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KB0012884_Time Synchronization Over Ethernet_stable.pdf

发布时间：2024-02-20 发布人：admin 分类：养殖 资料大小：7.80M 资料格式：pdf 举报 版权申诉
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    以太网时间同步 技术参考 版本1.0.0 作者 地位 迈赫达德·阿哈迪 已发布
    技术参考以太网时间同步 版本 文件信息 参考文件 不。 来源 标题 时间同步协议规范 以太网时间同步规范 同步时基管理器规范 IEEE 标准 802.1ASTM IEEE 标准 1588TM-2008 © 2021 Vector Informatik GmbH 版本0.2 基于模板版本6.2.1 2 [1] AUTOSAR R19-11 [2] AUTOSAR 4.3.1 [3] AUTOSAR 4.4.0 [4] IEEE 2011 [5] IEEE 2008
    技术参考以太网时间同步 内容 介绍 功能背景 同步时基管理器 (StbM) 以太网时间同步 (EthTSyn) 消息类型 消息格式 事件消息类 一般消息类 通用标头 身体 时间感知网关中的延迟测量 使用 GTM 作为管理 CPU 的时间感知桥 使用 GTM 的时间感知桥，而不是作为管理 CPU 配置 用例 1 ECU 充当 GTM StbM配置 主 ECU 的 EthTSyn 配置 使用案例 2 ECU 充当从 ECU 从 ECU 的 StbM 配置 从 ECU 的 EthTSyn 配置 使用案例 3 桥接网络 ECU 充当管理器。中央处理器 Mgmt 的 StbM 配置。中央处理器 管理的 EthTSyn 配置。中央处理器 总体配置 全局时域的配置 EthTSyn 端口的配置 主端口配置 从端口配置 主/从端口 Pdelay 配置 示例图 快照1 快照2 术语表和缩略语 接触 ................................................. ...................................................... ...................... 47 © 2021 Vector Informatik GmbH 版本0.2 基于模板版本6.2.1 3 1 ...................................................................................................................... 6 2 .................................................................................................... 8 2.1 ............................................................... 8 2.2 ..................................................... 13 2.2.1 ..................................................................................... 13 2.2.1.1 ......................................................... 14 2.2.1.2 ..................................................... 14 2.2.2 ................................................................................... 15 2.2.2.1 ................................................................. 16 2.2.2.2 ................................................................................... 17 2.2.3 ......................................... 19 2.2.3.1 .............. 19 2.2.3.2 ........ 21 3 .................................................................................................................. 24 3.1 .................................................................... 24 3.1.1 ............................................................................ 24 3.1.2 ............................................ 26 3.2 .............................................................. 29 3.2.1 ................................................... 30 3.2.2 ............................................. 31 3.3 .............................. 31 3.3.1 ............................................... 32 3.3.2 ........................................... 32 3.3.2.1 .......................................................... 33 3.3.2.2 .................................. 34 3.3.2.3 ............................................ 