同步系統及其實現方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于網絡信息傳輸技術領域，設及IE邸1588時鐘同步系統及其實現方法。
【背景技術】
[0002] 目前，隨著W太網技術的快速發展，現代工業對時鐘同步精度要求越來越高。由于 現有的時鐘同步方式都存在局限性，實現高精度、高可靠性、低成本的對時方式受到廣泛關 注。
[000引常用于W太網的同步協議有；網絡時間協議NTP(NetworkTimeProtocol)和其簡 單版本SNTP(SimpleNetworkTimeProtocol)。NTP/SNTP協議用途是將計算機的時間同 步到某些時間標準，采用服務器/客戶端模式在應用層進行時間同步，同步精度不高，一般 在10ms至Ij100ms之間，無法滿足現代工業對高精度時鐘的要求。
[0004] IEEE1588協議全稱為網絡化測量和控制系統的精密時鐘同步協議，簡稱為精密時 間協議（PTP，PrecisionTimeProtocol),相比于NTP/SNTP協議，I邸E1588 協議是一種基 于W太網的較為精確的時鐘同步解決方案，其功能為使分布式網絡中的其它時鐘與最精確 時鐘保持時鐘同步。用于對標準W太網或其他采用多播技術的分布式總線系統中的傳感 器、執行器W及其他終端設備中的時鐘進行亞微秒級時鐘同步。
[0005] 經過對現有技術文獻的檢索發現，中國發明專利申請號為200810187676. 0,公開 號為CN101447861A，名稱為"IE邸1588時間同步系統及其實現方法"的專利，給出了一種基 于IEEE1588協議的時間同步系統，通過時間戳處理模塊結合交換機模塊、物理層模塊W及 相應外圍部件構成一個具備時鐘同步功能的硬件系統。
[0006] 上述技術雖然采用了硬件方式實現時鐘同步，但由于實現方法僅僅是周期性的校 正從設備，使校正瞬時時刻主從設備的偏移為零，而沒有對頻率進行補償，導致隨時間的變 化主從設備間的時鐘偏差逐漸增加，該種時間漂移產生時間偏差較大，高精度對時情況下 是不允許的。
【發明內容】
[0007] 本發明要解決的技術問題是對頻率補償，減少時間偏移量，實現W太網的高精度 時鐘同步。本發明目的是提供一種IE邸1588時鐘同步系統及其實現方法。
[000引本發明的技術方案是；
[0009] 本發明設及一種IE邸1588時鐘同步系統，包括；CPU控制模塊、W太網介質訪問控 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MAC控制器模塊相連，用于控制所述系統并 實現PTP協議和時鐘同步，W太網MAC控制器模塊用于實現PTP報文的發送W及接收，GPS 模塊與本地時鐘模塊相連，為系統提供精確的時間基準，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，帶時間戳管理功能的PHY收發器模塊通過獨立媒體 接口（MediaIndependentInte;rface，MII)與W太網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IEEE802. 3標準完成帶時間戳的數據包的 傳輸。
[0010] 所述的PTP報文是指；當數據處理和狀態機單元判斷本系統為主設備時，則周期 性的發送同步Sync報文和化llow_化報文，并在接收到從設備發送的Delay_Req報文后， 發送Delay_Resp報文；當數據處理和狀態機單元判斷本系統為從設備時，則在接收到Sync 報文后，啟動時鐘調節模塊將計算出的頻率補償值傳輸至本地時鐘模塊，同時向主設備發 送Delay_Req報文。
[0011] 所述的帶時間戳管理功能的PHY收發器模塊包括；MII接口、PTP時鐘、PTP控制單 元W及PTP數據包探測器，其中；MII接口與W太網MAC控制器相連并傳輸與數據包相關的 數據、時鐘和控制信息，PTP數據包探測器與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數據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換器，當系統工作時，該GI^S模塊將GPS 光信號轉換為電信號，再將電信號的電壓幅值降低后送入本地時鐘模塊，作為系統工作的 精確時間基準。
[0013] 所述的本地時鐘模塊內置晶體振蕩器用于產生工作時鐘，當系統為從設備且本地 時鐘模塊被觸發時，該模塊通過時鐘調節模塊，實現頻率補償功能，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節模塊包括；32位調頻寄存器、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 改變調頻寄存器的溢出頻率實現頻率補償值控制，最終實現頻率同步。
[0016] 當時鐘調節模塊被觸發時，每個時鐘周期調頻寄存器將設定值進行累加，當其溢 出時，本地時鐘周期寄存器的設定值累加到納秒寄存器中，然后調頻寄存器變為初始值，當 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。單位時間內調頻寄存器內 數值的增加是由調頻寄存器的初始值和晶振頻率共同決定的，改變存儲在調頻寄存器中的 設定值，就改變了調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，實現了對晶振頻率的補償。
[0017] 本發明設及上述系統的同步方法，包括W下步驟：
[001引第一步，主設備通過CPU控制模塊周期性的廣播Sync報文和Followjp報文，FollowJJp報文帶有Sync報文精確的發送時間戳信息ti(m)，從設備接收該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；從設備利用傳輸時延值Tddw(m)，并 按照預設的時間偏移量計算公式和頻率補償計算公式算出從設備與