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时钟定时与同步是通信网络的一项重要支撑技术。近年来,作为一种高精度的网络时钟同步技术,IEEE 1588标准定义的PTP协议受到了越来越多的研究人员的关注。IEEE 1588标准的基本功能是使分布式网络内的各个时钟与最精确的时钟保持同步,多用于以太网,其同步精度能达到亚微秒。而且该协议只占用较少的网络和设备资源,可以应用于低成本终端设备。
本文研究PTP系统的SoPC实现技术,面向PTP时钟设计了基于FPGA的运行平台和PTP协议软件,包括SoPC的软核结构、软件与硬件协同接口和主从时差调整算法,提出了时间戳及时钟计数器控制的软核设计方案,并完成开发和调试。在本文的设计中使用了软件和硬件相结合的实现方案,充分利用了软件的灵活性和硬件的快速性等特点,实现了PTP节点应有的功能,并且通过硬件获取时间戳提高了同步精度。
本文在三种环境中测试了PTP系统的同步精度,结果表明同步精度会受网络环境的影响,其中无线环境的引入会使同步精度下降数十倍。本文还提出了在无线网络条件下基于硬件获取时间戳的解决方案。