37 3.3.2.4 ............................................... 38 3.3.2.5 ................................................. 39 3.3.2.6 ..................... 40 4 ............................................................................................................ 42 4.1 ........................................................................................................... 44 4.2 ........................................................................................................... 45 5 ........................................................................................... 46 6
    技术参考以太网时间同步 AUTOSAR 分层架构中的时间同步模块 [2] 作为代理的同步时基管理器 [3] 。 同步时基管理器的抽象工作原理[3]。 通过 StbM 插值全球时间。 时间校正层次结构[3]。 速率修正 [3] 偏移跳跃校正[3]。 偏移率自适应[3]。 EthTSyn 与其相邻模块的交互 时基的时间戳序列和分布 2-12 同步消息字段 [4] Follow_Up 消息字段 [4] Pdelay_Req 消息字段 [4] Pdelay_Resp 消息字段 [4] Pdelay_Resp_Follow_Up 消息字段 [4] 带有时间戳点的 Sync/Follow_Up 消息流，用于同步 使用 GTM 作为管理 CPU 的时间感知桥 [1] 用于时间感知桥的带有时间戳点的 Pdelay 消息流 使用 GTM 作为管理 CPU [1] 具有 GTM 的时间感知桥的时间戳序列为 管理CPU 带有时间戳点的 Sync/Follow_Up 消息流，用于 Sync for 使用 GTM 的时间感知桥不作为管理 CPU [1] 用于时间感知桥的带有时间戳点的 Pdelay 消息流 使用 GTM 不作为管理 CPU [1] 使用 GTM 的时间感知桥的时间戳序列不作为 管理CPU [1] 配置示例 1 ECU 作为 GTM 主 ECU 的 StbM 通用容器配置示例 主设备的 StbMSynchronizedTimeBase 容器的配置 主控 ECU 的 StbMLocalTimeClock 配置 主 ECU 的 EthTSynGeneral 配置 EthTSynGlobalTimeDomain的配置 EthTSyn端口配置 EthTSyn主端口配置 主端口传播延迟配置 配置示例 2 ECU 作为从节点 从 ECU 的同步时基容器的配置 从节点传播延迟配置 时间感知网络示例 管理 EthTSyn 的常规配置。中央处理器 管理的全局时域配置。中央处理器 桥接网络中 EthTSyn、EthIf 和交换机的关联 [2] 用于管理的 EthTSynPortConfig 容器的示例配置。中央处理器 管理端口配置 桥接模式下全局时间主端口的配置示例 用于管理的从端口配置示例。中央处理器 主端口 Pdelay 的配置示例 从端口 Pdelay 的配置示例 EthTSyn 和 StbM 合作分发和提供 全球时间 插图 图1-1 图2-1 图2-2 图2-3 图2-4 图2-5 图2-6 图2-7 图2-8 图2-9 图2-11 图2-13 图2-14 图2-15 图2-16 图2-17 图2-18 图2-19 图2-20 图2-21 图2-22 图3-1 图3-2 图3-3 图3-4 图3-5 图3-6 图3-7 图3-8 图3-9 图3-10 图3-11 图3-12 图3-13 图3-14 图3-15 图3-16 图3-17 图3-18 图3-19 图3-20 图3-21 图3-22 图4-1 © 2021 Vector Informatik GmbH 版本0.2 基于模板版本6.2.1 4 ............................. 6 .......... 8 .......... 9 .......... 9 ........................................................... 10 ........................................................................ 11 ............................................................................. 11 ................................................ 12 ............................ 13 ............................ 15 ............................ 17 ..................................................................... 18 ................................................................... 18 ................................................. 18 ................................................. 19 ............ 20 .......... 20 .......................... 21 ............ 22 ............ 22 .................... 23 ................ 24 ................ 25 ECU.............. 25 .................................. 26 .................................. 