發(fā)布時間：2020-04-17 05:51

【摘要】：當今社會已步入信息時代,隨著分布式網(wǎng)絡(luò)廣泛普及,許多應用都對時鐘同步提出了極為嚴苛的需求,導致許多企業(yè)開發(fā)了僅滿足自身需求,不同精度的時鐘同步系統(tǒng)。如何快速有效的研發(fā)一種通用時鐘同步系統(tǒng),滿足不同頻率時鐘的對時需求,提供精確有效的時鐘同步服務(wù),是當前超大規(guī)模通信芯片通信時鐘優(yōu)化處理迫切需要解決的關(guān)鍵問題。國際上,針對通信系統(tǒng)時鐘同步需求,頒布了高精度對時同步協(xié)議IEEE1588,遵循IEEE1588標準集成開發(fā)的同步系統(tǒng)具有優(yōu)點包括:(1)在不增加網(wǎng)絡(luò)負荷的情況下完成高精度系統(tǒng)時鐘同步;(2)能夠滿足不同頻率、不同類型的子時鐘高精度對時,實現(xiàn)系統(tǒng)中各模塊間時鐘同步處理。本文面向分布式網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)相關(guān)實時性的問題,基于一款通信SoC,遵循IEEE1588協(xié)議,改善提升系統(tǒng)時鐘同步精度,設(shè)計實現(xiàn)了亞微秒級別時鐘同步精度對時模塊。本文主要工作如下:(1)對IEEE1588協(xié)議進行細致研究,詳細分析了各種時鐘模型及適用范圍,以及與此相對應的對時時鐘分類方法與實現(xiàn)要點,包括:搭建同步通信系統(tǒng)與模型、研究系統(tǒng)對時操作實現(xiàn)細節(jié)以及內(nèi)部時間戳采集方法等。論文進一步面向通信SoC中時鐘同步模塊的設(shè)計與實現(xiàn),研究了時鐘同步算法、PTP消息格式、誤差分析方法以及誤差延時處理辦法。(2)論文分析了通信SoC的時鐘同步需求,IEEE1588時鐘同步模塊的相關(guān)開發(fā)環(huán)境,規(guī)劃了具體的模塊外部接口。在設(shè)計中,本文將同步模塊劃分為:發(fā)送/接收包解析與處理模塊;接口與信號同步模塊;控制狀態(tài)寄存器模塊以及本地時鐘同步模塊等五個功能模塊。論文對各功能模塊進行Verilog代碼實現(xiàn),在基于模塊功能劃分的基礎(chǔ)上,設(shè)計的Verilog代碼具有較好的可讀性,另外通過對設(shè)計模塊的封裝,能夠給外部接口提供主流總線接口調(diào)用(AXI主接口與APB從接口),具有較好的兼容性和移植性。(3)基于設(shè)計模塊,論文對驗證方法進行分析,給出了驗證方案,搭建了模塊級驗證平臺,針對不同時鐘模式、不同設(shè)備類型、不同報文消息進行了基礎(chǔ)收發(fā)驗證。驗證結(jié)果表明,依照論文方案設(shè)計的模塊可正常進行傳輸操作,成功實現(xiàn)了時間戳捕獲功能。另一方面,論文對系統(tǒng)時鐘同步功能進行驗證,針對兩設(shè)計模塊消息交互,將其集成至系統(tǒng)平臺進行驗證,通過對不同對時模式的逐一驗證,基于對輸出信號脈沖與時間戳的采集,驗證了設(shè)計功能的正確性。(4)最終,本設(shè)計基于一款通信SoC的以太網(wǎng)IP進行開發(fā)集成,為滿足該模塊分布式網(wǎng)絡(luò)的傳輸需求,設(shè)計實現(xiàn)了針對以太網(wǎng)包、IPv4與IPv6包格式的解析處理模塊。另外,通過對收發(fā)包解析模塊進行調(diào)整,本設(shè)計可移植至其它分布式網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),設(shè)計具有良好的可移植性,能滿足不同通信SoC以太網(wǎng)模塊對時同步需求。
【圖文】：

對寄存器依次寫入 0xffff_ffff、0xaaaa_aaaa、0x8765_4321、0x5555_5555、0x1234_5678 以及 0x0000_0000 數(shù)據(jù)信息。為保證驗證的嚴謹性，寫入操作與數(shù)據(jù)讀取操作需交替進行，并通過硬件比較兩組信息得出相應驗證結(jié)果。4.4 基于模塊級的時間戳發(fā)送功能驗證4.4.1 普通/邊界時鐘主模式時間戳發(fā)送驗證思路：基于 4.2.1 通用配置，將設(shè)備模式配置為普通/邊界時鐘主模式，使能一步時間戳功能。通過 testcase.v 文件配置發(fā)送 SYNC，Delay_Req，Pdelay_Req，Pdelay_Resp 消息。由于這四個報文均為事件類型報文，按協(xié)議規(guī)定均可進行時間戳捕獲操作，但須與設(shè)備模式相匹配。本驗證項中設(shè)備將配置為普通/邊界時鐘主模式，，由以上章節(jié)可知該模式下，僅有 SYNC 報文進行相應的時間戳采集操作，具體驗證截圖如下；第四章 IEEE1588對時模塊的模塊級驗證

4.4 基于模塊級的時間戳發(fā)送功能驗證4.4.1 普通/邊界時鐘主模式時間戳發(fā)送驗證思路：基于 4.2.1 通用配置，將設(shè)備模式配置為普通/邊界時鐘主模式，使能一步時間戳功能。通過 testcase.v 文件配置發(fā)送 SYNC，Delay_Req，Pdelay_Req，Pdelay_Resp 消息。由于這四個報文均為事件類型報文，按協(xié)議規(guī)定均可進行時間戳捕獲操作，但須與設(shè)備模式相匹配。本驗證項中設(shè)備將配置為普通/邊界時鐘主模式，由以上章節(jié)可知該模式下，僅有 SYNC 報文進行相應的時間戳采集操作，具體驗證截圖如下；圖 4.5 主設(shè)備發(fā)送波形 1
【學位授予單位】：西安電子科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TN47;TP393.11

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本文編號：2630532