基于A(yíng)RM-WinCE平臺的時(shí)鐘同步設計

摘要：時(shí)鐘同步是分布式系統的核心技術(shù)之一，為實(shí)現基于ARM—WinCE嵌入式系統平臺的測試儀器組建分布式測試系統，在介紹IEEE1588精確時(shí)鐘協(xié)議基本原理的基礎上，提出了使用具有IEEE1588協(xié)議硬件支持功能的DP83640以太網(wǎng)物理層收發(fā)器在基于ARM-WinCE的嵌入式系統平臺上實(shí)現時(shí)鐘同步的設計方案，給出了硬件設計的接口電路和軟件設計框架。經(jīng)測試該方案可達到不低于1μs的同步精度。
關(guān)鍵詞：時(shí)鐘同步；IEEE1588；ARM；WinCE；DP83640

隨著(zhù)計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò )通信技術(shù)的進(jìn)步，組建分布式網(wǎng)絡(luò )化測試系統，提高測試效率、共享信息資源，已成為現代測試系統發(fā)展的方向。分布式測試系統通過(guò)網(wǎng)絡(luò )等通信媒介把分布于各測試點(diǎn)、獨立完成特定功能的測試設備連接起來(lái)，以達到測試資源共享和協(xié)同工作等目的。時(shí)鐘同步是分布式系統的核心技術(shù)之一，其目的是維護一個(gè)全局一致的物理或邏輯時(shí)鐘，使得系統內各個(gè)節點(diǎn)中與時(shí)間有關(guān)的信息、事件及行為有一個(gè)全局一致的解釋。IEEE1588精確時(shí)鐘協(xié)議是當前分布式測試系統中時(shí)鐘同步研究的熱點(diǎn)。采用硬件支持的IEEE1588協(xié)議能夠在以太網(wǎng)中不同結點(diǎn)之間實(shí)現納秒級的時(shí)鐘同步，為工廠(chǎng)自動(dòng)化、測試和測量以及通信等領(lǐng)域需要高精度時(shí)鐘同步的應用提供了一種有效的解決方案。本文采用具有IEEE1588精確時(shí)鐘協(xié)議硬件支持功能DP83640芯片在基于ARM和WinCE的嵌入式系統平臺上實(shí)現IEEE1588協(xié)議，為基于嵌入式系統的智能測試儀器組成分布式測試系統奠定了基礎。

1 IEEE1588協(xié)議原理
IEEE1588的全稱(chēng)是“網(wǎng)絡(luò )測量和控制系統的精密時(shí)鐘同步協(xié)議標準”，簡(jiǎn)稱(chēng)精確時(shí)鐘協(xié)議(Precision Time Protocol，PIP)。IEEE1588協(xié)議是通用的提升網(wǎng)絡(luò )系統定時(shí)同步能力的規范，在起草過(guò)程中主要參考以太網(wǎng)來(lái)編制，使分布式通信網(wǎng)絡(luò )能夠具有嚴格的定時(shí)同步，并且應用于工業(yè)自動(dòng)化系統?；緲嬎际峭ㄟ^(guò)硬件和軟件將網(wǎng)絡(luò )設備(客戶(hù)機)的內時(shí)鐘與主控機的主時(shí)鐘實(shí)現同步，提供同步建立時(shí)間小于10μs的運用，與未執行IEEE1588協(xié)議的以太網(wǎng)延遲時(shí)間1000μs相比，整個(gè)網(wǎng)絡(luò )的定時(shí)同步指標有顯著(zhù)的改善。
IEEE1588時(shí)鐘協(xié)議在進(jìn)行時(shí)鐘同步時(shí)，主時(shí)鐘設備按照一定的時(shí)間間隔(一般為2 s)周期性地以廣播方式發(fā)送同步報文(Sync)和同步跟隨報文(FollowUp)，且在FollowUp報文中記錄Sync報文的發(fā)送時(shí)間戳t1，而從時(shí)鐘設備接收Syne報文記錄接收時(shí)間戳為t2；然后，從時(shí)鐘設備節點(diǎn)定期發(fā)送延遲請求報文(Delay_Req)(一般4～60 s發(fā)送一次)，并記錄其發(fā)送時(shí)間戳t3，主時(shí)鐘設備接收判延遲請求后，記錄接收時(shí)間戳t4，并給相應從節點(diǎn)發(fā)送延遲請求響應報文(Delay_Resp)，該報文信息中包古時(shí)間戳t4。通過(guò)得到的4個(gè)時(shí)間戳，可以計算出主從時(shí)鐘之間的偏移量Toffset和網(wǎng)絡(luò )傳輸的線(xiàn)路延遲ms_delay，其過(guò)程如圖1所示。