CN109495203A - 一种ptp从钟的恢复*** - Google Patents

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许文
管晓权
田永和
刘长羽
叶泂涛
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Abstract

本发明提供了一种PTP从钟的恢复***，其特征在于，包括：PTP模块，在PHY层(物理层)对PTP数据包打时间戳，在***配置成主时钟源时输出高精度、高稳定度的PTP，硬件级的响应PTP同步请求及硬件自动定时发送PTP同步包；***配置成从钟时，可接收、发送PTP同步事件报文及通用报文，根据最佳主时钟源选择算法选择最优PTP主时钟源，计算PTP同步线路延时及本地与PTP主时钟源的时钟偏差；输入信号处理及***时钟频率调整模块，其用于调整***时钟信号的频率，使***时钟频率锁定到外部标准参考信号或PTP输入上；以及本地时钟模块，其用于为***提供本地参考时钟，作为***精度的基础。

Description

一种PTP从钟的恢复***
技术领域
本发明涉及PTP同步技术，尤其涉及PTP时间戳获取、自动发送PTP同步包及响应PTP同步请求以及时钟调频、锁相技术，具体地说是一种PTP从钟的恢复***。
背景技术
PTP端对端透明时钟设备像普通的网桥、路由器或交换机一样，转发主时钟设备与从时钟设备之间交互的所有报文。典型的，端对端透明时钟设备的驻留时间桥对于交互的PTP事件报文，会计算该报文经过该设备的驻留时间，并将该驻留时间在该PTP事件报文的一个特定字段进行累计，从时钟设备接收到PTP事件报文后读取其中携带的驻留时间及其他时间戳进行时钟同步。而计算驻留所使用的时间戳(也即驻留时间)是由透明时钟设备基于本地时钟产生。
但是，实际上端对端透明时钟设备的本地时钟并不准确，不一定与主时钟设备始终保持同步，所以基于本地时钟计算的驻留时间也就会存在误差，从而影响从时钟设备的时钟同步精度。
为此，现有方法中，PTP端对端透明时钟设备通常是根据已做过上行驻留时间校正的主时钟设备及本地时钟设备对PTP事件报文中Sync报文的发送周期，计算主时钟和本地时钟速率的比值(即频率偏移因子，Ff)，然后根据所述比值来修正本地时钟。但是该方法存在获得的本地时钟速率和主时钟速率误差过大的问题，例如受网络环境等各种因素的影响，PTP端对端透明时钟设备对主时钟定期发送的各Sync报文，本身就不可能严格是按照特定周期进行转发的，只能是大致估算一个对Sync报文的发送周期，从而导致驻留时间的精确度难以保证。
发明内容
为了解决上述的技术问题，克服现有技术中的不足，提供一种PTP从钟的恢复***。
本发明解决上述问题所采用的技术方案是：一种PTP从钟的恢复***，其特征在于，包括：PTP模块，在PHY层(物理层)对PTP数据包打时间戳，在***配置成主时钟源时输出高精度、高稳定度的PTP，硬件级的响应PTP同步请求及硬件自动定时发送PTP同步包；***配置成从钟时，可接收、发送PTP同步事件报文及通用报文，根据最佳主时钟源选择算法选择最优PTP主时钟源，计算PTP同步线路延时及本地与PTP主时钟源的时钟偏差；输入信号处理及***时钟频率调整模块，其用于调整***时钟信号的频率，使***时钟频率锁定到外部标准参考信号或PTP输入上；以及本地时钟模块，其用于为***提供本地参考时钟，作为***精度的基础。
进一步的，本发明还包括外部标准参考源输入模块，其在***配置成主时钟源时，***将锁定到外部标准参考信号上，从而为***作为PTP主时钟源时提供准确的、稳定的参考源；以及本地标准时钟信号产生模块，其用于产生标准的本地同步信号。
进一步的，所述PTP从钟的恢复***可配置***工作模式，使***作为PTP主时钟源或PTP从钟，可在PHY层(物理层)对PTP数据包打时间戳；所述***作为PTP主时钟源时，可以硬件级的响应PTP从钟的PTP同步请求，及硬件自动定时发送PTP同步包，从而扩大PTP输出的容量，作为PTP从钟时，可接收、发送PTP同步事件报文及通用报文，可根据最佳主时钟选择算法选择最优PTP主时钟源，计算PTP同步线路延时及本地与PTP主时钟源的时钟偏差；调整***时钟频率从而快速的锁定到外部输入的标准参考信号或PTP输入上；所述***根据实际需求选用不同精度和稳定度的本地时钟振荡器，用以达成不同精度和稳定度的本地标准时钟信号。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、实现了灵活的***配置，可配置成PTP主钟或PTP从钟；
2、可在物理层对PTP包打时间戳，硬件可自动发送或响应PTP同步；
3、提供了时间相位测量和保持算法的电路，提供了卓越的保持特性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明的结构组成原理图。
图2是本发明实施例1中的结构示意图。
