一种时间触发以太网透传时钟精确测量系统及方法与流程

1.本发明涉及一种时间触发以太网透传时钟精确测量系统及方法，属于时间触发以太网技术研究领域。


背景技术：

2.在时间触发以太网系统研制过程中，端系统和交换机通过交互协议控制帧(pcf)实现系统内的时间同步，pcf帧的交互需实现时间同步固化函数，在时间固化函数计算固化时间点时，需要用到数据帧在数据链路上的时间延迟信息，称为透传时钟。高精度的透传时钟是构建高精度时间同步系统的基础，透传时钟如果产生较大偏差，会导致整个时间触发以太网系统同步精度降低，对系统可靠性造成严重影响。


技术实现要素：

3.本发明解决的技术问题是：针对目前现有技术中，现有透传时钟测量方法容易产生较大偏差，以导致时间触发以太网系统同步精度降低的问题，提出了一种时间触发以太网透传时钟精确测量系统及方法。
4.本发明解决上述技术问题是通过如下技术方案予以实现的：
5.一种时间触发以太网透传时钟精确测量系统，包括本地时钟控制模块、时间同步状态机模块、pcf帧发送调度模块、物理层数据帧发送侦听模块、物理层数据帧接收侦听模块，其中：
6.本地时钟控制模块，用于维护本地时间，以纳秒级时间颗粒度计算高精度本地时间；
7.时间同步状态机模块，实现时间同步协议，控制mac层及物理层的pcf帧发送及接收，并根据mac层及物理层的pcf帧发送时间点信息计算mac层数据帧发送延迟、物理层数据帧发送延迟，并根据所得数据计算透传时钟值；
8.pcf帧发送调度模块，侦听时间同步状态机模块发出的mac层pcf帧发送信号，记录mac层的pcf帧发送时间点信息；
9.物理层数据帧发送侦听模块：侦听pcf帧发送调度模块发出的物理层pcf帧发送信号，将当前本地时间写入发送时间点寄存器后获取物理层的pcf帧发送时间点信息，用于发送延迟的计算，同时生成数据帧接收有效信号；
10.物理层数据帧接收侦听模块，侦听物理层提供的数据帧接收有效信号，记录物理层接收处理时延。
11.pcf帧发送调度模块侦听时间同步状态机模块发出的mac层的pcf帧信号，将当前本地时间sys_clk写入派发时间点寄存器，获取mac层的pcf帧发送时间点信息dispatch_pit_reg，用于计算发送延迟。
12.物理层数据帧发送侦听模块侦听物理层的pcf帧信号，将当前本地时间sys_clk写入发送时间点寄存器，获取物理层的pcf帧发送时间点信息send_pit_reg，用于发送延迟的
计算。
13.物理层数据帧接收侦听模块侦听物理层数据帧发送侦听模块输出的数据帧接收有效信号eth_rx_dv，将当前本地时间sys_clk写入接收时间点寄存器获取物理层侦听接收时间信息recv_pit_reg，用于物理层处理延迟的计算。
14.透传时钟值的动态捕获过程中，透传时钟值计算公式具体为：
15.transparent_delay＝send_delay+phy_delay；
16.式中，send_delay为mac层数据帧发送延迟、phy_delay为物理层数据帧发送延迟。
17.mac层的数据帧发送延迟send_delay计算公式具体为：
18.send_delay＝send_pit_reg-dispatch_pit_reg。
19.计算物理层数据帧发送延迟phy_delay，具体为：
20.phy_delay＝(recv_pit_reg-send_pit_reg)/2。
21.一种时间触发以太网透传时钟精确测量方法，包括：
22.确定端系统mac层的延迟开销；
23.确定端系统物理层的延迟开销；
24.确定端系统物理层及mac层间的硬件延迟开销，完成透传时钟精确测量。
25.所述确定端系统mac层的延迟开销，在mac层发送pcf帧信号时，通过寄存器记录发送该pcf帧的发送时间点信息，确定端系统物理层的延迟开销，当端系统发送pcf帧至物理层时，侦听物理层的pcf帧发送时间点信息，通过寄存器记录该pcf帧发送至物理层时的发送时间点信息。
26.所述确定端系统mac层、物理层间的硬件延迟开销，根据计算所得端系统mac层的延迟开销、端系统物理层的延迟开销的时间点信息计算出mac层、物理层的硬件延迟开销。
27.本发明与现有技术相比的优点在于：
28.本发明提供的一种时间触发以太网透传时钟精确测量系统及方法，针对物理层、mac层以及物理层到mac层之间产生的延迟开销通过增加相应的硬件电路记录相应的时间点进行精确测量，通过细粒度纳秒级的时间基准，能获取高精度的透传时钟值，提高系统的时间同步精度，同时相对于现有的软件测量透传时钟的方法，通过简单的硬件电路能够获取纳秒级的透传时钟值，改架构精度高，方法简便易行，易推广。
附图说明
29.图1为发明提供的透传时钟精确测量系统图；
30.图2为发明提供的透传时钟精确测量系统图；
具体实施方式
31.一种时间触发以太网透传时钟精确测量系统及方法，针对物理层、mac层以及物理层到mac层之间产生的延迟开销通过增加相应的硬件电路记录相应的时间点进行精确测量，最终获取精确的透传时钟值，测量架构具体为：
32.本地时钟控制模块，用于维护本地时间，计算高精度本地时间，实现纳秒级的时间颗粒度，提高透传时钟计算的准确性；
33.时间同步状态机模块，实现时间同步协议，控制pcf帧发送和接收，实现实时透传
时钟值的动态捕获；
34.控制mac层及物理层的pcf帧发送及接收，并根据mac层及物理层的pcf帧发送时间点信息计算mac层数据帧发送延迟、物理层数据帧发送延迟，并根据所得数据计算透传时钟值；
35.pcf帧发送调度模块，侦听时间同步状态机模块发出的mac层pcf帧发送信号，若侦听到，则记录mac层的pcf帧发送时间点信息；若未侦听到，则重新进行信号侦听；
