[发明专利]一种基于IEEE1588协议的高精度时间同步系统

权利要求书

1.一种基于IEEE1588协议的高精度时间同步系统，其特征在于：

所述基于IEEE1588协议的高精度时间同步系统包括若干个PTP设备节点，若干个PTP设备节点经由PTP以太网交换机互联组成时间同步系统，其中PTP设备节点分为主时钟节点和从时钟节点，每个PTP设备节点包括嵌入式PowerPC微处理器，PowerPC微处理器的以太网控制器MAC层集成PTP协议单元，对数据包MAC层进行时戳标记，发送和接收报文，并提供IEEE1588网络授时服务；GPS时钟源接收硬件单元，接收外部GPS时间信息，并作为IEEE1588的时间同步的基准，其中GPS时钟源接收硬件单元存在于IEEE1588的主时钟节点；每个PTP设备节点都集成PPS(Pulse Per Second,秒脉冲)输出单元，输出秒脉冲，用于对同步精度的测量；每个PTP设备节点中包含IEEE1588软件系统，IEEE1588软件系统包括IEEE1588协议栈软件、GPS接口驱动、PPS输出控制软件和MAC层时戳处理软件。

2.根据权利要求1所述的一种基于IEEE1588协议的高精度时间同步系统，其特征在于：

所述IEEE1588协议栈软件由IEEE1588协议引擎组成，协议引擎是整个IEEE1588协议的核心，协议引擎处于一个无限循环运行的过程，当初始化完成后进入某个状态下的工作模式，并根据当前运行环境在各个状态之间跳转，仅当发生错误时退出，由定时器设定报文发送时限，保证节点的报文发送和接收处理能够正常运行和转换；

协议引擎定义了多种IEEE1588时钟节点端口状态，在协议运转时各个端口会根据自身状态以及外部情况做出相应动作，端口状态包括：

PTP_INITIALIZING(初始化状态)：PTP节点上电后或者节点掉线重连后时钟端口进入的状态，该状态完成协议数据集初始化、网络初始化、定时器初始化和硬件初始化操作；

PTP_FAULTY(错误状态)：当端口发生故障或检测到错误时端口的状态变为PTP_FAULTY，当故障清除时端口状态变为PTP_INITIALIZING，若故障未消除，则进入PTP_DISABLED状态；

PTP_DISABLED(端口禁止状态)：在PTP_DISABLED状态时只能接收管理报文，其他报文直接丢弃，且不对外发送报文，处于PTP_DISABLED状态的端口使能时进入PTP_INITIALIZING状态；

PTP_MASTER(主时钟状态)：时钟端口进入主时钟工作模式，开启定时器周期发送Sync报文，同时处理Delay_Req报文和同步处于PTP_SLAVE状态的时钟端口；

PTP_SLAVE(从时钟状态)：时钟端口进入从时钟工作模式，接收主时钟发送的Sync报文，如果需要计算时钟偏移，则发送Delay_Req报文，并接收Follow_Up报文和Delay_Resp报文携带的时戳信息，计算与主时钟的偏移量及报文传输延时，修正本地时钟；

系统默认的主时钟节点端口状态为PTP_MASTER，PTP从时钟节点端口状态为PTP_SLAVE。

3.根据权利要求1所述的一种基于IEEE1588协议的高精度时间同步系统，其特征在于：

所述GPS接口驱动软件运行在主时钟节点上，用于通过GPS获取系统的参考时钟源。

4.根据权利要求1所述的一种基于IEEE1588协议的高精度时间同步系统，其特征在于：

所述PPS输出控制软件运行在PTP设备节点，根据节点的时钟信息，驱动PPS单元输出秒脉冲。

5.根据权利要求1所述的一种基于IEEE1588协议的高精度时间同步系统，其特征在于：

所述MAC层时戳处理软件是对VxWorks操作系统网络协议栈进行定制开发的，分为发送协议包时戳标记功能，接收协议包时戳解析功能；其中：发送协议包时间标记，软件中增加对PTP支持与发送包过滤，对IEEE1588协议包进行包序号(SequenceID)标记及硬件时戳信息获取，根据标号及时戳信息对协议包进行时戳标记；接收协议包时戳解析，软件中对接收包时戳进行配置，对收到的网络包进行过滤解析，将IEEE1588协议包时戳信息放入环形缓存区中，供协议引擎使用。

6.根据权利要求1所述的一种基于IEEE1588协议的高精度时间同步系统，其特征在于：

集成PTP协议处理的通用以太网交换机，支持IEEE1588V2、边界时钟(BC)、E2E透明时钟和P2P透明时钟。