2011年 7月 1日
第 34卷第 1 3期
现代电子技术
M odern Electronics Technique
Ju1. 2011
Vo1.34 NO.13
基于 STM32F107VC的 IEEE 1588精密
时钟同步分析与实现
张 小 强 ,谢 鹏 程
(华南理工大学 机械与汽车工程学 院,广东 广州 510640)
摘 要 :随着 网络化 与分布 式 系统的应用 ,对 系统各 节点 间的时钟 同步精度要 求越 来越 高,尤其在分 布 式 运 动 控 制 中,
高精度 时钟 同 步 更是 一切应用的基础 。针对此 问题 ,首 先 分析 了 IEEE 1588时钟 同步的基 本原理 ,并从 理论 上深入研 究 了
影响时钟 同步的关键 因素 ,经过综合分析对 比各 实现方案 的优 劣,创 新 性 提 出 了具 有较 高性价 比的基 于 STM32F1O7VC 的
IEEE 1588实现 方 案 ,通 过 捕 获 硬 件 时间戳 和校正频率漂移 ,在 自定义协议 中实现 了低 于 300 ns的高精 度时钟 同步。
关键词 :IEEE 1588;sTM32F107VC;时钟 同步 ;时间戳
中 图 分 类 号 :TN911.7—34 文 献标 识 码 :A 文 章 编 号 :1004—373X(2011)13-0172—03
Analysis and Im plementation of IEEE 1 588 Precision Clock SynchrOnizati0n
Based on STM 32F107VC
ZHANG Xiao~qiang,XIE Peng—cheng
(South China University of Technology,Guangzhou 510640,China)
Abstract:A higher precision of clock synchronizati0n is needed with the development of network and distributed system ,
and especially the high precision dock synchronization is the foundation of all applications in a distributed motion control sys—
tern.The basic principle of IEEE 1 5 88 standard is introduced,and the key factors which affect the clock synchronizati0n are
studied theoretically. Through com parison of various methods, the best cost—effective implementation based on
STM 32F107VC microprocessor is decided,and the high precision clock synchronization below 300ns is realized by capturing
hardware time stamp and adj usting frequency drift.
Keywords:IEEE 1588;STM 32F107VC;clock synchronization;time stamp
0 引 言
在分 布式 系统 应用 __】 中 ,由于各节 点物 理 上 的分散
性 ,要 保 证系 统整 体 的高 精 度 协 调 运 动 ,时 钟 同步 一直
是个 关键 问题 ,现 有 的 解决 方 案 中 ,IEEE 1588精 密 时
间协 议 (PTP)心 较 为 突 出 ,但 诸 多 实 现方 案 中 ,无 论 是
FPGA 定制 或纯 软件 实 现…或 其他 方 式嘲 ,均存 在 成
本较高或精度不够的问题 ,性 价比不高 ,本 文通过深入
研究其多种实现方案的优劣 ,提 出 了现今具 有 较高性 价
比的基 于 STM32F107VC 的 IEEE 1588实 现方 案 ,极
好 的满 足 了分 布式 系统 的应 用 ,尤 其在 中高端 工业 控制
的分布 式应 用 中 ,具 有较 高 的市场 价值 和工 程 意义 。
1 IEEE 1588的 同步 原 理
该协议 以 UDP/IP 为载 体 进 行 消息传递 ,整 个 系
收 稿 日期 :20l1 O3 16
基金项 目 :国家 863计划 项 目(2009AA4ZI11);国家 科 技 支 撑
计 划 基 金 项 目 (2007BAH13B06)
统 的各个 节点 ,按 发送 或 接 收 时 间信 息 的角 色 ,可 分 为
主节 点 和从节 点 。协议 通 过在 主 从 节 点之 间 交 换 PTP
消息来实现精确时钟同步 ,其基 本原 理 。 如 图 1所示 。
广 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一
I 从时钟端 数 据
I ,^
图 l 同步 原 理
该 同步过 程分 为两 个 阶段 :时钟 偏 移 (Offset)测 量
阶段 和传 输延 迟 (Delay)测量 阶段 。
(1)时 钟偏 移测 量 ,用 于修 正 主从 时 钟之 间 时钟 偏
移 ,如 图 1所 示 :主 时 钟 按 定 义 时 间 间 隔 周 期 性 发 送