[發明專利]一種基于SOPC組網的亞微秒級時鐘同步方法及系統

有效

• 申請號: 201510788019.1
• 申請日: 2015-11-17
• 公開（公告）號: CN105429725B
• 公開（公告）日: 2018-06-12
• 發明（設計）人: 陽春華;謝攀攀;徐德剛;劉育峰;趙茂行;蔡海明;謝永芳;桂衛華;王曉麗
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: H04L7/00
• 分類號: H04L7/00;H04J3/06
• 代理公司: 長沙市阿凡提知識產權代理有限公司 43216
• 代理人: 張勇;曹俊

1.一種基于SOPC組網的亞微秒級時鐘同步方法，其特征在于，所述時鐘同步方法包括：

遠程基準主父時鐘與來自外部GPS時鐘或北斗系統時鐘的世界協調時UTC進行同步；

本地一級PTP域各節點通過支持透明時鐘功能的網絡交換設備與遠程基準主父時鐘進行同步；

每個基于Zynq平臺的從時鐘設備支持IEEE1588v2協議以及千兆以太網，接收來本級網絡的最優主時鐘進行時間同步和頻率同步；

下級PTP域通過邊界時鐘與主父時鐘同步時，經由上級主時鐘進行時鐘同步，本級PTP域掌握自主時鐘同步控制權期間，通過最佳主時鐘算法選出最佳主時鐘作為本級網絡的主時鐘；

其中，每個從節點設備接收主設備發來的PTP消息報文分為事件消息報文和普通消息報文，其中，所述從節點設備在接收或者發送所述事件消息報文時應標記時間戳，而在接收到所述普通消息報文時則不需標記時間戳，并且在MAC與PHY層之間的XGMII層進行時間標記。

2.根據權利要求1所述的時鐘同步方法，其特征在于：所述邊界時鐘與所述主父時鐘同步時，經由上級主時鐘進行同步，再進入下一級PTP域的各節點進行時鐘同步；并且，在本級PTP域自主控制時鐘同步期間，通過最佳主時鐘算法BMC選出最佳主時鐘。

3.根據權利要求2所述的時鐘同步方法，其特征在于：對于時間同步精度相對要求較低的下一級PTP域，其初始主時鐘來自與上一級主時鐘同步的邊界時鐘通過BMC產生；本級PTP域在一定時間內，自主控制時間同步請求頻率，其主時鐘在本級PTP域各節點設備進行BMC抉擇，但其邊界時鐘需定時進行與上級主時鐘進行同步，以保證本PTP域的絕對時間同步在預設誤差范圍內。

4.根據權利要求1所述時鐘同步方法，其特征在于：主時鐘設備向PTP域以多播形式發送時鐘同步報文，并標記第一發送時間戳t₁，并發送攜帶由所述第一發送時間戳t₁的跟隨報文給從時鐘設備；從時鐘設備接收到所述時間同步報文時標記第一接收時間戳t₂，并延遲一段時間再向主時鐘設備發送延遲請求報文并記錄第二發送時間戳t₃；主時鐘設備收到所述延遲請求報文時記錄第二接收時間戳t₄，并向從時鐘設備返回攜帶所述第二接收時間戳t₄的延時響應報文；其中，上述報文由透明時鐘計算經過每個網絡交換設備的駐留時間，并將其填充到校正域字段CF，從時鐘設備已獲得有效時間按照同步計算公式進行同步，同時也根據頻率偏差計算公式進行頻率補償修正。

5.一種基于SOPC組網的亞微秒級時鐘同步系統，采用如權利要求1至4中任一項所述的時鐘同步方法進行時鐘同步，其特征在于，所述時鐘同步系統的主父時鐘包括GPS接收器、GPS解析預處理單元、時間輸入單元、本地時間控制單元、時間戳標記單元、光纖模塊、本地恒溫晶振、PS部分和PL部分交互的AXI互聯和AXI-DMA互聯、10G以太網MAC控制器、10G以太網物理編碼和物理媒體附加子層(PCS/PMA)、應用處理器和DDR3存儲器。

6.如權利要求5所述的時鐘同步系統，其特征在于，所述GPS接收器接收來自GPS的世界協調時UTC時間報文，所述GPS解析預處理單元判斷所述UTC時間報文是否接收正常，并在接收正常時從所述UTC時間報文解析出UTC時間，并且通過所述時間輸入單元將所述UTC時間信息輸送給所述本地時間控制單元；所述本地時間控制單元在接收到所述UTC時間報文時立即產生中斷并開始計時，將所述UTC時間報文接收處理完成所用時間累加作為所述主父時鐘的本地系統時間；在UTC時間報文接收出現異常時使用所述主父時鐘的本地時間控制計數器對所述本地恒溫晶振進行計數維持本地時間，并且，經過所述本地時間控制單元仲裁出有效時間輸出給所述時間戳標記單元；

所述時間戳標記單元基于IEEE1588協議標記時間戳，并通過所述光纖模塊進行差分信號傳輸；所述10G以太網物理編碼和物理媒體附加子層解析處理同步報文，其所需的時間信息由所述時間戳標記單元處理好的時間提供；另外，所述應用處理器通過AXI互聯對其進行寄存器控制，并通過AXI-DMA互聯與DDR3存儲器進行數據流交互。