36.物理层数据帧发送侦听模块，侦听pcf帧发送调度模块发出的物理层pcf帧发送信号，将当前本地时间写入发送时间点寄存器后获取物理层的pcf帧发送时间点信息，用于发送延迟的计算，同时生成数据帧接收有效信号；若未侦听到，则重新进行信号侦听；
37.物理层数据帧接收侦听模块，侦听物理层提供的数据帧接收有效信号，记录物理层接收处理时延，若未侦听到，则重新进行信号侦听。
38.其中，本地时钟控制模块维护本地时间sys_clk，用于计算高精度本地时间；pcf帧发送调度模块侦听时间同步状态机模块发出的mac层的pcf帧信号，将当前本地时间sys_clk写入派发时间点寄存器，获取mac层的pcf帧发送时间点信息dispatch_pit_reg，用于计算发送延迟；物理层数据帧发送侦听模块侦听物理层的pcf帧信号，将当前本地时间sys_clk写入发送时间点寄存器，获取物理层的pcf帧发送时间点信息send_pit_reg，用于发送延迟的计算；物理层数据帧接收侦听模块侦听物理层数据帧发送侦听模块输出的数据帧接收有效信号eth_rx_dv，将当前本地时间sys_clk写入接收时间点寄存器获取物理层侦听接收时间信息recv_pit_reg，用于物理层处理延迟的计算；
39.透传时钟值的动态捕获过程中，透传时钟值计算公式具体为：
40.transparent_delay＝send_delay+phy_delay
41.式中，send_delay为mac层数据帧发送延迟、phy_delay为物理层数据帧发送延迟；
42.数据帧发送延迟send_delay计算公式具体为：
43.send_delay＝send_pit_reg-dispatch_pit_reg
44.发送延迟phy_delay，假设物理层芯片发送延迟phy_send_delay等于物理层芯片接收延迟phy_recv_delay。
45.phy_delay＝(recv_pit_reg-send_pit_reg)/2
46.时间触发以太网透传时钟精确测量方法步骤如下：
47.确定端系统mac层的延迟开销；
48.确定端系统物理层的延迟开销；
49.确定端系统物理层及mac层间的硬件延迟开销，完成透传时钟精确测量；
50.确定端系统mac层的延迟开销，在mac层发送pcf帧信号时，通过寄存器记录发送该pcf帧的发送时间点信息，确定端系统物理层的延迟开销，当端系统发送pcf帧至物理层时，侦听物理层的pcf帧发送时间点信息，通过寄存器记录该pcf帧发送至物理层时的发送时间点信息；
51.确定端系统mac层、物理层间的硬件延迟开销，根据计算所得端系统mac层的延迟开销、端系统物理层的延迟开销的时间点信息计算出mac层、物理层的硬件延迟开销。
52.下面根据具体实施例进行进一步说明：
53.在当前实施例中，透传时钟精确测量系统图如图1所示，包含本地时钟控制模块，
时间同步状态机模块，pcf帧发送调度模块，物理层数据帧发送侦听模块，物理层数据帧接收侦听模块，主要功能如下：
54.设计了实现纳秒级的时间颗粒度，提高透传时钟计算的准确性；
55.设计了时间同步状态机模块，实现时间同步协议，控制pcf帧发送与接收；
56.设计了pcf帧发送调度模块，侦听时间同步状态机模块发出的pcf_comma信号，将当前本地时间sys_clk写入派发时间点寄存器dispatch_pit_reg中，用于发送延迟的计算；
57.设计了物理层数据帧发送侦听模块，侦听pcf帧发送调度模块发出的eth_tx_en信号，将当前本地时间sys_clk写入发送时间点寄存器send_pit_reg中用于发送延迟的计算；
58.设计了物理层数据帧接收侦听模块，侦听物理层芯片提供的eth_rx_dv信号，将当前本地时间sys_clk写入接收时间点寄存器recv_pit_reg中，用于物理层处理延迟的计算。
59.如图2所示，为本发明提供的透传时钟精确测量的流程图，主要流程如下：
60.本地时钟控制模块周期性更新本地时间计数，实现高精度纳秒级时间颗粒度，用于获取高精度的透传时钟值；
61.时间同步状态机模块控制pcf帧发送，到达pcf帧发送时间点时，使能pcf_command信号发送pcf帧；
62.pcf帧发送调度模块侦听时间同步状态机模块发出的pcf_command信号，将当前本地时间sys_clk写入派发时间点寄存器dispatch_pit_reg中；
63.物理层数据帧发送侦听模块侦听pcf帧发送调度模块发出的eth_tx_en信号，将当前本地时间sys_clk写入发送时间点寄存器send_pit_reg中，其中：
64.根据下式计算数据帧发送延迟send_delay：
65.send_delay＝send_pit_reg-dispatch_pit_reg
66.物理层芯片工作在自回环模式下，物理层数据帧接收侦听模块侦听物理层芯片发出的eth_rx_dv信号，将当前本地时间sys_clk写入发送时间点寄存器recv_pit_reg中；
67.根据下式计算数据帧发送延迟phy_delay，假设物理层芯片发送延迟phy_send_delay等于物理层芯片接收延迟phy_recv_delay；
68.phy_delay＝(recv_pit_reg-send_pit_reg)/2：
69.透传时钟值计算公式如下式：
70.transparent_delay＝send_delay+phy_delay。
71.本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。
72.本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域技术人员的公知技术。