[发明专利]IEEE 1588时间同步系统及其实现方法

说明书

技术领域

本发明涉及电子和电气工程师协会(IEEE)1588协议的时间同步技术，尤其涉及一种多端口IEEE 1588时间同步系统及其实现方法。

背景技术

IEEE 1588的全称是网络化测量和控制系统的精密时钟同步协议，通常称为精密时间协议(PTP，Precision Time Protocol)。一般使用IEEE 1588精密时间协议的目的是在以太网中保持不同结点之间的时间同步。在工厂自动化、测量以及通信中也需要大量应用要求非常精密的时间同步，这通常会超出以标准软件方式的解决方案所能提供的范围。

IEEE1588标准，规定了将分散在测量和控制系统内的分离节点上独立运行的时钟同步到一个高精度和准确度的协议。而这些时钟是在一个通信网络中互相通信的，按这个基本格式，该协议要形成树形的管理，使系统内的这些时钟产生一个主、从同步关系。这里，所述同步包括频率同步和时间同步两个概念。所谓频率同步即时钟同步，是指信号之间的频率或相位上保持某种严格的特定关系，其相对应的有效瞬间以同一平均速率出现，以维持通信网络中所有的设备以相同的速率运行。而时间同步中所述的“时间”有两种含义：时刻和时间间隔。前者是指连续流逝的时间的某一瞬间，后者是指两个瞬间时刻之间的间隙。时间同步的操作就是按照接收到的时间来调控设备内部的时钟和时刻。时间同步的调控原理与频率同步对时钟的调控原理相似，它既调控时钟的频率又调控时钟的相位，同时将时钟的相位以数值表示，即时刻。与频率同步不同的是，时间同步接受非连续的时间信息、非连续调控设备时钟，而设备时钟锁相环的调节控制是周期性的。时间同步有两个主要的功能：授时和守时。用通俗的语言描述，授时就是“对表”。通过不定期的对表动作，将本地时刻与标准时刻相位同步；守时就是前面提到的频率同步，保证在对表的间隙里，本地时刻与标准时刻偏差不要太大。时间同步的目的就是要将时间基准准确地传递到各控制点，传递并不困难，而难在要求所能达到的传递时间的精度。

当前，通信网络和业务的IP化、分组化是大势所趋，但业务网尤其是移动业务对同步的要求仍必不可少，分组化后的传送网络仍需要具备完善的时钟同步能力来满足相关业务的同步需求。在无线通信的一些应用场景下，业务已IP化，不再需要时分复用(TDM)接口，但是仍然需要时钟，此时需要一种时序分组(ToP，Timing over Packet)技术来实现。所述ToP技术，是将定时信息根据一定的封装格式放入分组包中进行传送，在接收端从包中恢复时钟，通过算法和封装格式尽量规避传送过程中带来的损伤。IEEE 1588标准即是比较通用的ToP技术之一，能够较好地满足时间和相位同步的要求。该标准经过改进可以达到非常高的精度，这在即将发布的IEEE 1588v2版本中会有相应介绍，从目前的发展来看，基于分组传送网采用IEEE 1588v2技术进行时间传送是今后组建时间同步网的解决方案发展方向。

IEEE 1588主从时钟同步原理如下：主钟定期发送Sync报文，随后发送Followup报文通告上个报文的实际发送时间T1，从钟记录Sync报文的到达时间T2；从钟在T3时刻发送Delay Req报文，主钟记录报文到达时间T4，并将其通过响应报文Delay Resp发送给从钟。根据T1、T2、T3和T4，可以计算得到两个钟之间链路的时延和两个钟的时间偏差，据此调整从钟的时间输出，从而实现主钟和从钟的时间同步。IEEE 1588v2可以同时实现频率同步和时间同步，其中时间同步能够达到亚微秒级精度，协议标准化较好，可以支持不同厂家对接，由于是通过在报文中加入时间标签来传递时间信息的，要求中间链路双向时延必须保持一致，时延不一致会引起相位测量偏差，从而对时间精度造成一定的影响，另外，时间精度还会受丢包等因素的影响。而且使用软件实现IEEE 1588协议栈的设置，还会因为软件处理流程和操作系统的多任务导致协议栈处理延时的抖动，因此，如果采用软件方式来实现IEEE 1588v2协议将很难达到预期的传输高精度时间同步的要求。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种硬件多端口IEEE 1588时间同步系统及其实现方法，以满足IEEE 1588v2所要求的同步精度。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种IEEE1588时间同步系统，包括交换机(Switch)模块、物理芯片(PHY)模块、CPU管理模块以及实时时钟(RTC)模块；该系统还包括时间戳处理模块；其中：