[发明专利]一种基于Ucos-II操作系统和Lwip协议栈的IEEE-1588主站以及基于该主站的报文处理方法

说明书

技术领域

本发明属于电力系统电力电子与继电保护领域，具体涉及一种应用于电力系统的支持IEEE‐1588协议的主时钟（IEEE‐1588主站）的实现方案，该方案基于Ucos‐II操作系统和Lwip协议栈。 

背景技术

IEEE‐1588对时技术是一种基于乒乓对时的原理的精确时钟同步技术，它采用短帧传输，算法简单，对计算性能和网络带宽的要求都较低，适用于支持多播消息的分布式网络通信系统。 

目前，随着电力系统中的智能电网建设的逐步深入，二次设备侧的数字化、网络化的特点愈发明显，且对对时精度也提出较高的要求。IEEE‐1588因其天然具备的网络化特性以及较高的对时精度，在当前的智能电网建设中受到了广泛的关注，并应用到智能电网的建设中来。 

IEEE‐1588对时技术是一种主从式的时间同步技术，各对时终端作为时间同步系统中的从节点（从站），通过IEEE‐1588协议，与时间同步系统中支持IEEE‐1588协议的主时钟（主站）保持时间同步，进而保证各对时终端间的时间同步。 

目前，IEEE‐1588对时技术在智能电网中的应用目前还主要集中在过程层，由于过程层的数据基于二层报文交换，因而当前应用于电力系统的IEEE‐1588的主时钟大多仅支持IEEE802.3的帧格式，支持IPv4帧格式的主钟较少。 

目前，支持IPv4帧格式的主钟，一方面由于其运行Linux、VxWorks之类的操作系统，需要使用高性能CPU及以之对应的DRAM和外部FLASH的支持。硬件成本高；另一方面，其在工作时对于IPv4和IEEE802.3帧格式的支持是互斥的，对于E2E和P2P的支持也是互斥的，不利于复杂环境下的应用。基于以上两方面因素，本中提出了一种基于低成本的硬件平台，且能同时支持多种帧格式和多种对时机制的IEEE‐1588主站的实现方法。 

发明内容

为解决现有的IEEE‐1588主站实现中存在的硬件成本高、功能支持单一等问题，本申 请公开了一种基于Ucos操作系统和Lwip协议栈的IEEE‐1588主站的实现方法，以及基于该主站的报文处理方法。 

本申请具体采用以下技术方案。 

一种基于Ucos操作系统和Lwip协议栈的IEEE‐1588主站，所述主站主要包括供电单元、逻辑处理单元、以太网接口单元、频率源单元，其特征在于： 

所述逻辑处理单元包括一CPU，在所述CPU上移植Ucos‐II的操作系统，并在该操作系统上使用Lwip的协议栈，所述逻辑处理单元负责处理以太网数据的收发处理以及IEEE‐1588协议栈逻辑的实现； 

所述以太网接口单元包括一SC接口光模块和一片IEEE‐1588专用PHY芯片，所述SC接口光模块和IEEE‐1588专用PHY芯片相连，所述以太网接口单元中的PHY芯片通过MII接口连接至逻辑处理单元中的CPU以协助所述逻辑处理单元提供以太网数据的收发功能，在PHY芯片的IO脚上通过背板接入一路IRIG‐B码信号作为基准源输入，所述PHY芯片捕获并记录输入的IRIG‐B码，把IRIG‐B码信号的高低电平的跳变方向、跳变时的时标信息封装成IEEE802.3格式的PSF（PHY Status Frame）报文，并为CPU提供分辨率为8ns的IEEE‐1588时标； 

所述频率源单元主要是负责给CPU和PHY提供时钟信号； 

所述供电单元负责为主站提供所需的电源。 

本申请还进一步公开了一种基于Ucos操作系统和Lwip协议栈的IEEE‐1588主站的报文处理方法，方案如下： 

一种基于Ucos操作系统和Lwip协议栈的IEEE‐1588主站的报文处理方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤： 

（1）所述CPU接收以太网数据，在所述Ucos‐II的操作系统的基础上，所述CPU对以太网接收数据进行分类处理，把不同帧格式的报文分别放在不同的操作系统的进程中处理，包括把封装在IEEE802.3和IPv4帧里的IEEE‐1588报文放在不同的进程中处理；操作系统中负责以太网数据接收的进程，会把IEEE802.3、IPv4帧格式的报文以及PSF报文数据以消息邮箱的方式分发到不同的指定进程中，以便进行下一步的处理； 

（2）在步骤（1）的基础上，所述CPU对于接收到的内含IRIG‐B码的跳变沿时刻信息的PSF报文进行解析处理，所述CPU根据所述的跳变沿时刻解析出IRIG‐B内信息，并计算出所解析出的信息与基准源间的误差；