問風  時(shí)間同步是TSN交低靜換實現的前提。802.1AS規範定義了TSN網絡同步的方法，其基本思路舞通還是利用IEEE 1588v2定義的PTP協議，将網絡中所有的時(shí)老刀間從設備與時(shí)間主設備的時(shí)間進行同空慢步。在基于FAST流水線的TSN實現中，與PTP協議相關的邏輯主要有事黑接收控制邏輯（RXC），PTP-UDA模塊以及PTP-空的UDO模塊。這三個模塊密切協同實現PTP時(shí)間同國信步而不(bù)需要軟件參與。 一、FAST-TSN-04的PTP實現模型歌影    市裡;   在FAST-TSN-04的醫生PTP協議實現模型如(rú)下圖所示，主要由RxC、PTP-UDA和PT為冷P-UDO模塊組成。其中RxC模塊位于FPGA OS内跳房部，是FAST平台固有的邏輯，而PTP-UDA司短和PTP-UDO是FAST擴展的流水線模塊腦通，隻有需要支持PTP協議的流水線才需要嵌入這兩個模塊。    章長;（1）主要功能模塊
    &開制nbsp;每個從接口接收的分組首先進入RxC模塊。RxC模塊首先動舊不(bù)加區分的為(wèi)每個分組打上吃慢48比特接收時(shí)間戳。接收時(s木小hí)間戳被填寫在分組的元數據中，随着分組一同進會朋入FAST流水線處理。由于接口時(shí)鐘(zhōng)頻率為(wè視雜i)125MHz，因此時(shí)間戳的精度為(wèi)8ns。RxC黃雨模塊位于輸入緩存之前，因此輸出緩存的擁塞和調度機制不(bù)影響接收時(sh遠多í)間戳标記的準确度。    村白;  PTP-UDA模塊吃南位于FAST流水線的開(kāi)始，負責PTP協議的章家處理。根據軟件配置，PTP-UDA可以工(gōng)舊媽作在時(shí)間主模式或是時(shí)間從模式。PTP-UDA内部的票謝狀态機控制整個時(shí)間同步過程，由于時少她(shí)間同步完全由硬件實現，因此同步過報在程中不(bù)需要followup消息，主從之間隻交換sy木喝nc、delay_req和delay-resp三類消息，站坐關于PTP消息詳細的交互流程以及offset的計算師藍已有大(dà)量文章介紹，本文不(bù)再贅述。     &n相看bsp;若PTP-UDA工(gōng)作在時(shí)間從模式，則每次湖雜同步都會(huì)産生一個本地時(shí)鐘(zhōng)與主時(shí來嗎)鐘(zhōng)的偏差offset，該off醫亮set用于修正本地的全局時(shí)間。
     PT物冷P-UDO模塊位于輸出緩存之後，PTP-UDO模塊根據輸出分組元快樂數據中協議标準類型（PST）來判斷該分組是否為(wèi)PTP的sy科子nc/delay-req/delay-resp分組。      如(rú樂熱)果輸出分組是上述PTP分組，則該分組在PTP協計東議頭中會(huì)攜帶透明時(shí)鐘(zhōng)（T紙話ransparent Clock）字段TC關雨，PTP-UDO模塊會(huì)根據分組頭部攜帶的時要件(shí)間戳信息，當前時(shí)間信息計算分組從PTP鐘裡-UDA發出經交換緩存和輸出緩存的延時(shí)，将該延時(shí)美分累計到透明時(shí)鐘(zhōng)字段中。如(rú)果分組不(bù)是上村也述PTP分組，則PTP-UDO模塊将該分組發出而不(bù)做任何修改。 鄉男    （2）多時(shí)鐘公地(zhōng)域時(shí)鐘(zhōng)同步
    &n事化bsp;在基于FPGA的FAST千兆交換實現過他讀程中，FPGA内部最多有2N+1個時(shí和這)鐘(zhōng)域，其中N為(wèi)接口錢腦數目。其中每個千兆接口都有一個獨立的接收時(shí)鐘(zhō化到ng)，該時(shí)鐘(zhōng)頻率與通(tōng報業)信對端的發送時(shí)鐘(zhōng)一緻。每個接口都有一業錯個發送時(shí)鐘(zhōng)，負責将數據通(tōng紙兵)過GMII/RGMII接口發送給PHY芯片。同時(shí)還有一玩她個獨立于接收和發送接口時(shí)鐘(zhōng)的核心時生影(shí)鐘(zhōng)，作為(wèi)FAST流水窗校線的工(gōng)作時(shí)鐘(zhōng)。 雖然FAST-TSN-04的接口時(shí)鐘(zhō白頻ng)和核心時(shí)鐘(zhōng)都額定為(wèi)煙謝125MHz，但可能存在細微的差别。例如(rú)兩個20p不內pm的125MHz晶振，設基于這兩個晶振的時(shí)間每秒偏差為秒頻(wèi)D，則： Dmax=8ns*（125M*（下算1+20ppm）-125M*（1-20pp上慢m））=40us 因此FPGA内部不(和志bù)同時(shí)鐘(zhōng)域的他喝時(shí)間信息之間也需要同步，片上跨時(shí)鐘(zh制媽ōng)域的時(shí)間同步有單信号同步和多信号同步等方式，這生車裡不(bù)再贅述。 二、PTP協議同步實現    （1）工醫時(shí)間信息的标記和處理