具体实施方式
一种PTP从钟的恢复***，包括：PTP模块，在PHY层(物理层)对PTP数据包打时间戳，在***配置成主时钟源时输出高精度、高稳定度的PTP，硬件级的响应PTP同步请求及硬件自动定时发送PTP同步包；***配置成从钟时，可接收、发送PTP同步事件报文及通用报文，根据最佳主时钟源选择算法选择最优PTP主时钟源，计算PTP同步线路延时及本地与PTP主时钟源的时钟偏差；输入信号处理及***时钟频率调整模块，其用于调整***时钟信号的频率，使***时钟频率锁定到外部标准参考信号或PTP输入上；以及本地时钟模块，其用于为***提供本地参考时钟，作为***精度的基础。还包括外部标准参考源输入模块，其在***配置成主时钟源时，***将锁定到外部标准参考信号上，从而为***作为PTP主时钟源时提供准确的、稳定的参考源；以及本地标准时钟信号产生模块，其用于产生标准的本地同步信号。
所述PTP从钟的恢复***可配置***工作模式，使***作为PTP主时钟源或PTP从钟，可在PHY层(物理层)对PTP数据包打时间戳；所述***作为PTP主时钟源时，可以硬件级的响应PTP从钟的PTP同步请求，及硬件自动定时发送PTP同步包，从而扩大PTP输出的容量，作为PTP从钟时，可接收、发送PTP同步事件报文及通用报文，可根据最佳主时钟选择算法选择最优PTP主时钟源，计算PTP同步线路延时及本地与PTP主时钟源的时钟偏差；调整***时钟频率从而快速的锁定到外部输入的标准参考信号或PTP输入上；所述***根据实际需求选用不同精度和稳定度的本地时钟振荡器，用以达成不同精度和稳定度的本地标准时钟信号。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1。
如图1所示，一种PTP从钟的恢复***，满足了地铁***、高铁***、电力***和交通***等的时间同步装置对时钟精度的要求，其中包括外部标准参考源输入模块，PTP模块，本地时钟模块，输入信号处理及***时钟频率调整模块，本地标准时钟信号产生模块。
外部标准参考信号输入模块，如GPS或北斗卫星信号接收模块提供的标准信号，用于在***配置成主时钟源时，***将锁定到外部标准参考信号上，从而为***作为PTP主时钟时提供准确的、稳定的参考源，在本***配置成从时钟时，此模块可不使用；PTP模块，用于处理PTP同步数据，在***被配置成主时钟时可输出PTP，在***被配置成从时钟时来进行PTP输入，其可在PHY层(物理层)对PTP数据包打时间戳；本地时钟模块为***提供本地参考时钟，是***精度的基础；输入信号处理及***时钟频率调整模块主要对输入参考源进行处理，包括对输入的外部标准参考信号进行频率、相位的测量，对PTP输入处理，产生本地时钟频率调整所需的数据，从而调整***时钟频率，使本地标准时钟锁定到外部标准参考信号或PTP输入上；本地标准时钟信号产生模块，可产生标准的本地同步信号。
如图2所示，CPU用于***管理控制，网络通信，包括PTP协议的实现；标准信号输入模块用于接收外部标准参考信号，如GPS或北斗卫星信号，PTP接口模块用于接收发送PTP同步信息，外部标准参考信号及PTP同步信息都会提供给现场可编程门阵列(FPGA)，在FPGA中实现对时钟信号的调整锁相及PTP同步的硬件解析。FPGA中主要有以下功能模块：输入信号频率，相位处理模块，频率、相位调整控制信息产生模块，时钟频率调整模块，PTP模块。
时钟调整锁相功能主要用FPGA来实现，其中当***配置成PTP主时钟源时，输入信号频率、相位处理模块主要用来处理外部输入的标准参考信号，从外部标准参考信号中提取出频率、相位等***时钟调整所需的参考信息；当***配置成PTP从钟时，***将从PTP输入提取频率、相位等***时钟调整所需的参考信息。频率、相位调整控制信息产生模块主要实现将参考信号的频率、相位等信息转换成频率、相位调整的控制信息，从而控制***频率、相位的调整。时钟频率调整模块实现对本地高稳振荡器模块提供的本地参考时钟信号进行处理，合成***所需的时钟频率，使其锁定到外部标准参考信号上。PTP模块是在FPGA中实现对以太网通信的监测，主要实现PTP的硬件级解析功能，使PTP同步通信可在PHY层(物理层)打时间戳，并且在***配置成PTP主时钟源的时候，CPU可以配置FPGA中的PTP模块，使PTP模块可以定时发送PTP同步包及硬件级的响应PTP同步请求；在***配置成PTP从钟的时候，CPU可以接收、发送PTP同步的事件报文及通用报文，可根据最佳主时钟选择算法选择最优PTP主时钟源，并根据PTP模块获取的硬时间戳，计算PTP同步线路延时及本地与PTP主时钟源的时钟偏差。
应当指出，以上借助优选实施例对本发明的技术方案进行的详细说明是示意性的而非限制性的。本领域的普通技术人员在阅读本发明说明书的基础上可以对实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的范围。

