【摘 要】
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白兔精确时间同步协议(White Rabbit,WR)是一种可达到亚纳秒级别时间同步精度的网络精密时间同步协议。本课题在所内PTP网络精密时间同步协议的研究成果基础上,进一步实现了同步以太网(Sync-E)和全数字双混频鉴相器(DDMTD)的技术研发,完成了WR协议的初步实现。本文采用基于ZYNQ的硬件平台,并通过FMC连接器扩展支持WR协议的物理层芯片板卡进行硬件设计。PHY芯片采用集成了RGM
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白兔精确时间同步协议(White Rabbit,WR)是一种可达到亚纳秒级别时间同步精度的网络精密时间同步协议。本课题在所内PTP网络精密时间同步协议的研究成果基础上,进一步实现了同步以太网(Sync-E)和全数字双混频鉴相器(DDMTD)的技术研发,完成了WR协议的初步实现。本文采用基于ZYNQ的硬件平台,并通过FMC连接器扩展支持WR协议的物理层芯片板卡进行硬件设计。PHY芯片采用集成了RGMII接口和SGMII接口的千兆以太网物理层芯片DP83869,它可以在铜缆和光纤之间进行自由切换,且支持Sync-E的恢复时钟输出。在固件设计中,本文设计了GMII转RGMII、报文鉴别与时间戳标记和DDMTD等功能模块,均以IP核的形式进行AXI封装,提高了其系统可移植性。其中,GMII转RGMII模块主要负责数据接口之间的转换,使PHY芯片与ZYNQ可以更好的进行通信;时间戳模块通过在物理层和MAC层之间进行硬件时间戳标记的方式,大大提高了其时间戳精度,减小了网络开销;DDMTD模块通过计算往返链路时钟之间相位差的方式,衡量设备在链路传输过程中产生的链路延迟,解决了PTP协议89)的时基限制问题。在软件设计中,本文开发了WR-PTP时间同步软件。软件核心为WR-PTP协议引擎,主要功能包括通信对象识别、报文收发处理、时钟伺服、WR-PTP协议状态机和优化的最佳主时钟算法等;针对DDMTD功能,本文设计了时间戳补偿和精细延迟测量等软件机制,在软件层面上更加精确的计算出其主从延迟,使得时间同步精度进一步得到提高。最后,通过Petalinux完成了嵌入式系统的开发,并搭建了测试验证平台。经过实际测试,本文提出的WR实现方案可以达到亚纳秒级别的时间同步精度,并能稳定工作,达到了设计要求。
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