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利用IEEE 1588和Blackfin嵌入式处理器实现设备时钟同步

时间:2014-12-13  来源:扁平线圈电感厂家  点击:
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如何调整从时钟设备的时间

知道与主时钟的时间差之后,各从时钟需要调整自大电流电感己的本地时间,与主时钟保持一致。该任务包括两方面。第一,从时钟设备需要加上时间差以调整绝对时间,使其时间在此刻与主时钟时间完全一致。第二,从时钟设备需要调整各自的时钟频率,与主时钟的频率保持一致。我们不能单靠绝对时间,因为时间差仅在一定期间内应用,可能是正值,也可能是负值;调整的结果是从时钟时间向前跳跃或向后倒退。因此,在实际操作中,调整分两步执行:

1.如果时间差过大,例如1秒以上,则应用绝对时间调整。

2.I如果时间差较小,则使从时钟的频率改变某一百分比。

一般而言,该系统会变成一个控制环路,其中主时钟时间是参考命令,而从时钟时间是跟踪主时钟时间的输出,二者之差驱动可调整时钟。可以使用PID控制来实现特定跟踪性能,这是许多IEEE 1588实施方案常用的方法。图4显示了这种控制环路。

IEEE 1588控制环路

图4. IEEE 1588控制环路

点对点延迟

修订版IEEE 1588-2008引入了新的机制来测量路径延迟,称为“点对点”(P2P)延迟。与之相比,上文讨论的主从机制则是“端对端”(E2E)延迟。在支持IEEE 1588-2008的网络中,主时钟设备可以与从时钟设备直接相连,或者隔几个中继站(级)相连。E2E延迟实际上是主时钟设备到从时钟设备的&一体电感器ldquo;总”延迟,包括其间的所有中继站在内。但是,P2P延迟则仅限于两个直接相连的设备。通信路径的总延迟等于所有中继站的P2P延迟之和。从确保路径对称性的角度看,P2P机制可提供更高的精度。

如上文所述,IEEE 1588-2008新增了PdelayReq、PdelayResp和PdelayRespFollowup三种消息来测量P销售电感器2P延迟。这些消息的工作方式与上文所述方式相似,详情请看参考文献3。

影响同步性能的因素

精心设计的IEEE 1588设备能够实现高度精确的时钟同步,但也必须了解直接影响同步性能的主要因素,其中包括:

1.路径延迟:如上文所述,IEEE 1588的路径延迟测量假设通信路径延迟是对称的,即前向路径的传输延迟与后向传输延迟相同。此外,在延迟测量期间,延迟不应变化。测量期间延迟变化会导致不对称和延迟抖动,这将直接影响同步精度。扁平型电感虽然无法在IEEE 1588设备的边界之外控制延迟对称性和抖动,但如果测量基于硬件时间戳,则可在设备内改善路径对称性和抖动。由于中断延时、环境切换和线程调度,软件时间戳会导致明显的抖动,而硬件时间戳则不存在这一问题。

2.时钟的漂移和抖动特性:主时钟的频率和相位代表跟踪控制系统的输入,从时钟则是控制对象。主时钟的任何时变行为都会扰动该控制系统,导致稳态和瞬态两种误差。因此,时钟的漂移和抖动越低,则同步精度越高。

3.控制法则:从时钟调整如何校正从时钟设备的时间误差取决于控制方法。控制法则参数包括建立时间、过冲和稳态误差,都将直接影响时钟同步性能。

4.时钟分辨率:如图1所示,本地时间的分辨率由时钟频率决定;最小时间增量为时钟信号的一个周期。IEEE 1588-2002支持1 ns的时间分辨率,IEEE 1588-2008则支持2–16 ns的时间分辨率。216 (!) GHz(甚至1 GHz)的时钟是不现实的。本地时钟的量化会影响本地时间测量和控制的精度。

5.Sync消息的发送周期:从时钟的更新频率最终会影响同步精度。因为时间误差是从时钟频率误差的整体累积值,所以发送周期越长,下一个Sync所观察到的时间误差一般会越大。

6.延迟测量的频率:以预期相邻采样点之间延迟没有明显变化的间隔时间,定期执行延迟测量。如果IEEE 1588网络的延迟变化较大,则增加延迟测量频率可以改善时钟同步性能。

哪个是主时钟?

在考虑如何精确确定主时钟设备与从时钟设备之间的时间差之后,下一个相关问题是:在成百上千台互连设备中,如何确定哪一台设备充当主时钟。

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