CN103581205B - 在多个mac中实现精准时戳的方法及*** - Google Patents
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Abstract
本发明揭示了一种在多个MAC中实现精准时戳的方法及***，PTP报文在MAC RX上捕捉纳秒格式的时间戳；入方向引擎捕捉的秒加纳秒格式的时间戳，与所述纳秒格式的时间戳计算得到MAC RX在接收PTP报文时的时间戳；出方向引擎捕捉秒加纳秒格式的时间戳，与MAC RX在接收PTP报文时的时间戳计算出驻留时间戳，将所述驻留时间戳打入PTP报文的字段，或者直接将出方向引擎捕捉的秒加纳秒格式的时间戳打入PTP报文的字段；根据MAC TX捕捉的纳秒格式的时间戳，与出方向引擎传递过来的纳秒格式的时间戳，计算出出方向引擎与MAC TX的延迟时间，并打入PTP报文的相应字段。本发明可以实现精度高达纳秒级别的PTP协议规格，大大减少总线的位宽，降低走线复杂度，同时也节约了使用成本。
Description
技术领域
本发明涉及网络通信领域，尤其是涉及一种在多个MAC中实现精准时戳的方法及***。
背景技术
伴随着网络技术的不断增加和发展，尤其是以太网在测量和控制***中应用越来越广泛，计算机和网络业界也在致力于解决以太网的定时同步能力不足的问题，以减少采用其它技术，例如IRIG-B等带来的额外布线开销，于是开发出一种软件方式的网络时间协议(NTP)，来提高各网络设备之间的定时同步能力。1992年NTP版本的同步准确度可以达到200μs，但是仍然不能满足测量仪器和工业控制所需的准确度。为了解决这个问题，同时还要满足其它方面需求，网络精密时钟同步委员会于2001年中获得IEEE仪器和测量委员会美国标准技术研究所(NIST)的支持，该委员会起草的规范在2002年底获得IEEE标准委员会通过，作为IEEE1588标准。该标准定义的就是PTP协议(Precision Time Protocol)。
PTP协议使用时间戳来同步本地时间，它所达到的微秒级精度使得这项技术适用于基于以太网的***，协议要求时间戳要尽量靠近物理层。但是随着以太网技术的不断发展，对以太网的定时同步的精确度也有了越来越高的要求。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种在多个MAC中实现精准时戳的方法及***，实现PTP协议高达纳秒级别的精度。
为实现上述目的，本发明提出如下技术方案：一种在多个MAC中实现精准时戳的方法，包括以下步骤：
步骤一，PTP引擎发送纳秒格式的时间戳到媒体访问控制器的接收端和传送端，并分别向入方向引擎和出方向引擎发送秒加纳秒格式的时间戳；
步骤二，PTP报文在媒体访问控制器的接收端捕捉所述纳秒格式的时间戳；
步骤三，根据入方向引擎捕捉的所述秒加纳秒格式的时间戳，与所述纳秒格式的时间戳计算得到媒体访问控制器的接收端在接收PTP报文时的秒加纳秒格式的时间戳；
步骤四，在出方向引擎内捕捉所述秒加纳秒格式的时间戳，与步骤三中计算得到的秒加纳秒格式的时间戳，计算出驻留时间戳，将所述驻留时间戳打入PTP报文的字段，或者直接将所述出方向引擎捕捉的秒加纳秒格式的时间戳打入PTP报文的字段；
步骤五，根据媒体访问控制器的传送端捕捉的纳秒格式的时间戳，与出方向引擎传递过来的纳秒格式的时间戳，计算出所述出方向引擎与所述媒体访问控制器的传送端的延迟时间戳，并打入PTP报文的相应字段。
优选地，所述步骤一中，在PTP引擎内进行时间差调整和漂移调整，得到调整后的秒加纳秒格式的时间戳，采用逐级广播的方式发送纳秒格式的时间戳到媒体访问控制器的接收端和传送端。
所述PTP引擎通过第一级QuadMAC模块向各个媒体访问控制器发送所述纳秒格式的时间戳，每个QuadMAC模块对应多个独立的媒体访问控制器。
