分布式测试系统高精度时钟同步与触发单元设计与实现

发布时间：2020-11-13 10:44

　　 在探索未知的道路上,测试技术一直是人类认识世界的重要手段。其中分布式测试因其快速经济灵活的特点而迅速发展。分布式测试系统里不同测点设备的时钟因其独立性,无法达到高精度的同步。而对各测点测试数据进行分析时,往往对各数据的时间关系比较敏感。因此,分布式测试系统的时钟同步精度是关系到能否对测试数据正确分析的关键因素。基于为分布式测试设备提供高精度时间关联信息的要求,设计实现了分布式测试系统高精度时钟同步与触发单元,该高精度时钟同步与触发单元能够组网实现亚微秒内时钟同步精度,可为测试仪器提供精确的触发辅助信号,并且能够实现网络控制功能。本文首先分析了国内外分布式时钟同步方式的发展现状,对应用于分布式测试系统内精确时钟同步协议的实现和精确触发技术进行了具体分析,设计了以支持PTP协议的MCU芯片在MAC层获取时间戳的总体设计方案,重点讨论了具体的软件设计方案。本文主要完成了以下工作:(1)实现了LwIP协议栈的移植,使节点具备了通过以太网构建分布式网络的能力。成功移植了CMSIS-RTOS实时操作系统,提供对任务的合理调度和对事件的实时响应能力。(2)完成了基于PTP协议的时钟同步软件设计,使构建的分布式时钟网络能够达到高精度的时钟同步。(3)利用STM32F407的定时器资源和CMSIS-RTOS实时操作系统对事件的实时响应实现了精确触发辅助功能。(4)设计了局域网触发控制管理软件,实现了对分布式网络里时钟状态的查询和对触发功能的远程控制。(5)搭建了时钟同步与触发单元测试平台,对分布式网络中时钟同步的精度和精确触发功能进行了测试和验证。本文主要设计并实现了分布式测试系统高精度时钟同步与触发单元,进行了相关软件的开发,最后在测试平台上进行了实验,实验结果表明由高精度时钟同步与触发单元组建的分布式网络实现了亚微秒内的时钟同步精度和精确触发辅助功能,达到了本课题的设计目标。
【学位单位】：中北大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TH714.51
【部分图文】：

图 2.9 功能验证和性能测试所用硬件平台绍时钟同步与触发单元的总体设计方案。首先分析了分与触发单元的功能需求，然后对其中的关键技术：精确测试系统精确触发技术进行了详细探讨，提出了分布式的总体架构。然后根据课题的任务需求，提出基于 STM元的硬件系统结构和选用的硬件平台，为下一步软件开

中北大学学位论文网掩码 255.255.255.0,默认网关 192.168.1.1。在计算机命令提示符中使用 ping 指试计算机与硬件平台是否通路。测试结果如图 3.5 所示，网络延迟时间小于 1ms据包丢失率 0%。结果表明该硬件平台网络通信功能正常，通信状态良好。

中北大学学位论文由于两个硬件平台时钟性能完全一致，故用 MAC 地址将其区分。MAC 地址分别置为 DE:AD:BE:EF:12:34 和 DE:AD:BE:EF:12:36。开启 DHCP 功能后，硬件平台获交换机分配的 IP 地址。Wireshark 软件上检测到 PTPv2 报文如图 4.8 所示，主从时正常通信并且 MAC 地址较大平台进入主时钟角色，MAC 地址较小的进入从时钟状。
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本文编号：2882102