精确时间协议(Precision Time Protocol:PTP)由IEEE1588标准定义,用于对以太网或其他采用多播技术的分布式总线系统中设备的时钟进行微秒级或亚微秒级同步。而一般纯嵌入式软件实现PTP协议时,存在通信协议栈对数据处理延迟、中断响应不及时等问题使得获取PTP报文收发时间戳不准确,同时存在软件算法执行效率低、设备晶振源频率偏移等问题,成为时钟同步精确度提高的瓶颈。为此,本文重点研究和设计PTP协议IP核,采用数字逻辑电路实现精确时间戳的获取、时钟同步算法等功能,改变PTP协议实现的方式,达到提高时钟同步精度目的。主要研究内容包括:(1)对PTP协议进行了深入研究,分析了纯软件实现协议过程中存在的问题。(2)针对软件获取PTP报文收发时间戳的不准确性,研究了MII接口硬件获取时间戳的方法,并基于此方法提出了同步过程控制算法;针对报文传输路径的非对称性和延迟不确定性,提出了传输路径延迟修正算法;针对晶振频率偏移,提出了晶振频率补偿算法;结合同步算法和晶振频率补偿算法各自的优势,研究了进一步改进同步稳定性的优化算法。(3)在以上分析和研究的基础上,提出了基于IP核的PTP协议实现架构,完成了PTP协议IP核总体结构设计,完成了IP核内部定时器模块、同步算法控制器模块、分频控制器模块、晶振频率补偿算法控制器模块、MII接口解析模块和Avalon总线接口模块的设计。(4)建立了不同级别的测试模型,设计了相应测试平台Testbanch,对各子模块、功能宏单元和整体IP核进行了功能验证,对IP核进行了逻辑综合。功能验证结果表明:实现了精确时间戳获取、时钟同步算法、传输路径延迟修正算法、晶振频率补偿算法和Avalon总线接口等功能,IP核在整体功能上达到了设计目标。