工業(yè)以太網(wǎng)中IEEE 1588時鐘同步技術研究.pdf

1、近年來，分布式系統(tǒng)在通信、導航和電力等領域得到廣泛應用。隨著系統(tǒng)復雜程度和數(shù)據(jù)交換速度的增加，對系統(tǒng)實時性能提出了越來越高的要求。其中，維持各網(wǎng)絡節(jié)點間時鐘的嚴格同步是保障系統(tǒng)實時性的關鍵。因而，研究高精度時鐘同步方法以解決分布式測控系統(tǒng)中的實時通信問題具有重要理論和實用價值。本文結合當前應用背景，以工業(yè)以太網(wǎng)為依托，主要研究了基于IEEE1588協(xié)議的分布式時鐘同步技術。
　　 首先，論文比較了現(xiàn)有各種時鐘同步方法的優(yōu)缺點，闡

2、述了國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，詳細介紹了IEEE1588協(xié)議的同步原理和關鍵算法。然后，針對時鐘同步系統(tǒng)的特點，以TI公司LM3S8962芯片為核心，提出一種系統(tǒng)硬件設計方案，實現(xiàn)包括電源、串行通信和以太網(wǎng)接口在內(nèi)的功能模塊。在保證系統(tǒng)時鐘精度的前提下，選擇μC/OS-Ⅱ?qū)崟r操作系統(tǒng)來管理各項時鐘同步任務，并完成核心板系統(tǒng)移植；同時，采用一種用鎖定任務調(diào)度器代替開關中斷進入臨界區(qū)的方式縮短μC/OS-Ⅱ中斷響應時間，進一步改善實時性能。另外，將輕

3、量級IP協(xié)議棧(LwIP)移植至操作系統(tǒng)，實現(xiàn)以太網(wǎng)卡驅(qū)動和郵箱鏈表，從而構建時鐘同步報文傳輸?shù)木W(wǎng)絡通信基礎。
　　 其次，重點研究IEEE1588時鐘同步服務器和客戶端在LM3S8962目標板上的實現(xiàn)。文中給出了開發(fā)環(huán)境的建立方法和系統(tǒng)軟件的總體框架，闡明了系統(tǒng)中斷與任務的協(xié)調(diào)關系。以維持系統(tǒng)精確時間度量為重點，提出一種兼顧長時穩(wěn)定性和時效性的解決方案：即每隔一個或多個PPS脈沖，借助串口衛(wèi)星時間幀校準本地時鐘；采用高優(yōu)先級定

4、時器中斷，維持精確短時時鐘。此外，為避免系統(tǒng)掉電后時間信息丟失和滿足系統(tǒng)管理及參數(shù)設置的需要，分別設計了RTC和系統(tǒng)管理功能。以上述工作為基礎，分別完成IEEE1588服務器與客戶端軟件開發(fā)，并借助LwIP提供的API(應用程序接口)實現(xiàn)了兩者之間時鐘同步報文的UDP/IP通信。
　　 最后，通過實驗室模擬環(huán)境對系統(tǒng)同步性能進行了測試。實驗結果表明：時鐘同步精度達到亞微秒級，可滿足大多數(shù)分布式測控系統(tǒng)對高精度時鐘同步的要求，具有