所述PTP报文的字段包括Timestamp字段和CorrectField字段，所述驻留时间戳打入PTP报文的CorrectField字段，所述出方向引擎捕捉的秒加纳秒格式的时间戳打入PTP报文的Timestamp字段。
所述延迟时间打入所述PTP报文的CorrectField字段。
所述纳秒格式的时间戳为16比特纳秒时间戳。
所述秒加纳秒格式的时间戳为32比特秒加30比特纳秒时间戳。
本发明还提供了一种在多个MAC中实现精准时戳的***，包括PTP引擎单元、媒体访问控制器的接收单元、入方向引擎单元、出方向引擎单元和媒体访问控制器的传送单元，其中，
所述PTP引擎单元发送纳秒格式的时间戳到所述媒体访问控制器的接收单元和传送单元，并分别向入方向引擎单元和出方向引擎单元发送秒加纳秒格式的时间戳；
所述入方向引擎单元根据捕捉的所述秒加纳秒格式的时间戳，与所述纳秒格式的时间戳，计算得到媒体访问控制器的接收单元在接收PTP报文时的秒加纳秒格式的时间戳；
所述出方向引擎单元根据捕捉的所述秒加纳秒格式的时间戳与所述入方向引擎单元计算得到的时间戳计算出驻留时间戳，将所述驻留时间戳打入PTP报文的字段，或者直接将所述出方向引擎单元捕捉的秒加纳秒格式的时间戳打入PTP报文的字段；
所述媒体访问控制器的传送单元根据捕捉的纳秒格式的时间戳，与出方向引擎传递过来的纳秒格式的时间戳，计算出所述出方向引擎与所述媒体访问控制器的传送端的延迟时间戳，并打入PTP报文的相应字段。
优选地，在所述PTP引擎单元内进行时间差调整和漂移调整，得到调整后的秒加纳秒格式的时间戳，采用逐级广播的方式发送纳秒格式的时间戳到媒体访问控制器的接收端和传送端。
还包括报文缓存单元，用于暂存所述入方向引擎单元的处理后的PTP报文，以供所述出方向引擎单元读取。
本发明的有益效果是：(1)本发明可以实现精度高达纳秒级别的PTP协议规格；(2)采用逐级广播的方式发送时间戳，大大减少总线的位宽，降低走线复杂度，同时也节约了使用成本。
附图说明
图1是本发明在多个MAC中实现精准时戳的方法的流程示意图；
图2是本发明PTP引擎在芯片内部发送时间戳的原理结构示意图；
图3是本发明多个MAC中实现精准时戳的***的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整的描述。
本发明所揭示的一种在多个MAC中实现精准时戳的方法，用于提高PTP协议同步的时间精度。如图1所示，包括以下步骤：
步骤一，PTP引擎发送纳秒格式的时间戳到媒体访问控制器的接收端和传送端，并分别向入方向引擎和出方向引擎发送秒加纳秒格式的时间戳；
结合图2所示，以以太网交换机芯片为例来具体说明本发明的实施方案，图中所示的以太网交换机芯片包括48个媒体访问控制器(MAC)、一个集中的精准时间同步协议引擎(PTP引擎)、入方向处理引擎和出方向处理引擎。PTP引擎内部有一个精度高达纳秒的根据输入的参考时钟频率进行自由计数的一个自由计数器(FRC)，还有用于纠正本地参考晶振的频偏的漂移调整(Drift Adjust)和时间差调整(Offset Adjust)，时间差调整用于补偿本地时间和远端标准时间的差值，最后得到调整后的时间值应用于接收和发送时刻时戳。
在PTP引擎内进行漂移调整和时间差调整，从而获取到调整后的秒加纳秒格式的时间戳，本实施例中，秒加纳秒格式的时间戳为32比特秒加30比特纳秒时间戳，纳秒格式的时间戳为16比特纳秒时间戳。具体获取过程为：FRC在每个内核时钟周期跳动一下，相应的纳秒就会增加一个可配的步长，当纳秒值达到10的9次方的时候，就会向秒进位，并且纳秒清零，然后再加上纳秒位得到秒加纳秒格式的时间戳。例如，当内核时钟为125Mhz时，设置步长为8，则FRC经历125M个内核时钟周期后，就会计数到1秒。