Claims (3)

1.一种PTP从钟的恢复***，其特征在于，包括：
PTP模块，在PHY层(物理层)对PTP数据包打时间戳，在***配置成主时钟源时输出高精度、高稳定度的PTP，硬件级的响应PTP同步请求及硬件自动定时发送PTP同步包；***配置成从钟时，可接收、发送PTP同步事件报文及通用报文，根据最佳主时钟源选择算法选择最优PTP主时钟源，计算PTP同步线路延时及本地与PTP主时钟源的时钟偏差；
输入信号处理及***时钟频率调整模块，其用于调整***时钟信号的频率，使***时钟频率锁定到外部标准参考信号或PTP输入上；以及
本地时钟模块，其用于为***提供本地参考时钟，作为***精度的基础。
2.根据权利要求1所述的一种PTP从钟的恢复***，其特征在于，还包括外部标准参考源输入模块，其在***配置成主时钟源时，***将锁定到外部标准参考信号上，从而为***作为PTP主时钟源时提供准确的、稳定的参考源；以及本地标准时钟信号产生模块，其用于产生标准的本地同步信号。
3.根据权利要求1或2所述的一种PTP从钟的恢复***，其特征在于，所述PTP从钟的恢复***可配置***工作模式，使***作为PTP主时钟源或PTP从钟，可在PHY层(物理层)对PTP数据包打时间戳；所述***作为PTP主时钟源时，可以硬件级的响应PTP从钟的PTP同步请求，及硬件自动定时发送PTP同步包，从而扩大PTP输出的容量，作为PTP从钟时，可接收、发送PTP同步事件报文及通用报文，可根据最佳主时钟选择算法选择最优PTP主时钟源，计算PTP同步线路延时及本地与PTP主时钟源的时钟偏差；调整***时钟频率从而快速的锁定到外部输入的标准参考信号或PTP输入上；所述***根据实际需求选用不同精度和稳定度的本地时钟振荡器，用以达成不同精度和稳定度的本地标准时钟信号。
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