基于ARM9200体系的IEEE1588硬件实现摘要：随着通信技术的发展，通信系统对网络之间的同步精度越来越高，传统的GPS方式以及NTP同步越来越不能满足系统的发展。2004年，安捷伦公司提出PTP(IEEE1588)同步方式，该方式能达到次纳秒级精度，可满足大型通信网络要求。本文主要分析IEEE1588的同步机制，并最终以AT91RM9200为核心实现IEEE1588同步系统。关键词：IEEE1588；ARM9200；DP83640；嵌入式系统在通信领域，“同步”概念是指频率的同步，即网络各个节点的时钟频率和相位同步，其误差应符合相关标准。目前，在通信网中，频率和相位同步问题已经基本解决，而时间的同步还没有得到很好的解决。在早期，通信系统负载较低，对时间的同步精度也较低，一般的GPS和NTP方式的同步[2]就可以满足ms级别同步要求，但是随着通信系统的发展，特别是3G技术的发展，传统的同步方式越来越不能满足同步要求。2004年，安捷伦公司提出的IEEE1588[3-4]同步系统具有里程碑意义，它标志着网络同步开始进入次纳秒精度领域。而2006年，国家半导体推出的DP83640芯片将IEEE1588时间戳方案在硬件中首次实现，使次纳秒级别网络同步精度实现变为可能。1IEEE1588实现原理IEEE1588，即精密时间协议PTP(PrecisionTimeProtocol)由安捷伦于2004年提出，是为了克服以太网实时性不足而规定的一种对时机制。精密时间协议可以估算出数据包在网络上的往返延迟，并可独立地估算设备时钟偏差。网络时间协议的工作原理说明如下[5-7]:(1)现场设备A发送一个PTP包给现场设备B，并记录下数据包离开A的时间，该时间戳为t1。(2)当此PTP包到达现场设备B时，现场设备B加上自己接收到该数据包的时间戳，该时间戳为TS1。(3)现场设备A发送一个FollowUp消息给现场设备B，通知B时间t1。(4)当此PTP包离开现场设备B时，并记录下数据包离开B的时间t2。(5)当现场设备A接收到该响应包时，加上一个新的时间戳，该时间戳为Tm2，整个同步过程如图1所示。图1PTP时间同步示意图(6)现场设备A再发送FollowUp消息给现场设备B，通知B时间Tm2。至此，现场设备B己拥有足够的信息来计算2个重要的参数:一是PTP数据包来回一个周期的时延，二是现场设备A和现场设备B的时钟差。于是现场设备B能够设定自己的时钟与现场设备A同步。可以根据下面公式算出现场设备A与现场设备B之间的时间差和延时：2系统硬件电路设计2.1支持PTP协议嵌入式接口板设计根据PTP协议框架，支持PTP协议的嵌入式接口板硬件框图如图2所示。图2基于DP83640的接口板硬件框图DP83640高精度PHYTER收发器芯片内置高精度IEEE1588时钟，并设有由硬件执行的时间标记功能，可为接收及发送的信息包印上时间标记。DP83640最大的特色在于将IEEE1588高精度时间协议(PTP)功能设于芯片的物理层之内，因此可以在最靠近网线的位置记录时间标记，而且分辨度达8ns，不但可为系统提供最准确的高精度控制功能，也确保采集回来的数据出现最少的抖动。DP83640预载4个时钟更新算法，用户可以利用任何一个算法调节电路板上的PTP时钟，而且偏差率保证不超过10亿分之一(即1ppb[8]的准确度)。DP83640也可与部分符合IEEE1588规定的处理器搭配一起使用，为测试及测量仪表等设备提供更准确的时钟同步功能。其系统连接后时钟关系图如图3所示。图3主从系统时钟关系图2.2具体电路设计系统实际设计电路主要包含如下部分：核心处理器ARM9200；存储电路，其中包含了SDRAM和ROM两部分的电路设计；网络接口电路，其中使用DP83640通过RMII接口总线与ARM9处理器相连，把PTP报文的时间戳信息和当前时钟读数发送给ARM9处理器，同时接收来自ARM9处理器的时钟调整值来调整本地时钟。DP83640通过RMII总线来获取以太网报文比特流而不是直接从物理层获取，从而实现10Mb/s和100Mb/s两种速率的自适应处理。3系统软件设计系统软件结构如图4所示。图4系统的体系结构示意图3.1PTP协议状态机模块PTP协议状态机主要负责管理设备上电时的初始化状态、出现异常情况下的故障状态、通常情况下的侦听状态、主时钟状态、从时钟状态和未校准状态，以及各状态之间的转化。3.2最佳主时钟选择模块最佳主时钟算法模块主要用于选择本地网络中的最佳时钟作为主时钟，...