基于FPGA的高精度时间基准的校准方法研究

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1、财£？觀衫＿硕士学位论文Ｉ基于ＦＰＧＡ的高精度时间基准的校准方法研究作者姓名学校导师姓名、职称王昌明教授讓１企业导师姓名、职称黎曾褀高工：；；＾申请学位类别工程硕士学校代码10701学号1502121373分类号TN82密级公开西安电子科技大学硕士学位论文基于FPGA的高精度时间基准的校准方法研究作者姓名：李冀领域：电子与通信工程学位类别：工程硕士学校导师姓名、职称：王昌明教授企业导师姓名、职称:黎曾褀高工学院：电子工程学院提交日期：2018年6月ResearchOnCalibrationMethodOfHighA

2、ccuracyTimeBaseBasedOnFPGAAthesissubmittedtoXIDIANUNIVERSITYinpartialfulfillmentoftherequirementsforthedegreeofMasterinElectronicsandCommunicationsEngineeringByLiJiSupervisor:WangChangmingTitle:ProfessorSupervisor:LingZengqiTitle:SeniorEngineerJune2018西安电子科技大学学位论文独创性（或创新性

3、）声明秉承学校严谨的学风和优良的科学道德，本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研宄成果；也不包含为获得西安电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料一。与我同工作的同事对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文若有不实之处一，本人承担切法律责任。本人签名：茨等、曰期：西安电子科技大学关于论文使用授权的说明本人完全了解西安电子科技大

4、学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权属于西安电子科技大学。学校有权保留送交论文的复印件，允许查阅；，、借阅论文学校可以公布论文的全部或部分内容允许釆用影印、缩印或其它复制手段保存论文。同时本人保证，结合学位论文研究成果完成的论文、发明专利等成果，署名单位为西安电子科技大学。保密的学位论文在年解密后适用本授权书。＿本人签名：：导师签名－日期．：曰期：、／？ｄ摘要摘要随着通信和物联网技术高速发展，使有关的应用对时间精度的要求不断的提高，特别是车联网与通信网络设备

5、。车联网概念首次在上海世博会由通用汽车提出，指的是车与车、车与路、车与人、车与传感器之间的交互，实现信息的共享，建立起动态的移动通信系统。车联网为了能发挥出色的性能，对于系统内各个节点间的时间同步精度要求不断提高，但传统的NTP网络时间同步协议已经无法满足要求了。而在通信领域中，通信网络设备需要在目标身上进行控制操作和采集相关信息，并进行集中处理与传递。这样使得数据量变得越来越大，所以百兆以太网已经难以满足对数据传输的要求。IEEE802.1AS是一种精密时钟同步协议标准，并且可以运用在千兆以太网接口中。此标准采用gPTP协议，精度可达到亚微

6、秒级。本文分析了IEEE802.1AS协议标准，研究了软硬时间戳对时间同步性能的影响，详细的分析了时间戳模块与RTC（实时时钟）模块的设计思路。在时间戳模块中，针对软件层时间戳会导致时间同步有很大的误差的问题，继而提出了硬件时间戳的解决办法，并开发了IP核作为硬件支持。在实时时钟模块中，针对时钟源的不稳定性和主从晶振会存在偏差的问题上提出了数字锁相环和频率补偿算法的解决办法。并使用Modelsim仿真软件对两大模块的功能进行了仿真验证。另外介绍了模块间如何进行连接的方法，包括总线协议的转换，数据位数的变换等。论文在当前现有的对gPTP协议硬件

7、支持方案的基础上，提出了一种基于Zynq-7000FPGA芯片为硬件平台，不用在PL（ProgrammableLogic）端外接PHY芯片与网口的设计方案。并且为了提高同步精度，设计了支持硬件时间戳的硬件IP核去集成到系统中。在软件方面，在AXI总线的基础上，驱动可以对硬件电路上的寄存器进行读写与配置。将写好的驱动以可加载模块编译到Linux内核中，使内核对硬件时间戳提供支持。在用户层，对软件协议引擎进行移植，使之可以运行在Zynq-7000的ARM处理器上。论文完成支持gPTP协议硬件系统的设计与实现。在最后的测试过程中，对时间同步功能进行

8、了测试，对gPTP报文与时钟偏差进行了统计。验证了系统已经实现了对硬件时间戳的支持，而且时间同步精度也在亚微秒级，完成了其基本功能。关键词：IEEE802.1AS，