     基于RxC木吧、PTP-UDA和PTP-UDO模塊的FAST-TSN火廠-04的PTP時(shí)間同步實現原理師拍如(rú)下圖所示。每個sync/delay_r花雜eq/delay-resp的協議分組都由PTP司很-UDA發出和接收。      女關FAST-TSN-04需要發送PTP分組時(shí)， PTP家火-UDA産生PTP分組，并将分組從PTP-UDA離開(kāi)的時(shí)間影近t0填寫到分組的元數據中，假設該分組到達PTP-UDO時(shí)間為(樂慢wèi)t1，則該分組在交換機内部的延時(shí)将會(huì)填寫到分組的作要透明時(shí)鐘(zhōng)域TC中，随分組從網絡接口發出。 遠森     &n讀知bsp;FAST-TSN-04接收PTP分坐城組時(shí)首先将接收時(shí)間戳t2填寫到聽睡分組元數據中，然後送到FAST流水線的PTP-UDA模塊，呢這設PTP-UDA模塊收到分組的時(shí)間為(村高wèi)t3。後續的PTP分組處理有兩種情況。   &nbs離務p;  一是分組的目的MAC是本綠電地接口MAC地址，則該分組會(huì)送到本地PTP-UDA處理。本地師地PTP-UDA首先對分組的透明時(shí)鐘(zhōng票票)域進行修正，增加值為(wèi)該分組進入車暗FPGA後的延時(shí)t3-t2，然後再對分組數進行解析，根據PT文讀P協議要求進行後續處理。      二是分如技組目的不(bù)是本地MAC，即該分組需要被TSN交換機轉發河森。PTP-UDA不(bù)處理該分組，直接将分組送FAST流水線進高謝行後續交換處理。設分組到達輸出接口的PTP-UDO時慢說(shí)間為(wèi)t4，則分組在交線說換機中的延時(shí)t4-t2将被累加到TC域中。 民訊    （2）同技用步計算關鍵時(shí)間點的獲取
     門拿基于PTP的時(shí)間同步原理如(rú)下圖所示，時(shí)間從設備校少通(tōng)過與時(shí)間主設備的三種類型分組的交互畫風獲取四個關鍵的時(shí)間點信息，T1，T2，T3和劇船T4，并根據這些關鍵時(shí)間點信息計算自己時(sh數鐘í)間與時(shí)間主設備時(shí)間的偏差offse但弟t，并根據這個偏差調整自己的時(shí)間綠林計數器(qì)。    &腦快nbsp; 時(shí)間從設備與時(shí)間明空主設備的交互并獲取四個關鍵時(shí)間點的詳細方法如(rú)下表所示務不，時(shí)間點标記參見圖2。 舞綠    （3）全局時紅看(shí)間的表示與修正
     PTP主什通和PTP從設備的全局時(shí)間計數器(qì)time_cnt均在PTP錢腦-UDA内部維護，長(cháng)度為(wèi)48比特。每隔8n動你s加1，因此計數器(qì)計數的時(shí)長(cháng)超過麗可200天，這對于TSN交換原型系統來說(shuō)已經足夠。     照看; TSN交換系統複位時(shí)，time_小報cnt置為(wèi)全0，并随時(shí)鐘她電(zhōng)自由增加。從設備在第一次接信些收到sync同步幀時(shí)，将自己的time_cn做為t設置為(wèi)T1，後續同步過程使用offset修森街正自己的time_cnt計數器(qì)。此外，在每個時(shí)鐘(zh吃有ōng)同步周期内，每個TSN設備的time_c這場nt要與外圍時(shí)鐘(zhōng)域的時(shí)間進行一次同步。 好做 三、進一步讨論 （1）端系統PTP處理的實現 愛些      站間;在TSN網絡中，時(shí)間主設備可以是T窗志SN交換機，也可以是具有高精度時(shí)間的終喝秒端設備。由于FAST架構的核心就是基于軟硬件協同的方式進雜視行分組處理，FPGA OS内部已經嵌入DMA黃這通(tōng)道，實現與CPU軟件進行通(tōng)信，因如拿此基于FAST擴展流水線的PTP協議處理可廠喝方便的在網卡上實現，而且不(bù)需要任何軟件參與。 （2）PTP同步頻率   &nbs一做p;  由于所有的PTP同步邏輯由FPGA硬件輛拍實現，不(bù)會(huì)給軟件增加開(kāi)銷，因此在規模有限的TSN網訊匠絡中，可以增加同步的頻度。根據上述分析，當兩個節點的晶振精度都為(wèi資爸)20ppm時(shí)，每秒時(shí)間偏差可達40us。體水若将同步間隔縮小到1ms，則同步誤差可縮小錢事到40us左右，可以滿足絕大(dà)多數TSN場景的需求雜去。