一种基于CPU通用定时器来实现IEEE-1588协议中高精度时标的方法技术

本发明专利技术公开了一种基于CPU的通用定时器来实现IEEE-1588中高精度时标的方法。该方法通过使用CPU的通用定时器中的信号捕获功能，通过捕获以太网数据收、发的相关信号的变化，并借助相应的软件处理，可获取高精度的以太网报文的收、发时标。该方法可支持IEEE-1588协议中的一步法和两步法，特别适用于那些硬件上没有提供对IEEE-1588支持的硬件平台，以实现高精度IEEE-1588对时功能。

【技术实现步骤摘要】
一种基于CPU通用定时器来实现IEEE-1588协议中高精度时标的方法
本专利技术属于电力系统电力电子与继电保护领域，尤其涉及所述领域内的时间同步技术，特别是使用通用定时器来实现IEEE-1588协议中高精度时标的方法。
技术介绍
IEEE-1588对时技术是一种基于乒乓对时原理的精确时钟同步技术，它采用短帧传输，算法简单，对计算性能和网络带宽的要求都较低，适用于如智能变电站中的过程层这类支持多播消息的分布式网络通信系统。目前，IEEE-1588对时技术在电力系统中的应用，主要还集中在智能变电站中的过程层，以满足所述过程层所需的精度优于1us的对时。IEEE-1588对时的精度，依赖于以太网报文收、发时标的精度，其在应用时，有一步法和两步法两种方式，两种方式主要的差异在于对发送报文的发送时标的处理：i.两步法应用时，装置在发送完IEEE-1588报文后，会将所述报文的发送时标封装在一个以太网报文内再次发出。ii.一步法应用时，装置在发送IEEE-1588报文时，需要将所述报文的发送时标填入所述报文内。所述的时标，是指IEEE-1588报文的收发时刻对应的TAI(世界原子时)时间。目前，获取IEEE-1588应用所需高精度时标的方式主要有两种：一是使用IEEE-1588专用的以太网PHY芯片来获取；二是使用以太网MAC集成了IEEE-1588功能的CPU。所述两种方式的通用性都较差，硬件成本偏高，且后者还无法实现IEEE-1588中的一步法功能。
技术实现思路
为解决现有的IEEE-1588对时应用在获取高精度时标时中存在的：通用性差、硬件成本高、对一步法功能支持有限等问题，本申请公开了一种基于CPU通用定时器来实现IEEE-1588协议中高精度时标的方法。本申请具体采用以下技术方案。一种基于CPU的通用定时器来实现IEEE-1588中高精度时标的方法，其特征在于：所述方法通过使用CPU的通用定时器中的信号捕获功能，捕获以太网数据收、发的相关信号的变化，获取高精度的以太网报文的收、发时标。一种基于CPU通用定时器来实现IEEE-1588协议中高精度时标的方法，其特征在于，IEEE-1588对时采用两步法应用时，所述方法包括以下步骤：(1)将以太网PHY芯片通过MII接口与CPU芯片相连接，并将MII接口中的发送使能信号(TX_EN)和接收数据有效指示(RX_DV)信号，接至CPU的通用定时器的输入信号捕获管脚上；(2)使用CPU的通用定时器，来维护一个TAI的时间轴，将通用定时器的每一个计数值都与TAI的时间一一对应；(3)使能信号TX_EN和接收数据有效指示RX_DV信号的上升沿时刻即为以太网报文的发送和接收时刻，通过使用通用定时器的捕获功能，获取所述时刻的通用定时器的计数值；(4)将以太网报文发送和接收时刻对应的CPU的通用定时器的计数值转换为TAI时间值，即可得到发送时标和接收时标。(5)步骤(4)中获取发送时标和接收时标，需依照IEEE-1588的要求对偏移量进行补偿。所述IEEE-1588对时采用一步法应用时，所述方法包括以下步骤：(1)将以太网PHY芯片通过MII接口与CPU芯片相连接，并将MII接口中的发送使能信号(TX_EN)和接收数据有效指示(RX_DV)信号，接至CPU的通用定时器的输入捕获管脚上；(2)使用CPU的通用定时器，来维护一个TAI的时间轴，将定时器的每一个计数值都与TAI的时间一一对应；(3)接收数据有效指示RX_DV信号的上升沿时刻即为以太网报文的接收时刻，通过使用通用定时器的捕获功能，获得报文接收时刻的通用定时器的计数值；(4)将以太网报文接收时刻对应的通用定时器的计数值转换为TAI时间值，即得到接收时标；(5)步骤(4)中获取接收时标，需依照IEEE-1588的要求对偏移量进行补偿。(6)在发送报文时，先开启一个定时中断，延时一段时间后触发中断，需准确计算所述中断的触发时刻，并将所述中断的触发时刻加上发送延时后，转换成发送时标填入待发报文的相应字段；发送延时的初始值为0；(7)在步骤(6)的基础上，将待发报文写入发送缓存，但不使能报文发送，等待步骤(6)中所述中断的触发。(8)待所述中断触发后，立即使能报文发送；(9)使能信号TX_EN的上升沿时刻即为以太网报文的发送时刻，通过使用通用定时器的捕获功能，即获得报文实际发送时刻的通用定时器的计数值；(10)将所述以太网报文实际发送时刻对应的通用定时器的计数值转换为实际的发送时标值；(11)步骤(10)中获取发送时标，需依照IEEE-1588的要求对偏移量进行补偿。(12)计算出步骤(6)中中断触发时刻至报文实际发送的延时时间，并将所述延时时间作为步骤(6)中实时更新后发送延时。本申请具有以下技术效果：1.在获取IEEE-1588报文接收时标时，不再需要CPU或是以太网PHY芯片集成IEEE-1588功能；2.在获取IEEE-1588两步法报文的发送时标时，不再需要CPU或是以太网PHY芯片集成IEEE-1588功能；3.在获取IEEE-1588一步法报文的发送时标时，不再需要以太网PHY芯片集成IEEE-1588功能。附图说明图1是本专利技术方法中，所涉及的MII接口的接收和发送时序图；图2是本专利技术方法中，使用CPU的通用定时器来实现IEEE-1588中高精度时标时，CPU与外设构成的最小系统的结构框图；图3是本专利技术方法中，一种基于CPU通用定时器来实现IEEE-1588协议中一步法中的高精度时标的方法时的流程图。具体实施方式下面结合说明书附图对本专利技术的技术方法中的作进一步详细说明。目前，主流的32位CPU，如ARM、PowerPC等芯片内，均集成中了功能强大的通用定时器，这些定时器通过计数值来提供基本的计时、定时功能的基础上，均能提供输入信号捕获、输出信号比较(匹配)等功能。所述输入信号捕获功能，是指所述通用定时器可以识别输入信号的变化，并锁存所述信号变化时刻的定时器的计数值。另外，所述的通用定时器，均能提供类型丰富的中断功能，如定时中断、信号捕获、输出匹配等中断。借助通用定时器的捕获功能，结合以太网的信号变化，可以设计一种通用方法间接地来实现IEEE-1588中的时标功能。目前，主流的32位CPU的以太网MAC(媒体访问控制器)大多提供MII接口，用于与以太网PHY芯片相连接。一个完整的MII接口共有16根信号线，具体包括TX_ER、TXD[0:3]、TX_EN、TX_CLK、COL、RXD[0:3]、RX_EX、RX_CLK、CRS、RX_DV等信号。其接收和发送时，RX_DV及TX_EN信号与其它信号的时序如图1所示。本专利技术方法，适用于市面常见的32位CPU和以太网PHY芯片。任何支持MII接口的以太网PHY芯片均适用，任何支持MII接口并集成32位通用定时器的CPU芯片均适用。在此以NXP公司的ARMCortex-M3芯片LPC1788和TI公司DP83848以太网PHY为例，来具体加以说明。IEEE-1588协议在应用时，有一步法和两步法之分，本专利技术方法均适用，但实现的步骤有所不同，其中两步法时的实现步骤如下：1、将LPC1788与DP83848芯片如图2所示进行连接：i.DP83848芯片MII接口的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于CPU的通用定时器来实现IEEE‑1588中高精度时标的方法，其特征在于：所述方法通过使用CPU的通用定时器中的信号捕获功能，捕获以太网数据收、发的相关信号的变化，获取高精度的以太网报文的收、发时标。