27 ........................................ 27 .................................................. 28 ...................................... 28 ...................................... 29 ............. 30 ............. 30 ............. 31 ..................................... 32 .......................... 33 ............ 35 ............ 36 ............ 37 ............ 37 ................. 38 ................. 39 ................................. 40 ........................................... 40 .......... 43
    技术参考以太网时间同步 图4-2 图4-3 GTM 中 StbM 和 EthTSyn 合作的快照 StbM 和 EthTSyn 在从节点中协作的快照 © 2021 Vector Informatik GmbH 版本0.2 基于模板版本6.2.1 5 ..................... 44 ..................... 45
    技术参考以太网时间同步 介绍 时间同步协议负责处理通信总线上的时间分配。该以太网机制基于 IEEE1588（网络测量和控 制系统精密时钟同步协议的 IEEE 标准）和 IEEE802.1AS（时间敏感应用的定时和同步）等标 准中描述的现有 PTP（精确时间协议）机制在桥接局域网中）。 IEEE802.1AS，也称为 gPTP （通用精确时间协议），是 IEEE1588 的一个配置文件（或子集）。然而，IEEE1588 和 IEEE8 02.1AS 的开发都没有考虑汽车需求 1 。因此，以太网时间同步使用 IEEE802.1AS 中定义的当 前机制，并具有特定的扩展和/或限制 [1]。 在 AUTOSAR 中，时间同步和分配功能由 EthTSyn 模块处理。考虑到 AUTOSAR 分层架构，该 模块位于 EthIf 之上，而 StbM 2 位于其自身之上。 EthTSyn 和 StbM 紧密耦合，为时间敏感 的汽车应用提供同步时间。 EthTSyn 周期性地提供网络时间（称为全球时间），StbM 负责在 周期之间插入全球时间的本地实例，并向其客户提供全球时间。 StbM还向应用层提供时间同 步的服务接口。图 1-1 显示了 AUTOSAR 分层架构 [2] 中时间同步相关模块。 图1-1 AUTOSAR 分层架构中的时间同步模块 [2] 从图中可以看出，通信路径在 以太网接口并不经过众所周知的 TcpIp 堆栈和 SoAd 3 。这 > 1 ECU 的角色和功能是已知的并且是先验定义的 > 网络是静态的，即 ECU、开关等组件和电缆长度等特性在运行期间甚至在关闭和打开车辆后都不会改变  [1]。 2 同步时基管理器 3 插座适配器 © 2021 Vector Informatik GmbH 版本0.2 基于模板版本6.2.1 6 1
    技术参考以太网时间同步 意味着时间同步协议是基于以太网帧1并且不考虑通过IP层的网络分段。然而，与 IEEE 802.1A S 不同，网络分段可以在链路层进行，但有局限性2。因此，PTP帧可以带有VLAN标签[2]。进 一步的技术细节将在接下来的章节中讨论。 时间感知网络的节点通过其角色（主节点或从节点）来标识。 ECU 的这些角色和功能是已知 的并且是预先定义的。每个时域只有一个全局主节点，称为 GTM3。虽然 GTM 的角色可以委 托给网络的其他节点，但这仅在 GTM 发生故障的情况下发生，并在故障解决后恢复。因此， 不需要在运行期间通过最佳主时钟算法（BMCA）确定全局时间主控（在 IEEE802.1AS 中表示 为 Grandmaster）等动态机制[1]。 如前所述，EthTSyn 和 StbM 在功能上紧密耦合。因此，在本文档中，讨论了这些模块的重要 功能点，并解释了必要的配置提示。配置示例将考虑典型时间感知网络用例的抽象，并在 Ve ctor 的 DaVinci 配置器工具中进行演示。该文件的其余部分组织如下： 第 2 节简要描述了 EthTSyn 和 StbM 两个模块的功能概述以及它们适用于 AUTOSAR 和汽车嵌 入式系统的实用语义。第 3 节介绍了示例场景的相关配置参数以及相关数值。最后，第 4 节 将提供一个完整描述功能概念的示例图。 1 俗称PTP帧 2 欲了解更多信息，请参阅[2]。 3 全球时间大师 © 2021 Vector Informatik GmbH 版本0.2 基于模板版本6.2.1 7
    技术参考以太网时间同步 功能背景 本章将回顾以太网时间同步的初步基础。如上一节所述，在汽车用例中，按照 AUTOSAR 的规 定，时间同步是通过两个主要功能角色完成的：全局时间提供者和同步时间代理。这些角色 分别分配给 EthTSyn 和 StbM 模块。因此，在下面的小节中将介绍这两个模块的主要任务。 2.1 同步时基管理器（StbM） 图 1 说明了同步时基管理器如何与其他模块交互。 图 2-1 作为代理的同步时基管理器 [3]。 如图所示，StbM 与总线无关。同步时基管理器本身不提供任何时间协议协议来将其本地时基 同步到其他节点上的时基。它与 BSW 的 TSyn 模块交互以实现此类同步。利用从提供者 模块检索的信息，同步时基管理器可以将其时基同步到其他节点上的时基[3]。 StbM 维护全球时间的本地实例并将其提供给所谓的客户。可以区分三种类型的客户：触发型 客户、活跃型客户和通知型客户（详细信息请参阅[3]）。因此，StbM 通过为客户提供对同步 时基的访问来充当时基代理。 一般来说，EthTSyn 的时间分配是循环的（例如每 125 毫秒）。因此，StbM 必须在两次连续 更新时间之间的时间内提供对全球时间的访问。每当需要访问时，StbM 通过插入全球时间的 本地实例为其客户提供时间。这是通过使用硬件参考时钟和软件计数器来实现的。这种组合 形成了虚拟本地时间。维护全局时间本地实例的示意图如下图[3]所示。 © 2021 Vector Informatik GmbH 版本0.2 基于模板版本6.2.1 8 2
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