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IEEE1588是精確網(wǎng)絡(luò)對(duì)時(shí)協(xié)議，簡(jiǎn)稱PTP。它通過硬件實(shí)現(xiàn)的時(shí)間標(biāo)簽（hardware time stamp），使對(duì)時(shí)精度達(dá)到亞微秒級(jí)（< 1us），大大高于常規(guī)的網(wǎng)絡(luò)對(duì)時(shí)協(xié)議（NTP）。PTP協(xié)議的另一個(gè)特色是它可輸出精確時(shí)間同步的硬件脈沖，通常稱為PPS脈沖。在網(wǎng)絡(luò)化的嵌入式系統(tǒng)中，利用PTP的硬件PPS脈沖，可對(duì)處于不同位置的多臺(tái)設(shè)備實(shí)現(xiàn)同步觸發(fā)的功能。這對(duì)分布式系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集、實(shí)時(shí)控制都具有非常的意義。

英創(chuàng)公司的多款嵌入式主板，ESM7000、ESM6802和ESM6800，其網(wǎng)絡(luò)接口均支持PTP協(xié)議，且可輸出PPS脈沖，因此是分布式智能設(shè)備的理想嵌入式平臺(tái)。以下將以ESM7000為例，介紹實(shí)現(xiàn)分布式同步觸發(fā)的軟硬件方案。

基于PTP的同步觸發(fā)軟件流程

ESM7000預(yù)裝的Linux平臺(tái)文件系統(tǒng)中，已包含了PTP對(duì)時(shí)及硬件時(shí)間同步的完整工具，即ptp4l和phc2sys，同時(shí)可方便的控制PPS脈沖的使能。在這個(gè)基礎(chǔ)上，按照?qǐng)D1所示流程就可實(shí)現(xiàn)同步觸發(fā)的功能。

圖1同步觸發(fā)軟件流程

在實(shí)際的測(cè)試中發(fā)現(xiàn)，PTP的對(duì)時(shí)精度與網(wǎng)絡(luò)環(huán)境有密切關(guān)系。在單一的100M網(wǎng)絡(luò)環(huán)境所獲得的設(shè)備間的同步精度在±200ns；而在1000M網(wǎng)環(huán)境，同步精度就下降到±1us；混合網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，同步精度可差至±15us。

同步觸發(fā)脈沖的硬件方案

所謂硬件方案，是指圖1中觸發(fā)脈沖生成器的實(shí)現(xiàn)方案。以PTP協(xié)議生成的周期性PPS脈沖為基礎(chǔ)，由應(yīng)用程序生成觸發(fā)使能信號(hào)，再通過一個(gè)簡(jiǎn)單的D觸發(fā)器生成最后的觸發(fā)脈沖。硬件方案涉及3個(gè)信號(hào)如下：

●PPS_OUT：整秒脈沖輸出，即周期固定為1秒，在ESM7000上，PPS的脈沖寬度為10ns，上升沿有效。

●TRG_EN：觸發(fā)使能，通常用一位GPIO來實(shí)現(xiàn)，其高電平有效。

●TRG_PULSE：觸發(fā)脈沖，上升沿有效；在TRG_EN為低時(shí)，將強(qiáng)制TRG_PULSE為低；當(dāng)TRG_EN為高時(shí)，后續(xù)的PPS_OUT脈沖上升沿將鎖存高電平，從而是TRG_PULSE變高電平。TRG_PULSE脈沖上升沿將將作為系統(tǒng)采集控制硬件單元的觸發(fā)輸入，觸發(fā)各個(gè)嵌入式設(shè)備同步動(dòng)作。

圖2同步觸發(fā)脈沖生成電路原理圖

在圖2中，TRG_PULSE還可反饋給ESM7000主板，通知同步觸發(fā)已發(fā)生。但不是必須的。

大部分ESMARC主板均可支持PTP同步觸發(fā)功能。對(duì)不同型號(hào)的主板，PPS脈沖輸出管腳有所不同，如下表所示：

主板型號(hào)	PTP網(wǎng)口	PPS信號(hào)管腳	備注
ESM7000系列	eth0	CN2.GPIO0
ESM6802系列	eth0	CN2.GPIO24	V2.4版才支持
ESM6800系列	eth1	CN2.GPIO22	不能使用SD卡
ES6801	eth0	CN1.GPIO0	不能使用CAN1

對(duì)選擇哪一位GPIO管腳作為TRG_EN，本方案沒有限制?？筛鶕?jù)設(shè)備的具體情況來確定。

對(duì)同步觸發(fā)從設(shè)備測(cè)試

本測(cè)試用從設(shè)備的“當(dāng)前時(shí)間+ 偏移量”來代替主設(shè)備發(fā)布的觸發(fā)時(shí)間TRGTIME，就可用簡(jiǎn)單的腳本測(cè)試整個(gè)觸發(fā)過程，具體的腳本如下：

