软硬件协同下PTP同步的工作过程

目录

1. 初始化阶段（协商出一个master）

2. 同步阶段（时钟同步和时间同步）

2.1 时钟同步阶段（频率同步，有相位差）

2.2 时间同步阶段（无相位差）

2.3 ACS9521的例子

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1. 初始化阶段（协商出一个master）

在初始化阶段，每个被设置为master的节点都会发送包含了自身时钟参数的SYNC packets，每个接收到SYNC packets的有潜能作为master的节点的软件会将自身的时钟参数与接收到的时钟参数进行比较，如果别人家的时钟更好，该节点的软件就老实地做slave，并且不再发SYNC packets，它会暂时将这个比它更好的节点当作master，它心有不甘，它会不停地接收别人发的SYNC packets，并将它与自己的master比较，如果别人家的更好，它会毫不犹豫地转认新master，最终所有节点会找出来那个最强的节点作为master，其他的节点都是slave，都要听命于这个最强master。

2. 同步阶段（时钟同步和时间同步）

时间同步阶段分为时钟同步阶段和时间同步阶段。

2.1 时钟同步阶段（频率同步，有相位差）

这个阶段，slave根据master的时钟校准自己的时钟。

1）master软件发送SYNC packets后，会设置一个标志位，以通知master硬件记录发送时间，master硬件将该时间放在一个寄存器中，master软件读取该寄存器的值，将其放在Follow_UP packets。

2）slave会捕获SYNC packets，记录自己的接收时间T2，slave之后会捕获Follow_UP packets，从中获取master软件发送SYNC packets的时间T1，slave软件会根据T1和T2计算出master使用自己的时钟时连续的packets之间的时间间隔，然后slave软件以此为目标，调整自己的时钟以达到同样的时间间隔。使用此种方法完成slave时钟校准到master时钟。
 

图2.1 时钟同步阶段图示

 

2.2 时间同步阶段（无相位差）

这个阶段，slave实现时间同步，达到完全同步至master。

图2.2 时间同步阶段图示

master软件发送Sync packets，通知master硬件记录发送时间T1，slave软件通知slave硬件记录接收时间T2，master再发送Follow_Up packets，里面会携带T1，slave软件之后会返回Delay_Req packets，slave硬件会记录发送时间T3，master软件接收到Delay_Req packets后，通知master硬件记录接收时间T4，master软件再发送Delay_Response packets，里面会携带T4，slave软件接收到该packets后，它就获取到了T1、T2、T3和T4，根据下面的公式可以计算出slave需要调整的时间，最终实现时间同步。
Slave Adjust Time = - [(T2-T1) - (T4-T3)] / 2

2.3 ACS9521的例子

图 2.3 Block diagram of PTP functions

需要关注几点：

• 当ACS9521工作在slave模式，上图红色框内的目的在于产生path delay，它用于实现slave与master的相位同步（时间同步）。
• 当ACS9521工作在master模式，Frequency and Time Generator产生的PTPoutClk[3:0]与1PPS/1Hz/1PPns[1:0]时间同步，后者与PTPInClk[7:0]中的一个时间同步，所以最终，这三个都是时间同步的。
• PTP Ports工作在MAC层，即是说PTP message在以太网帧中封装，使用下图的格式：

图2.4 PTP Message Over Layer 2

• 时间戳使用Frequency and Time Generator产生的本地时间基准。