[发明专利]IEEE1588时钟同步系统及其实现方法

摘要

本发明属于网络信息传输技术领域，涉及IEEE1588时钟同步系统及其实现方法。CPU控制模块通过总线与以太网介质访问控制(MAC)控制器模块相连，用于控制所述系统并实现PTP协议和时钟同步，以太网MAC控制器模块用于实现PTP报文的发送以及接收，GPS模块与本地时钟模块相连，为系统提供精确的时间基准，本地时钟模块与CPU控制模块相连，在传输报文时提供本地时钟基准，带时间戳管理功能的物理层(PHY)收发器模块通过独立媒体接口与以太网MAC控制器模块相连，完成时间戳的加盖、获取并将时间信息插入到报文中，并根据IEEE 802.3标准完成带时间戳的数据包的传输。

主权项

一种IEEE1588时钟同步系统，其特征在于，该IEEE1588时钟同步系统包括CPU控制模块、以太网介质访问控制器模块、带时间戳管理功能的物理层收发器模块、本地时钟模块以及GPS模块，CPU控制模块通过总线与以太网MAC控制器模块相连，用于控制系统并实现PTP协议和时钟同步，以太网MAC控制器模块用于实现PTP报文的发送以及接收，GPS模块与本地时钟模块相连，为系统提供精确的时间基准，本地时钟模块与CPU控制模块相连，在传输报文时提供本地时钟基准，带时间戳管理功能的物理层收发器模块通过独立媒体接口与以太网MAC控制器模块相连，完成时间戳的加盖、获取并将时间信息插入到报文中，并根据IEEE 802.3标准完成带时间戳的数据包的传输；所述的PTP报文是：当数据处理和状态机单元判断本系统为主设备时，周期性的发送同步Sync报文和Follow_Up报文，并在接收到从设备发送的Delay_Req报文后，发送Delay_Resp报文；当数据处理和状态机单元判断本系统为从设备时，在接收到Sync报文后，启动时钟调节模块将计算出的频率补偿值传输至本地时钟模块，同时向主设备发送Delay_Req报文；所述的带时间戳管理功能的物理层收发器模块，包括MII接口、PTP时钟、PTP控制单元以及PTP数据包探测器，MII接口与以太网MAC控制器相连并传输与数据包相关的数据、时钟和控制信息，PTP数据包探测器与MII接口相连并为通过的PTP报文加盖时间戳信息，PTP控制单元与PTP数据包探测器相连接并控制报文传输，PTP时钟与PTP控制单元相连接并为外部提供同步后的时钟信息；所述的GPS模块包括光纤接收器和光电转换器，当系统工作时，该GPS模块将GPS光信号转换为电信号，再将电信号的电压幅值降低后送入本地时钟模块，作为系统工作的精确时间基准；所述的本地时钟模块内置晶体振荡器用于产生工作时钟，当系统为从设备且本地时钟模块被触发时，该模块通过时钟调节模块，实现频率补偿功能，克服晶振漂移，使得普通的晶振用于高精度的时钟同步；CPU控制模块中的时钟调节模块包括：32位调频寄存器、32位本地时钟周期寄存器、32位纳秒寄存器和32位秒寄存器；纳秒寄存器和秒寄存器直接与本地时钟模块相连，用于传输频率补偿后的时间信息，调频寄存器与本地时钟周期寄存器相连，本地时钟周期寄存器与纳秒寄存器相连，通过改变调频寄存器的溢出频率实现频率补偿值控制，最终实现频率同步；当时钟调节模块被触发时，每个时钟周期调频寄存器将设定值进行累加，当其溢出时，本地时钟周期寄存器的设定值累加到纳秒寄存器中，然后调频寄存器变为初始值，当纳秒寄存器溢出时，秒寄存器的值增加1，同时纳秒寄存器清零；单位时间内调频寄存器内数值的增加是由调频寄存器的初始值和晶振频率共同决定的，改变存储在调频寄存器中的设定值，即改变了调频寄存器的溢出频率，改变了纳秒寄存器和秒寄存器的时间值的累加频率，实现了对晶振频率的补偿。