#!/bin/sh
# trg_en_3 $1 [$2] [$3]
# $1 = 0, off ptp; = 1: on ptp
# $2 = number of seconds to delay from cuurent time
# $3 = ip:port
PATH="/usr/bin:$PATH"
E_NOARGS=85
re='^[0-9]+$'
TRG_EN_GPIO="gpio1"
TRG_EN_DIRECTORY="/sys/class/em_gpio/em_gpio/$TRG_EN_GPIO"
PHC2SYSLOG="/tmp/phc2syslog.txt"
DELAY=10
# if no arg, exit
if [ -z "$1" ]
then
echo "Usage: `basename $0` filename"
exit $E_NOARGS
fi
# if $1 != 1, off ptp and exit
if [ "$1" -ne 1 ]
then
echo 0 > /sys/class/ptp/ptp0/pps_enable
pkill phc2sys
pkill ptp4l
exit 0
fi
# get trigger delay is available, default = 10(s)
if [ $# -ge 2 ]
then
DELAY="$2"
fi
# now we start to make trg_en step by step
echo "step 1: setup gpio1 as trg_en"
if [ ! -d "$TRG_EN_DIRECTORY" ]
then
echo "config $TRG_EN_GPIO as trg_en"
echo 1 > /sys/class/em_gpio/em_gpio/export
fi
echo out > /sys/class/em_gpio/em_gpio/$TRG_EN_GPIO/direction
echo 0 > /sys/class/em_gpio/em_gpio/$TRG_EN_GPIO/value
echo "step 2: start ptp"
phc2sys -s eth0 -c CLOCK_REALTIME -w -m -u 4 > $PHC2SYSLOG &
sleep 1
ptp4l -i eth0 -s &
echo "step 3: wait phc2sys sync convergence"
num_rms=0
while [ "$num_rms" -lt 3 ]
do
RMS_ARRAY=$(cat $PHC2SYSLOG | tail -n 3 | sed -r 's/.*rms[ ]+([0-9]+).*/\1/g')
# echo "$RMS_ARRAY"
for rms in $RMS_ARRAY
do
if ! [[ $rms =~ $re ]]
then
echo "$rms is NOT an integer!"
break
fi
echo "$rms"
if [ "$rms" -lt 350 ]; then
let "num_rms += 1"
fi
done
# clear log file if rms is convergence
if [ "$num_rms" -ge 3 ]; then
echo "rms is convergence ($num_rms)"
cat /dev/null > $PHC2SYSLOG
else
let "num_rms = 0"
sleep 2
fi
done
echo "step 4: enable pps, and setup trigger time"
echo 1 > /sys/class/ptp/ptp0/pps_enable
TRGTIME=$(date +%s) # get current date in seconds
let "TRGTIME = $TRGTIME + $DELAY"
PPSTIME=$(cat /sys/class/pps/pps0/assert | cut -d '.' -f 1)
echo "TRGTIME = $TRGTIME PPSTIME = $PPSTIME"
echo "step 5: wait pps time reach trigger time"
while [ "$PPSTIME" -lt "$TRGTIME" ]
do
sleep 0.1
PPSTIME=$(cat /sys/class/pps/pps0/assert | cut -d '.' -f 1)
done
echo "step 6: now PPSTIME = TRGTIME, set trg_en"
echo 1 > /sys/class/em_gpio/em_gpio/$TRG_EN_GPIO/value
echo "step 7: wait pps time reach trigger time + 1"
let "TRGTIME = $TRGTIME + 1"
while [ "$PPSTIME" -lt "$TRGTIME" ]
do
sleep 0.1
PPSTIME=$(cat /sys/class/pps/pps0/assert | cut -d '.' -f 1)
done
echo "step 8: clear trg_en"
echo 0 > /sys/class/em_gpio/em_gpio/$TRG_EN_GPIO/value
echo "basename $0 done"

從示波器可觀察到，上述腳本產(chǎn)生的TRG_EN信號(hào)，準(zhǔn)確使能PPS脈沖產(chǎn)生與之上升沿完全同步的觸發(fā)脈沖TRG_PULSE。

對(duì)分布式系統(tǒng)同步觸發(fā)功能感興趣的客戶，可通過郵件support@emtronix.com與英創(chuàng)公司技術(shù)部門聯(lián)系，以了解詳細(xì)的實(shí)現(xiàn)代碼。

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