ptp/gptp

在車載，vehicle time使用gptp來(lái)做vehicle time的同步，gptp算是ptp的簡(jiǎn)化版，規(guī)范定義來(lái)源于IEEE 802.1AS，理論上可以達(dá)到ns級(jí)的誤差。針對(duì)不通的ptp版本和gptp的對(duì)比如下：

1. gptp同步原理

針對(duì)gptp，所有slave節(jié)點(diǎn)，都與master（grandmaster）的時(shí)鐘保持同步；在車載領(lǐng)域，master節(jié)點(diǎn)都是靜態(tài)指定的，并且從功能安全的角度來(lái)看，會(huì)選擇具備功能安全的mcu來(lái)做為master節(jié)點(diǎn)。所以會(huì)一般選用gw（gateway）或者tbox來(lái)做master，而選擇gw或者tbox對(duì)后續(xù)整車整個(gè)時(shí)間管理是策略會(huì)有影響。

master節(jié)點(diǎn)的sync報(bào)文（sync+follow up，以下用sync報(bào)文代替）會(huì)使用二層報(bào)文傳遍整個(gè)時(shí)鐘樹(shù)，gptp中，sync報(bào)文使用二層報(bào)文，mac地址是指定的廣播mac地址，但是實(shí)際上sync報(bào)文都是以單播的形式發(fā)送到下一跳節(jié)點(diǎn)，如果下一條節(jié)點(diǎn)是Bridage，則將重新修正correctionField（路由處理所消耗的時(shí)間），然后再將原來(lái)信息添加到sync報(bào)文從而路由到下一跳節(jié)點(diǎn)，直至到終端節(jié)點(diǎn)--End-Station。sync報(bào)文會(huì)包含master preciseOriginTimestamp、correctionField等。如下圖：

slave節(jié)點(diǎn)會(huì)根據(jù)sync報(bào)文帶上的preciseOriginTimestamp、correctionField來(lái)調(diào)整自己的時(shí)鐘頻率以及偏移；為了消除總線上的傳輸時(shí)延，slave節(jié)點(diǎn)會(huì)發(fā)送延遲測(cè)量報(bào)文，由于在車載每一跳都會(huì)有g(shù)ptp協(xié)議棧，所以理論上測(cè)出的時(shí)鐘同步是單向、精確的，如下圖：

Pdelay=（（t（4）-t（1）） - （t（3）-t（2）））/2

Pdelay測(cè)量的僅僅相鄰兩跳之間的傳輸時(shí)延，所以Pdelay是不會(huì)穿透Bridge的，從上面可以看到，gptp相對(duì)于can tsync不僅僅消除了傳輸延遲和路由報(bào)文時(shí)的處理延遲，同時(shí)時(shí)間戳是由硬件加上的，所以其時(shí)鐘同步精度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于can tsync。

有了上述基礎(chǔ)后，我們將所有g(shù)ptp報(bào)文放一起，如下所示，并推導(dǎo)出slave節(jié)點(diǎn)用于調(diào)幅和調(diào)相的公式。

C Pdelay = （（t6-t3）-（t5-t4））/2 Gm = t1 + Pdelay + CorrectionField //主時(shí)鐘時(shí)刻+線纜傳輸時(shí)間+路由報(bào)文花銷掉的時(shí)間 TimeOffset = t2 - Gm //用于調(diào)相或者調(diào)幅 Ratio = （Gm-Gm_last） /（t2-t2_last） //Gm_last和t2_last可以更久之前的。 FreqOffset = （1-Ratio）*1e9//用于調(diào)頻

根據(jù)規(guī)范，sync報(bào)文一般是125ms發(fā)送一次；而Pdelay報(bào)文是1s發(fā)送一次，也可以是每次sync報(bào)文觸發(fā)一次Pdelay報(bào)文，并且一般來(lái)說(shuō)說(shuō)同步精度是可配置的，當(dāng)超過(guò)threshold時(shí)才去調(diào)整本地時(shí)鐘。gptp調(diào)整的時(shí)鐘（gptp時(shí)鐘），是與網(wǎng)卡時(shí)鐘源同一層級(jí)的時(shí)鐘樹(shù)端點(diǎn)，在linux上一般會(huì)抽象成設(shè)備，也就是/dev/ptpx；在使用硬件時(shí)鐘戳?xí)r，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)報(bào)文發(fā)送或者接收時(shí)的采樣點(diǎn)到達(dá)時(shí)，會(huì)從gptp時(shí)鐘上獲取時(shí)間戳。采樣點(diǎn)如下圖所示：

額外：上圖不僅僅展示了采樣點(diǎn)，還展示了latency，如果是為了追求超高精度的時(shí)鐘同步，需要將ingress_latency和egress_latency在實(shí)際計(jì)算時(shí)進(jìn)行補(bǔ)償。

gptp報(bào)文格式略微復(fù)雜，在這里不再具體展開(kāi)，對(duì)于了解gptp原理的角度來(lái)說(shuō)，可以暫時(shí)不用關(guān)注報(bào)文格式。