千兆以太网IEEE 1588协议的实现

摘要

随着网络技术的蓬勃发展，以太网以其协议通用性、远距离传输、灵活的网络拓扑以及不断发展的网络带宽等诸多优势，被广泛应用到测试领域。网络化自动测试系统主要针对分布式测试任务，与以太网普通应用相比，需实现控制操作的精确性和采集数据的时序关联性。IEEE1588协议标准是网络化自动测试系统中实现测试设备及测试数据精密同步的重要方式。随着被测目标的测试复杂度和测试内容的持续增长，百兆以太网已很难适应系统对数据传输的需求，千兆以太网接口已成为未来网络化测试设备的重要形式。
　　本文在总结当前主流的PTP（Precision Time Protocol）硬件支持方式的基础上，以Xilinx Zynq-7000SOC作为硬件设计平台，深入分析比较了基于该硬件平台的三种PTP硬件支持方案，以通用性和可扩展性为主要考量因素，设计了一种基于PL（ProgrammableLogic）自研IP核实现千兆以太网下IEEE1588协议的方案框架。
　　本方案为搭建网络通信链路，设计了基于FMC接口的千兆以太网PHY硬件电路和屏蔽底层影响的速率选择与数据优化IP核，并开发相应的通信测试工程测试了PHY与PS（Processing System）之间的通信功能。
　　为完成PTP硬件支持，本方案在可编程逻辑器件中设计可配置实时时钟和时间戳模块，为上层设计提供了完备的时钟调节接口，完成IEEE1588实现亚微秒级同步精度所需的硬件支持，不要求在通信链路中配备支持硬件时间戳功能的PHY或MAC器件。
　　上层设计采用在Linux操作系统中移植并优化PTPd开源软件并开发IP核设备驱动程序实现IEEE1588状态机和硬件时间戳获取功能，本方案可以直接移植到包含可编程逻辑器件和支持Linux的微处理器的仪器控制架构中。
　　在本方案的测试中，利用主从时钟输出秒脉冲信号（PPS），精确测试网络节点设备的时钟同步精度，本文从功能性和应用性两方面对本方案同步精度进行测试，分析设备时钟频率偏移、分布时钟节点数、交换机转发次数以及网络背景流量对同步精度的影响，验证了在经多次交换机转发并存在一定背景流量下的网络化测试系统中保持各网络节点设备亚微秒级同步精度的可行性。

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第1章 绪论

1.1 课题背景及研究的目的和意义

1.2IEEE 1588协议概述

1.3 国内外研究现状及分析

1.4 本课题的主要研究内容与结构

第2章千兆以太网下IEEE 1588设计方案

2.1IEEE 1588设计指标与调节功能需求

2.2千兆以太网下IEEE 1588设计方案分析

2.3基于Zynq平台千兆以太网下IEEE 1588设计方案

2.4 本章小结

第3章 硬件设计

3.1 千兆以太网PHY硬件开发

3.2 千兆以太网PHY扩展板硬件测试

3.3IEEE 1588 IP核的实现

3.4 本章小结

第4章IEEE 1588协议实现

4.1 Linux系统移植及开发环境搭建

4.2IEEE 1588 IP核驱动程序开发

4.3 应用层软件设计

4.4 本章小结

第5章 时间同步精度的测试实验与研究

5.1 测试平台搭建

5.2 基本同步性能测试

5.3 实际应用性测试

5.4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

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