【摘 要】
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随着网络技术的蓬勃发展,以太网以其协议的通用性、灵活的网络拓扑被广泛应用到各个领域。基于以太网制定的IEEE1588协议采用硬件时间戳的方式,克服了 NTP技术的瓶颈,将时钟同步精度提升至亚微秒级别,在5G通信、智能电网等领域发挥着重要的作用。实现IEEE1588协议主要采取两种技术手段:一是基于支持硬件时间戳的PHY芯片,二是基于FPGA开发相应的IP核。基于FPGA实现IEEE1588协议具有
【出 处】
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中国科学院大学(中国科学院精密测量科学与技术创新研究院)
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随着网络技术的蓬勃发展,以太网以其协议的通用性、灵活的网络拓扑被广泛应用到各个领域。基于以太网制定的IEEE1588协议采用硬件时间戳的方式,克服了 NTP技术的瓶颈,将时钟同步精度提升至亚微秒级别,在5G通信、智能电网等领域发挥着重要的作用。实现IEEE1588协议主要采取两种技术手段:一是基于支持硬件时间戳的PHY芯片,二是基于FPGA开发相应的IP核。基于FPGA实现IEEE1588协议具有开发周期短、设计成本低和灵活性高的特点,所以采用该方案实现IEEE1588协议具有重要的工程研究意义。本文对文献中基于FPGA实现IEEE1588协议的架构方案进行分析后,设计了一种支持单步和双步模式的IEEE1588系统架构,并基于该架构在同步精度和实现难度两方面对AHB总线接口方案和GMII接口方案进行比较,最终选择GMII接口方案来实现IEEE1588协议。设计两个帧解析与处理模块对IEEE1588事件报文进行处理;设计实时时钟模块为系统提供硬件时间戳;设计寄存器管理模块:一是提供和ARM层交互的输入接口,二是完成数据传输与控制功能;设计秒脉冲输出模块对外输出PPS（Pulse Per Second）信号,用于同步精度的测量;实现ARM层IEEE1588协议栈的移植:增加相关驱动函数完成ARM层和逻辑层的数据交互。基于完成的软硬件系统,搭建测试环境对不同模式下的时间同步精度进行了测试;对比分析了频率调节策略对同步精度的影响;解决了时间戳跨时钟域传输的问题;对比分析了时钟源精度、路径延时不确定性对同步精度的影响;本论文所设计的时间同步系统完成了 IEEE1588协议规定的单步和双步功能,支持E2E和P2P两种路径延时测量机制。同步精度优于11ns（3σ）,满足网络化测试系统等领域对时间同步的要求。
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