PTP引擎调整完时间戳后，发送纳秒格式的时间戳到各个MAC中，并分别向入方向引擎和出方向引擎发送秒加纳秒格式的时间戳。如图2所示，为了降低芯片后端布线的拥挤，本发明采用逐级广播的方式，将纳秒格式的时间戳广播到所有的48个MAC中。具体为：PTP引擎将16比特纳秒格式的时间戳广播到所有的QuadMAC模块中(图中简称为QM模块)，同时将32比特秒加30比特纳秒格式的时间戳分别广播到入方向引擎和出方向引擎中，优选地，本实施方式中，所述QM模块共设置了12个，每一个QM模块对应4个独立的MAC。
步骤二，PTP报文在媒体访问控制器的接收端捕捉所述纳秒格式的时间戳；
优选地，PTP报文在媒体访问控制器的接收端捕捉16比特纳秒格式的时间戳，并进入入方向引擎中进行时间戳处理。
步骤三，根据入方向引擎捕捉的所述秒加纳秒格式的时间戳，与所述纳秒格式的时间戳计算得到媒体访问控制器的接收端在接收PTP报文时的秒加纳秒格式的时间戳；
优选地，所述入方向引擎根据捕捉的32比特秒加30比特纳秒格式的时间戳，与16比特纳秒格式的时间戳，计算得到媒体访问控制器的接收端在接收PTP报文时的32比特秒加30比特纳秒格式的时间戳。
步骤四，在出方向引擎内捕捉所述秒加纳秒格式的时间戳，与步骤三中计算得到的秒加纳秒格式的时间戳，计算出驻留时间戳，将所述驻留时间戳打入PTP报文的字段，或者直接将所述出方向引擎捕捉的秒加纳秒格式的时间戳打入PTP报文的字段；
优选地，所述出方向引擎捕捉32比特秒加30比特纳秒格式的时间戳与步骤三中计算得到的32比特秒加30比特纳秒格式的时间戳，计算出驻留时间戳，将所述驻留时间戳打入PTP报文的CorrectField字段，或者直接将所述出方向引擎捕捉的秒加纳秒格式的时间戳打入PTP报文的Timestamp字段。
步骤五，根据媒体访问控制器的传送端捕捉的纳秒格式的时间戳，与出方向引擎传递过来的纳秒格式的时间戳，计算出所述出方向引擎与所述媒体访问控制器的传送端的延迟时间，并打入PTP报文的相应字段。
优选地，根据MAC TX捕捉的16比特纳秒格式的时间戳，与出方向引擎传递过来的16比特纳秒格式的时间戳，计算出所述出方向引擎与所述MAC TX之间的延迟时间，并打入PTP报文的CorrectField字段。
本发明还揭示了一种时间戳处理***，如图3所示，包括PTP引擎单元、媒体访问控制器的接收单元(MAC RX)、入方向引擎单元、报文缓存单元、出方向引擎单元和媒体访问控制器的传送单元(MAC TX)。在所述PTP引擎单元内进行时间差调整和漂移调整，得到调整后的秒加纳秒格式的时间戳，采用逐级广播的方式发送纳秒格式的时间戳到所述媒体访问控制器的接收单元和传送单元，并分别向入方向引擎单元和出方向引擎单元发送秒加纳秒格式的时间戳。
所述入方向引擎单元根据捕捉的所述秒加纳秒格式的时间戳，与所述纳秒格式的时间戳，计算得到媒体访问控制器的接收单元在接收PTP报文时的秒加纳秒格式的时间戳；所述出方向引擎单元根据捕捉的所述秒加纳秒格式的时间戳与所述入方向引擎单元计算得到的时间戳计算出驻留时间戳，将所述驻留时间戳打入PTP报文的CorrectField字段，或者直接将所述出方向引擎单元捕捉的秒加纳秒格式的时间戳打入PTP报文的Timestamp字段。
所述媒体访问控制器的传送单元根据捕捉的纳秒格式的时间戳，与出方向引擎传递过来的纳秒格式的时间戳，计算出所述出方向引擎与所述媒体访问控制器的传送端的延迟时间戳，并打入PTP报文的CorrectField字段。
本发明的技术内容及技术特征已揭示如上，然而熟悉本领域的技术人员仍可能基于本发明的教示及揭示而作种种不背离本发明精神的替换及修饰，因此，本发明保护范围应不限于实施例所揭示的内容，而应包括各种不背离本发明的替换及修饰，并为本专利申请权利要求所涵盖。
Claims (10)
