随着汽车电子等领域的飞速发展,大量的音视频等对时间敏感的实时数据需要通过车载以太网来传输,这对时间敏感网络的时钟同步提出了更高的要求。时钟同步的精度主要受到三方面的影响。第一,从时钟的晶振与主时钟不谐振,存在频率误差和相角偏差;第二,报文需要经过协议栈封装,报文实际收发时间和获取的时间戳不完全相同;第三,报文传输过程中会存在路径延迟。IEEE802.1工作组制定的IEEE802.1AS时钟同步协议很好的解决了以上问题,其同步精度达到了亚微秒级,可满足于大多数的应用场合。目前国内对于IEEE802.1AS协议的研究较少,几乎没有支持IEEE802.1AS协议的设备,因此有必要设计一套IEEE802.1AS时钟同步系统。本文详细研究了IEEE802.1AS时钟同步协议,分析了协议中的延迟测量原理和时间同步原理,采用Altera公司的Cyclone 10 LP系列FPGA,采用软硬件协同设计的方法自主设计和实现了一套时钟同步系统,并对其进行优化。设计既可以基于MAC地址传输也可以基于IP地址UDP传输的MAC模块,实现gPTP报文和车载以太网信息的传输功能;设计时间戳模块,实现硬件标记时间戳功能;设计时钟模块,实现高精度同步时钟;设计寄存器模块,实现CPU与底层硬件的交互功能;设计基于Nios II嵌入式软核的上层软件,实现IEEE802.1AS协议要求的延迟测量和时间同步功能;使用延迟测量优化算法,减少延迟测量的误差;使用频率补偿算法,提高时间同步精度。最后,对系统的硬件模块模块进行仿真,对系统整体功能进行测试,进行点对点的时钟同步实验。仿真结果表明,各硬件模块均可以按照设计要求正常工作,测试系统的UDP数据传输功能和主从机同步功能均正常。点对点的时钟同步实验表明本系统可以实现IEEE802.1AS协议要求的亚微秒级的同步精度,验证了设计的正确性。