《電子技術(shù)應(yīng)用》
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基于ZYNQ的PTP授時精度測量方法與實現(xiàn)
2021年電子技術(shù)應(yīng)用第6期
宋 艷1，應(yīng)斌杰1，楊成鋼1，郝自飛1，毛立振2
1.國網(wǎng)浙江省電力有限公司 麗水供電公司，浙江 麗水316021；2.杭州量泓科技有限公司，浙江 杭州310019
摘要： 針對PTP授時精度測量存在的困難，提出在ZYNQ SOC上用μCOS操作系統(tǒng)和LWIP協(xié)議棧，來實現(xiàn)PTP授時精度測量。該方法通過接收衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)信號，得到準(zhǔn)確的系統(tǒng)時間和時鐘源差，利用硬件將系統(tǒng)時間同步至ZYNQ的納秒計數(shù)器。利用ZYNQ EMAC接口獲取PTP收發(fā)幀的觀測時間，并利用源差值實現(xiàn)對測量時間的補(bǔ)償，最終得到準(zhǔn)確的時間戳，進(jìn)而實現(xiàn)對待測PTP主時鐘授時精度測量。經(jīng)實際測試，利用該方法對PTP時鐘進(jìn)行測量，能夠獲得優(yōu)于10 ns的測量精度。
中圖分類號： TN927
文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.201167
中文引用格式： 宋艷，應(yīng)斌杰，楊成鋼，等. 基于ZYNQ的PTP授時精度測量方法與實現(xiàn)[J].電子技術(shù)應(yīng)用，2021，47(6)：115-118，130.
英文引用格式： Song Yan，Ying Binjie，Yang Chenggang，et al. A method and implementation of PTP timing accuracy measurement based on ZYNQ[J]. Application of Electronic Technique，2021，47(6)：115-118，130.
A method and implementation of PTP timing accuracy measurement based on ZYNQ
Song Yan1，Ying Binjie1，Yang Chenggang1，Hao Zifei1，Mao Lizhen2
1.Lishui Power Supply Company，State Grid Zhejiang Electric Power Co.，Ltd，Lishui 316021，China； 2.Hangzhou Quantum Sensing Technology Co.，Ltd.，Hangzhou 310019，China
Abstract： Aiming at the difficulties of PTP timing accuracy measurement, this paper puts forward using μCOS operating system and LWIP protocol stack on ZYNQ SOC to realize PTP timing accuracy measurement. Accurate system time and clock source difference are obtained by receiving GNSS signals, and the system time is synchronized to the nanosecond counter of ZYNQ by hardware. The ZYNQ EMAC interface is used to acquire the observation time of PTP frames, and the source difference is used to compensate the measurement time. Finally, an accurate time stamps are obtained, which can be used to measure the timing accuracy of the PTP master clock. The test results show that using this method to measure PTP clock, the measurement accuracy is better than 10 ns.
Key words : PTP；timing；GNSS；time stamp

0 引言

    精確時間協(xié)議(Precision Time Protocol，PTP)是一種高精度網(wǎng)絡(luò)時間同步協(xié)議[1-2]，具體內(nèi)容由IEEE 1588協(xié)議定義。IEEE1588協(xié)議目前有V1和V2兩個版本。其支持多種形式的傳輸，比如UDP/IPv4、UDP/IPv6以及IEEE 802.3等。PTP與網(wǎng)絡(luò)授時協(xié)議(Network Timing Protocol，NTP)的主要區(qū)別是，PTP是在物理層實現(xiàn)而NTP是在應(yīng)用層實現(xiàn)。因此，PTP比NTP具有更高的同步精度。PTP可以達(dá)到亞微秒級授時精度，在網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(交換機(jī))支持PTP協(xié)議的情況下，能夠?qū)崿F(xiàn)納秒量級的授時精度[3-4]。

    PTP授時具有成本低、精度高、網(wǎng)絡(luò)開銷小等優(yōu)點，因此在通信、電力、軌道交通等領(lǐng)域得到了較為廣泛的應(yīng)用[5-8]。但也正因為其授時精度高，使得對PTP授時設(shè)備授時精度的測量就顯得更為困難。PTP授時精度從理論上來說主要受兩方面的影響，一方面是打時間戳的位置，另外是軟件同步的算法。打時間戳目前可以在物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和應(yīng)用層上進(jìn)行，對應(yīng)的授時精度會依次降低[9-10]。目前主流的PTP授時設(shè)備均是基于Linux系統(tǒng)的，而Linux系統(tǒng)為非實時操作系統(tǒng)，中斷響應(yīng)時間在微秒級以上，其無法獲得精確的時間戳，即便是使用了其他算法，測量精度也在100 μs以上[11]，無法對PTP測量[12-14]。相對Linux系統(tǒng)而言，μCOS為實時操作系統(tǒng)，能夠獲得更準(zhǔn)確的時間，可以用μCOS系統(tǒng)加LWIP協(xié)議棧來實現(xiàn)PTP精度測量。




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作者信息：

宋  艷1，應(yīng)斌杰1，楊成鋼1，郝自飛1，毛立振2

(1.國網(wǎng)浙江省電力有限公司 麗水供電公司，浙江 麗水316021；2.杭州量泓科技有限公司，浙江 杭州310019)




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