1.一种在多个MAC中实现精准时戳的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，PTP引擎发送纳秒格式的时间戳到媒体访问控制器的接收端和传送端，并分别向入方向引擎和出方向引擎发送秒加纳秒格式的时间戳；
步骤二，PTP报文在媒体访问控制器的接收端捕捉所述纳秒格式的时间戳；
步骤三，根据入方向引擎捕捉的所述秒加纳秒格式的时间戳，与所述纳秒格式的时间戳计算得到媒体访问控制器的接收端在接收PTP报文时的秒加纳秒格式的时间戳；
步骤四，在出方向引擎内捕捉所述秒加纳秒格式的时间戳，与步骤三中计算得到的秒加纳秒格式的时间戳，计算出驻留时间戳，将所述驻留时间戳打入PTP报文的字段，或者直接将所述出方向引擎捕捉的秒加纳秒格式的时间戳打入PTP报文的字段；
步骤五，根据媒体访问控制器的传送端捕捉的纳秒格式的时间戳，与出方向引擎传递过来的纳秒格式的时间戳，计算出所述出方向引擎与所述媒体访问控制器的传送端的延迟时间戳，并打入PTP报文的相应字段。
2.根据权利要求1所述的在多个MAC中实现精准时戳的方法，其特征在于，所述步骤一中，在PTP引擎内进行时间差调整和漂移调整，得到调整后的秒加纳秒格式的时间戳，采用逐级广播的方式发送所述纳秒格式的时间戳到媒体访问控制器的接收端和传送端。
3.根据权利要求2所述的在多个MAC中实现精准时戳的方法，其特征在于，所述PTP引擎通过第一级QuadMAC模块向各个媒体访问控制器发送所述纳秒格式的时间戳，每个QuadMAC模块对应多个独立的媒体访问控制器。
4.根据权利要求1所述的在多个MAC中实现精准时戳的方法，其特征在于，所述PTP报文的字段包括Timestamp字段和CorrectField字段，所述驻留时间戳打入PTP报文的CorrectField字段，所述出方向引擎捕捉的秒加纳秒格式的时间戳打入PTP报文的Timestamp字段。
5.根据权利要求4所述的在多个MAC中实现精准时戳的方法，其特征在于，所述延迟时间戳打入所述PTP报文的CorrectField字段。
6.根据权利要求1～3中任意一项所述的在多个MAC中实现精准时戳的方法，其特征在于，所述纳秒格式的时间戳为16比特纳秒时间戳。
7.根据权利要求1或2所述的在多个MAC中实现精准时戳的方法，其特征在于，所述秒加纳秒格式的时间戳为32比特秒加30比特纳秒时间戳。
8.一种在多个MAC中实现精准时戳的***，其特征在于，包括PTP引擎单元、媒体访问控制器的接收单元、入方向引擎单元、出方向引擎单元和媒体访问控制器的传送单元，其中，
所述PTP引擎单元发送纳秒格式的时间戳到所述媒体访问控制器的接收单元和传送单元，并分别向入方向引擎单元和出方向引擎单元发送秒加纳秒格式的时间戳；
所述入方向引擎单元根据捕捉的所述秒加纳秒格式的时间戳，与所述纳秒格式的时间戳，计算得到媒体访问控制器的接收单元在接收PTP报文时的秒加纳秒格式的时间戳；
所述出方向引擎单元根据捕捉的所述秒加纳秒格式的时间戳与所述入方向引擎单元计算得到的时间戳计算出驻留时间戳，将所述驻留时间戳打入PTP报文的字段，或者直接将所述出方向引擎单元捕捉的秒加纳秒格式的时间戳打入PTP报文的字段；
所述媒体访问控制器的传送单元根据捕捉的纳秒格式的时间戳，与出方向引擎传递过来的纳秒格式的时间戳，计算出所述出方向引擎与所述媒体访问控制器的传送端的延迟时间戳，并打入PTP报文的相应字段。
9.根据权利要求8所述的在多个MAC中实现精准时戳的***，其特征在于，在所述PTP引擎单元内进行时间差调整和漂移调整，得到调整后的秒加纳秒格式的时间戳，采用逐级广播的方式发送纳秒格式的时间戳到媒体访问控制器的接收端和传送端。
10.根据权利要求8所述的在多个MAC中实现精准时戳的***，其特征在于，还包括报文缓存单元，用于暂存所述入方向引擎单元的处理后的PTP报文，以供所述出方向引擎单元读取。
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