关于车载 时间同步 的理解

目录

1. 时间同步的应用场景

2.时间同步协议的理解

2.1 请求应答机制同步原理    ​​​​​

 2.2 端延时机制同步原理    ​​​​

3.基于Autosar CAN时间同步

3.1 同步流程

3.2 CAN同步消息结构

3.3 基于CAN消息的实际用法

 4.基于Autosar 以太网时间同步

4.1 Autosar 以太网时间同步说明

4.2 Autosar 以太网时间同步原理

4.3 Autosar 以太网时间同步消息格式

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1. 时间同步的应用场景

    考虑自动驾驶/ADAS领域，这类控制器，一般包含各类的传感器，如ODO，GPS，地图，摄像头，毫米波雷达，超声波雷达等，因此这些传感器数据精确的采集时间显得尤为重要，因为直接关系到最后做传感器融合以及决策规划，因此必须保证精确使用哪一个时刻的数据。

2.IEEE1588 时间同步协议的理解

    车载里面，常用的时间同步协议是 IEEE 1588 即所谓的PTP（ precise time protocol，精确时间协议），下面就针对PTP进行详细解释说明。

    IEEE 1588 是精确时间同步协议，精度可以达到微秒级，以下针对其时间同步原理说明。

2.1 请求应答机制同步原理    ​​​​

如图所示，包含主时钟和从时钟，主时钟是发送时钟的节点，所有节点和它对比，进行时间同步。

主要过程分为四步：

（1）Sync，主时钟发出 sync 报文，并记录下 sync 报文离开主时钟的精确发送时间 T1;

（2）Follow_up，主时钟将精确发送时间 T1 封装到 Follow_up 报文中，发送给从时钟；

（3）Delay_Req，从时钟向主时钟，发送Delay_Req报文，用于方向传输延时计算，并记录发送时刻T3，主时钟收到该报文后，记录接收时刻T4；

（4）Delay_Resp，主时钟收到Delay_Req后，回复一个Delay_Resp的报文，将T4告诉从时钟。

从第二张图，我们可以清晰的看到，从时钟已经精确知道T1 ，T2，T3，T4四个时刻。

主-->从，发送传输延时 T2-T1；

从-->主，发送传输延时 T4-T3；

但是以上的计算是基于主时钟和从时钟同步的场景，真实情况是主时钟和从时钟存在偏差，我们假设这个偏差为offset，即 T主-T从 = offset。

在网络中，一般主-->从，从-->主 网络延时是一样；

T4 - T3 = delay - offset;

T2 - T 1 = delay+ offset;

因此传递的延时 :

delay = [(T2-T1) + (T4-T3)] / 2 

由于offset存在，映射到从时钟 时间轴上计算offset:

offset = [(T2-T1) - (T4-T3)] / 2

这里offset 很好理解的一点是，T2 - T1 = offset+delay  记住这一点就好理解。

考虑到是否需要Follow_up报文，这里有分为单步模式和双步模式；

所谓的单步模式，是没有Follow_up报文，T1的时间戳，直接由sync 报文发出；

所谓的双步模式，即有Follow_up报文，T1的时间戳，由Follow_up报文携带。

 2.2 端延时机制同步原理    ​​​​

 所谓的端延时机制，是在请求响应延时的基础上，增加pdelay_resp和Pdelay_resp_follow_up的计算，主要是为了进一步考虑上游链路的延时；

进而得到delay：

delay = [(T4-T3) + (T6-T5)] / 2

进而得到offset:

offset = (T2-T1) - {[(T4-T3) + (T6-T5)] / 2}

这里offset 很好理解的一点是，T2 - T1 = offset+delay  

当然这里根据是否需要follow_up 报文，也可以分为单步模式或双步模式，不进一步说明。

3.基于Autosar CAN时间同步

CAN的时间同步和上文提到的IEEE1588 区别较大，请注意区分。

3.1 同步流程

Autosar中专门用于CAN 时间同步的模块是CanTSyn，同步的流程如下图 

第一步. Master在t1r时刻先发送一个SYNC信号，但这个信号写的是之前要发送SYNC时的时间点(t0r)，然后在t2r时刻Slave接收到了这个SYNC信号。

第二步. Master再次发送一个FUP信号，这个信号的内容就是他t1r-t0r的值。

第三步. 最后在Slave方，我们就可以计算出本地当下的同步时间值=(t3r-t2r)+t1r

3.2 CAN同步消息结构

以不带CRC的为例说明

SYNC报文，这里Byte4~7放入我们需要同步的时间

 FUP报文 ，这里Byte4~7放入我们需要同步的时间

 这里需要特别注意的是，SYNC和FUP共用一个CAN ID，他们只是type不一样。

3.3 基于CAN消息的实际用法

首先，在SYNC报文中，塞入基于秒的时间，即所谓的t0r;

然后，在FUP报文中，塞入基于纳秒的时间，即所谓的t4r = t1r - t0r，此时从节点知道，发送方真实的发送时刻为 t1r ，即t0r秒t4r纳秒

这样 从节点就可以得到当前真实的时间，current_time = t0r + t4r + t3r-t2r

这里t3r，表示计算时刻，从节点本地的时间。

下文是原文，意思同上面提到的表述是一个意思，有兴趣的可以仔细查看。

 4.基于Autosar 以太网时间同步

4.1 Autosar 以太网时间同步说明

Autosar中，以太网同步模块是EthTSyn，Autosar以太网的时间同步，与IEEE 1588 / IEEE802.1AS稍有不同，主要不同点是，Autosar时间同步：

• 定义ECU的优先级
• 只考虑静态配置情况

整体架构如下图

4.2 Autosar 以太网时间同步原理

 计算过程参考IEEE 1588/IEEE 802.1AS;

4.3 Autosar 以太网时间同步消息格式

参考Autosar标准即可，此处不做展开。