基于IEEE1588协议的航电以太网时钟同步系统的研究与实现

发布时间：2017-04-06 18:15

  本文关键词：基于IEEE1588协议的航电以太网时钟同步系统的研究与实现，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着航电系统网络化的发展,航电以太网TTEthernet技术的研究和应用备受关注。TTEthernet是基于以太网的通信网络技术,以建立统一、高精度的以太网时钟同步系统为基础,来解决航电系统中仪器设备之间的同步问题。在此背景下,论文设计并实现了基于IEEE 1588协议(PTP)的以太网时钟同步系统原型。论文的研究内容包括以下几方面：(1)基于IEEE 1588协议的时钟同步误差分析与补偿。通过深入研究IEEE 1588协议定义的时钟模型、报文类型及时钟同步原理,分析了影响时钟同步精度的因素,并提出了基于IEEE 1588协议的时钟同步误差补偿方法,包括PTP报文时间戳误差补偿、交换设备时延测量和从时钟调节策略等,该方法可有效提高时钟同步精度。(2)基于IEEE 1588协议的PTP时钟节点设计与实现。PTP时钟节点是以太网时钟同步系统的核心组成部分,以C语言编写的开源PTPd代码包为基础,运行在Linux操作系统上。考虑到PTPd代码包是IEEE 1588协议的纯软件实现,它利用Linux 内核标准函数获取系统时钟为报文加盖软时戳,同步精度只能达到ms量级。因此,本文通过采用硬件辅助实现IEEE 1588协议,进一步提高了时钟同步性能,主要选用PHY芯片DP83640加盖硬件时戳,并结合对上层PTPd代码的改写扩展来获取硬件时戳和调节硬件时钟,不但将同步精度提高到μs级,而且保持了协议的完整性。(3)基于IEEE 1588协议的以太网时钟同步系统原型测试。论文搭建了测试环境,由主从PTP时钟节点通过以太网连接组成时钟同步系统原型,原型测试主要针对时钟同步精度进行测试。通过对比主从时钟节点输出的1PPS触发信号测试同步精度,实验结果表明时钟同步精度可达到μs级,相比于软时戳方式,基于硬件时戳的同步精度提高了3个量级,达到了论文的预期目标。论文的研究成果为基于以太网的航电系统高精度时钟同步提供了可行的参考方案。
【关键词】：时钟同步 IEEE 1588协议 航电以太网 硬件时间戳 DP83640
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：V243;TP393.11
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-8
• 主要英文缩略语对照表8-12
• 第一章 绪论12-17
• 1.1 引言12
• 1.2 课题研究背景和意义12-13
• 1.3 国内外研究现状13-16
• 1.4 论文研究目的和研究内容16
• 1.5 论文的组织结构16-17
• 第二章 航电以太网时钟同步技术及IEEE 1588协议17-32
• 2.1 航电以太网时钟同步技术17-20
• 2.2 IEEE 1588协议20-30
• 2.2.1 PTP时钟模型20-23
• 2.2.2 主从同步关系23-24
• 2.2.3 PTP报文24-28
• 2.2.4 时钟同步原理28-30
• 2.3 本章小结30-32
• 第三章 基于IEEE 1588协议的时钟同步误差分析及补偿32-44
• 3.1 时钟同步精度的影响因素32-33
• 3.2 基于IEEE 1588协议的时钟同步误差分析及补偿33-42
• 3.2.1 PTP报文时间戳误差补偿方法33-37
• 3.2.2 交换设备延迟测量与修正方案37-41
• 3.2.3 从时钟节点内置硬件时钟的调节方案41-42
• 3.3 本章小结42-44
• 第四章 基于IEEE 1588协议的时钟同步装置设计与实现44-66
• 4.1 PTP时钟节点的整体设计44-48
• 4.1.1 PTP时钟节点体系结构设计44-46
• 4.1.2 PTP时钟节点的硬件实现方案46-47
• 4.1.3 PHY芯片DP83640功能的实现47-48
• 4.2 E2E透明时钟的整体设计48-53
• 4.2.1 E2E透明时钟的工作流程48-49
• 4.2.2 E2E透明时钟的体系结构设计49-50
• 4.2.3 非一体化解决方案50-51
• 4.2.4 DP83640芯片的同步以太网模式51-53
• 4.3 基于开源PTPd代码包的软件设计与实现53-65
• 4.3.1 PTPd应用程序功能模块划分及实现53-61
• 4.3.2 PTPd代码改写及扩展61-62
• 4.3.3 PTPd与DP83640的接口设计62-64
• 4.3.4 PTPd与PCF8583接口设计64-65
• 4.4 本章小结65-66
• 第五章 基于IEEE 1588协议的以太网时钟同步系统原型测试66-76
• 5.1 时钟同步过程验证66-68
• 5.2 时钟同步精度测试平台搭建68-69
• 5.3 实验步骤及结果分析69-75
• 5.4 本章小结75-76
• 第六章 总结76-77
• 6.1 论文工作总结76
• 6.2 进一步工作76-77
• 致谢77-78
• 参考文献78-79

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