PTP 授時時鐘的原理及設計

1、PTP 授時時鐘的原理及設計NTP 網(wǎng)絡時間協(xié)議和 SNTP 簡單網(wǎng)絡時間協(xié)議是常見的支持網(wǎng) 絡時鐘同步的協(xié)議。但是這種不足之處是沒有硬件支持，精度不高最 多達到毫秒級。無法很好的滿足現(xiàn)代工業(yè)控制, 如電力行業(yè)、軌道交 通等對精度要求比較高的的應用需求。然而 PTP 由于使用了硬件時 間戳，消除了網(wǎng)絡協(xié)議棧的誤差，大大提高了同步精度，PTP授時精 度可達到微妙級別。本文就PTP的同步原理、PTP授時鐘的，以及 PTP 授時中廠家進行簡單的討論。一、PTP授時同步原理 時間同步含義是指按照接收到的標準時間通過調(diào)整頻率和相位來調(diào) 整被授時設備內(nèi)部的時鐘。時鐘的相位用數(shù)值表示出來其實就是我們 所說的

2、時刻。時間同步有授時和守時兩大主要功能，通俗的說，授時 就是“對表”，通過不定期地對表動作，將本地時間與標準時間進行 相位同步；守時即是在對表的間隙里，本地時間與標準時間之間不能 出現(xiàn)太大的偏差。PTP 授時原理為在同一個局域網(wǎng)中, 主時鐘周期性地發(fā)送時間同步 報文, 從時鐘接收該同步報文, 同時隨機性的給主時鐘發(fā)送延遲請 求報文, 然后通過同步算法調(diào)整自身時鐘的偏差。從主時鐘所在的系統(tǒng)中由PTP協(xié)議進行組包同步數(shù)據(jù)流，然后經(jīng)過 傳輸層, 網(wǎng)絡層, 數(shù)據(jù)鏈路層。網(wǎng)絡多播負責將數(shù)據(jù)流發(fā)送給交換機, 交換機將轉發(fā)該數(shù)據(jù)報文到同一個多播組， 同一個多播組的從時鐘 將接收到該同步報文， 從鏈路層傳送送

3、到 PTP 協(xié)議層進行解包處 理。同時從時鐘發(fā)送的延遲請求報文過程將由從時鐘協(xié)議層組包, 然 后通過網(wǎng)絡鏈路傳回到主時鐘，來回傳送的原理類似。 經(jīng)往返反復計算,得到比較理想的偏差數(shù)值后,通過計算從時鐘和主 時鐘之間的偏差比率計算得到從時鐘和主時鐘之間的一個相位差和 頻率差, 將所獲偏差補嘗給從時鐘設備, 從而達到主從時鐘設備的 一致。二、PTP授時鐘硬件的設計ptp 授時精度從理論上來說主要受兩方面的影響，一方面是打時間戳 的位置另外是軟件同步的算法。打時間戳目前可以在物理層、數(shù)據(jù)鏈 路層和應用層上進行，同時精度會依次降低。本文討論的是基于以太網(wǎng)的傳輸媒介 , 在物理層打時間戳的方式, 該方式

4、實現(xiàn)可以獲得較高的同步精度。該方式下的 PTP 數(shù)據(jù)報文流 改變標準的以太網(wǎng)物理層 ( P H Y ) 芯片, 使用精度更高的具有 IEEE1588 PTP 功能的太網(wǎng)物理層芯片。一般來講硬件單元包括 UDP 用戶數(shù)據(jù)包協(xié)議傳輸層、網(wǎng)絡連接協(xié)議IP傳輸層、MAC數(shù)據(jù)鏈路層、 傳輸層和 PHY 物理層。三、PTP授時鐘軟件的設計軟件采用了分層模型, 模塊化設計的思想,協(xié)議棧與平臺相關的部分 分開, 這樣可以很方便的移植到任何平臺下, 在系統(tǒng)調(diào)試和功能的 刪除添加操作非常的方便。系統(tǒng)初始化單元主要用于對定時器、系統(tǒng)日志模塊、配置模塊等進行 初始化。其中初始化包括但不限于資源分配、創(chuàng)建定時器、創(chuàng)建消

5、息顛統(tǒng)日志標塊人機交互單元測誡播塊配碗境 -隊列以及初始化系統(tǒng)日志等。其中定時器用于完成 PTP 協(xié)議交互時 的邏輯操作,保證 PTP 協(xié)議的正常運轉。消息隊列負責為用戶提供一 個外部的 API 顛統(tǒng)日志標塊人機交互單元測誡播塊配碗境 -協(xié)溟引擎單元定時器呷按文處理模塊1網(wǎng)絡通同步篦一法模塊1日堀處理樓塊在這里需要說明一下人機交互單元，這一單元主要由配置模塊和測試 模塊組成，前者用于提供參數(shù)配置接口, 接收用戶輸入的配置請求,根據(jù)配置請求對 PTP 協(xié)議的實現(xiàn)的系統(tǒng)參數(shù)進行配置；后者負責提 供用于測試的應用程序編程接口, 并對該測試請求要求的 PTP 協(xié)議 的功能進行測試。用戶輸入的測試請求,

6、就是通過測試模塊完成的。協(xié)議引擎單元包括定時器、PTP報文處理模塊、網(wǎng)絡通訊模塊、 同步算法模塊和時鐘處理模塊。定時器顧名思義為 PTP 協(xié)議的運行 提供定時功能,一般有同步間隔定時器、接收超時定時器和延遲請求 間隔定時器等三種類型的定時器。ptp報文處理模塊一般處理同步報 文、跟隨報文、延遲請求報文和延遲響應報文，根據(jù) ptp 協(xié)議組織 并封裝各種 ptp 報文, 通過網(wǎng)絡通訊模塊發(fā)送 ptp 報文, 或從網(wǎng) 絡通訊模塊接收 ptp 報文,并獲取各 PTP 報文的發(fā)送時間戳和接收 時間戳。四、ptp授時時鐘產(chǎn)品為適應更高精度的時間同步，我公司推出 納秒級的時間同步技術PTP。相關的ptp授時

7、系列產(chǎn)品包括PTP主 時鐘和從時鐘，除此之外還有 PTP 授時板卡，其中板卡分為串口授 時和總線控制兩種，采用高速集成芯片實現(xiàn)硬件時間戳打標功能，大 幅度提高了對時和授時精度。ptp 授時鐘主要分為主時鐘和從時鐘，一般 1588時鐘都是主從 成套使用， 因此可以選擇 SYN2401 型 PTP 主時鐘和 SYN2403 型 PTP 從時鐘，如果有 1588 時鐘集成能力，可以選擇各種 1588時鐘 板卡，有核心板卡和整塊板卡，1588 核心板卡體積小巧，可以做主 時鐘也可以做從時鐘，性價比極高，有需要的客戶可以直接與銷售聯(lián) 系，有技術問題可以直接與 1588時鐘技術專員聯(lián)系。五、PTP授時產(chǎn)品的廠家推薦西安同步電子科技有限公司專注時頻產(chǎn)品，主營 NTP 時間同步 器、gps北斗同步時鐘、差分轉集電極儀器、秒表檢定儀、時