【摘要】：當(dāng)今社會已步入信息時(shí)代,隨著分布式網(wǎng)絡(luò)廣泛普及,許多應(yīng)用都對時(shí)鐘同步提出了極為嚴(yán)苛的需求,導(dǎo)致許多企業(yè)開發(fā)了僅滿足自身需求,不同精度的時(shí)鐘同步系統(tǒng)。如何快速有效的研發(fā)一種通用時(shí)鐘同步系統(tǒng),滿足不同頻率時(shí)鐘的對時(shí)需求,提供精確有效的時(shí)鐘同步服務(wù),是當(dāng)前超大規(guī)模通信芯片通信時(shí)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(shí)鐘同步需求,頒布了高精度對時(shí)同步協(xié)議IEEE1588,遵循IEEE1588標(biāo)準(zhǔn)集成開發(fā)的同步系統(tǒng)具有優(yōu)點(diǎn)包括:(1)在不增加網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷的情況下完成高精度系統(tǒng)時(shí)鐘同步;(2)能夠滿足不同頻率、不同類型的子時(shí)鐘高精度對時(shí),實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)中各模塊間時(shí)鐘同步處理。本文面向分布式網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)相關(guān)實(shí)時(shí)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(shí)鐘同步精度,設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了亞微秒級別時(shí)鐘同步精度對時(shí)模塊。本文主要工作如下:(1)對IEEE1588協(xié)議進(jìn)行細(xì)致研究,詳細(xì)分析了各種時(shí)鐘模型及適用范圍,以及與此相對應(yīng)的對時(shí)時(shí)鐘分類方法與實(shí)現(xiàn)要點(diǎn),包括:搭建同步通信系統(tǒng)與模型、研究系統(tǒng)對時(shí)操作實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)以及內(nèi)部時(shí)間戳采集方法等。論文進(jìn)一步面向通信SoC中時(shí)鐘同步模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn),研究了時(shí)鐘同步算法、PTP消息格式、誤差分析方法以及誤差延時(shí)處理辦法。(2)論文分析了通信SoC的時(shí)鐘同步需求,IEEE1588時(shí)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(jì)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(shí)鐘同步模塊等五個(gè)功能模塊。論文對各功能模塊進(jìn)行Verilog代碼實(shí)現(xiàn),在基于模塊功能劃分的基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)的Verilog代碼具有較好的可讀性,另外通過對設(shè)計(jì)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(jì)模塊,論文對驗(yàn)證方法進(jìn)行分析,給出了驗(yàn)證方案,搭建了模塊級驗(yàn)證平臺,針對不同時(shí)鐘模式、不同設(shè)備類型、不同報(bào)文消息進(jìn)行了基礎(chǔ)收發(fā)驗(yàn)證。驗(yàn)證結(jié)果表明,依照論文方案設(shè)計(jì)的模塊可正常進(jìn)行傳輸操作,成功實(shí)現(xiàn)了時(shí)間戳捕獲功能。另一方面,論文對系統(tǒng)時(shí)鐘同步功能進(jìn)行驗(yàn)證,針對兩設(shè)計(jì)模塊消息交互,將其集成至系統(tǒng)平臺進(jìn)行驗(yàn)證,通過對不同對時(shí)模式的逐一驗(yàn)證,基于對輸出信號脈沖與時(shí)間戳的采集,驗(yàn)證了設(shè)計(jì)功能的正確性。(4)最終,本設(shè)計(jì)基于一款通信SoC的以太網(wǎng)IP進(jìn)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(jì)實(shí)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(jìn)行調(diào)整,本設(shè)計(jì)可移植至其它分布式網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),設(shè)計(jì)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(shí)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(yàn)證的嚴(yán)謹(jǐn)性，寫入操作與數(shù)據(jù)讀取操作需交替進(jìn)行，并通過硬件比較兩組信息得出相應(yīng)驗(yàn)證結(jié)果。4.4 基于模塊級的時(shí)間戳發(fā)送功能驗(yàn)證4.4.1 普通/邊界時(shí)鐘主模式時(shí)間戳發(fā)送驗(yàn)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(shí)鐘主模式，使能一步時(shí)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(gè)報(bào)文均為事件類型報(bào)文，按協(xié)議規(guī)定均可進(jìn)行時(shí)間戳捕獲操作，但須與設(shè)備模式相匹配。本驗(yàn)證項(xiàng)中設(shè)備將配置為普通/邊界時(shí)鐘主模式，，由以上章節(jié)可知該模式下，僅有 SYNC 報(bào)文進(jìn)行相應(yīng)的時(shí)間戳采集操作，具體驗(yàn)證截圖如下；第四章 IEEE1588對時(shí)模塊的模塊級驗(yàn)證

4.4 基于模塊級的時(shí)間戳發(fā)送功能驗(yàn)證4.4.1 普通/邊界時(shí)鐘主模式時(shí)間戳發(fā)送驗(yàn)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(shí)鐘主模式，使能一步時(shí)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(gè)報(bào)文均為事件類型報(bào)文，按協(xié)議規(guī)定均可進(jìn)行時(shí)間戳捕獲操作，但須與設(shè)備模式相匹配。本驗(yàn)證項(xiàng)中設(shè)備將配置為普通/邊界時(shí)鐘主模式，由以上章節(jié)可知該模式下，僅有 SYNC 報(bào)文進(jìn)行相應(yīng)的時(shí)間戳采集操作，具體驗(yàn)證截圖如下；圖 4.5 主設(shè)備發(fā)送波形 1
【學(xué)位授予單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TN47;TP393.11

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本文編號：2630532