[发明专利]一种基于IEEE1588协议的高精度时间同步系统

说明书

本发明提供了一种基于IEEE1588协议的高精度时间同步系统，若干个PTP设备节点经由PTP以太网交换机互联组成时间同步系统，PowerPC微处理器的以太网控制器MAC层集成PTP协议单元，对数据包MAC层进行时戳标记，发送和接收报文，并提供IEEE1588网络授时服务；GPS时钟源接收硬件单元，接收外部GPS时间信息，作为IEEE1588的时间同步的基准，本发明同步精度优于100ns，不需要专业测试设备，降低系统成本，避免从时钟在Sync报文的间隙内发生突变，并通过动态补偿的方式使同步精度得到了保障，达到了高精度的时间同步。

技术领域

本发明涉及嵌入式通信及时间同步等领域，尤其是一种时间同步系统。

背景技术

时钟同步技术是许多重要应用领域的支撑技术，为保证航空活动的正常进行，现代航空应用的时钟同步精度要求己从微秒量级到达纳秒量级，目前业界的网络时频同步产品大多采用NTP(Network Time Protocol)时间同步技术，NTP时间同步方式只能达到亳秒级的时间同步精度，无法满足高精度的需求。

IEEE1588是网络测控系统的精密时钟同步协议标准，通常称为PTP(PrecisionTime Protocol)。PTP是针对网络环境设计的，协议标准简单，占用的网络和计算资源少，采用此协议可以实现亚微秒级的时间同步精度，最高可以达到10纳秒以下的同步精度，可以满足苛刻的时间和频率同步精度要求。IEEE 1588时间戳在硬件上实现，并且不局限于应用层，此外，PTP模块化的设计也使它很容易适应低端设备。

PTP协议定义了4种多点传送的报文类型和管理报文，包括同步报文(Sync)，跟随报文(Follow_up)，延迟请求报文(Delay_Req)，延迟应答报文(Delay_Resp)和管理报文。报文有一般报文和事件报文两种类型。跟随报文和延迟应答报文属于一般报文，一般报文本身不进行时戳处理，它可以携带事件报文的准确发送或接收时刻值信息。同步报文和延迟请求报文属于事件报文，事件报文是时间敏感消息，需要加盖精确的时间戳。

相比NTP，PTP能够满足更高精度的时间同步要求，相比GPS，PTP具备更低的建设和维护成本，但目前在航电系统设备中还没有成熟的IEEE1588时间同步解决方案，因此突破基于IEEE1588的时间同步技术成为亟待解决的技术瓶颈。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种基于IEEE1588协议的高精度时间同步系统，以实现网络时钟同步。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种基于IEEE1588协议的高精度时间同步系统包括若干个PTP设备节点，若干个PTP设备节点经由PTP以太网交换机互联组成时间同步系统，其中PTP设备节点分为主时钟节点和从时钟节点，每个PTP设备节点包括嵌入式PowerPC微处理器，PowerPC微处理器的以太网控制器MAC层集成PTP协议单元，对数据包MAC层进行时戳标记，发送和接收报文，并提供IEEE1588网络授时服务；GPS时钟源接收硬件单元，接收外部GPS时间信息，并作为IEEE1588的时间同步的基准，其中GPS时钟源接收硬件单元存在于IEEE1588的主时钟节点；每个PTP设备节点都集成PPS(Pulse Per Second,秒脉冲)输出单元，输出秒脉冲，用于对同步精度的测量；每个PTP设备节点中包含IEEE1588软件系统，IEEE1588软件系统包括IEEE1588协议栈软件、GPS接口驱动、PPS输出控制软件和MAC层时戳处理软件。

所述IEEE1588协议栈软件由IEEE1588协议引擎组成，协议引擎是整个IEEE1588协议的核心，协议引擎处于一个无限循环运行的过程，当初始化完成后进入某个状态下的工作模式，并根据当前运行环境在各个状态之间跳转，仅当发生错误时退出，由定时器设定报文发送时限，保证节点的报文发送和接收处理能够正常运行和转换；