【技术特征摘要】
1.一种基于CPU的通用定时器来实现IEEE-1588中高精度时标的方法，所述方法通过使用CPU的通用定时器中的信号捕获功能，捕获以太网数据收、发的相关信号的变化，获取高精度的以太网报文的收、发时标；其特征在于，IEEE-1588对时采用两步法应用时，所述方法包括以下步骤：(1)将以太网PHY芯片通过MII接口与CPU芯片相连接，并将MII接口中的发送使能信号TX_EN和接收数据有效指示RX_DV信号，接至CPU的通用定时器的输入信号捕获管脚上；(2)使用CPU的通用定时器，来维护一个世界原子时TAI的时间轴，将通用定时器的每一个计数值都与世界原子时TAI的时间一一对应；(3)使能信号TX_EN和接收数据有效指示RX_DV信号的上升沿时刻即为以太网报文的发送和接收时刻，通过使用通用定时器的捕获功能，获取所述发送或接收时刻的通用定时器的计数值；(4)将以太网报文发送和接收时刻对应的CPU的通用定时器的计数值转换为TAI时间值，即可得到发送时标和接收时标；(5)步骤(4)中获取发送时标和接收时标，需依照IEEE-1588的要求对偏移量进行补偿。2.一种基于CPU的通用定时器来实现IEEE-1588中高精度时标的方法，所述方法通过使用CPU的通用定时器中的信号捕获功能，捕获以太网数据收、发的相关信号的变化，获取高精度的以太网报文的收、发时标；其特征在于，所述IEEE-1588对时采用一步法应用时，所述方法包括以下步骤：(1)将以太网PHY芯片通过MII接口与CPU芯片相连接，并将...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡啸，朱启晨，于震江，
申请(专利权)人：北京四方继保自动化股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11