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南京林业大学论文题目：基于IEEE1588协议的时间同步系统研究作者：邹磊专业：测试计量技术及仪器研究方向：智能仪器仪表指导教师：周国平副教授二○一二年六月分类号TQ041TM930学位代码309308密级GKGK学校代码1029810298学号3090224研究生硕士学位论文致谢至此，我的论文工作已经接近尾声，同时也意味着我的硕士研究生的生活也快结束了。回想起这三年来硕士生活中的酸甜苦辣，心中不免感慨万分。在这三年的硕士生活中，我的老师、同学、朋友和家人无论是生活上还是学习上都对我给予了莫大的关心与帮助，论文得以顺利完成与他们的支持是分不开的，籍此机会，谨向他们表示衷心的感谢。首先要感谢我的导师周国平老师。周老师严谨的治学态度、一丝不苟的工作精神给了我极大的启迪和感染，为我树立了榜样。在毕业设计上给予了我许多宝贵的指导意见，并不辞辛苦的帮我修改了论文。非常感谢周老师！感谢我的师兄师弟以及我的舍友，有他们的陪伴才使我三年的硕士生活变得更充实更有意义。再要感谢我的父母，你们总是一如既往地、默默地、无私地在背后支持我、鼓励我，使我脚踏实地的做人、做事和学习。最后，衷心地感谢从百忙之中抽出宝贵时间评审本论文的各位专家、学者。摘要随着网络技术的发展，分布式控制系统越来越多地应用在通信、导航和电力等领域。时钟同步是分布式控制系统的基础，且随着系统的复杂程度和数据交换速度的增加，其对时钟同步精度的要求越来越高。本文通过比较现今各种时钟同步方法的优劣，选择了基于IEEE1588协议的高精度网络时间同步方法作为研究对象，设计了一套主从时钟时间同步系统，为以后时钟同步领域的研究与探索提供了一定的参考价值。首先，论文详细介绍了IEEE1588协议的同步原理、时钟类型、关键技术、网络报文等方面，从理论上阐述了IEEE1588协议。然后，通过对大量有关IEEE1588协议资料的分析与研究，提出了LPC1768+DP83640的IEEE1588硬件实现方案。接着，选择μC/OS-II嵌入式操作系统来管理各个任务，并完成了其在LPC1768上的移植。另外，移植了轻量级的网络协议栈(Lwip)作为IEEE1588网络通信的基础。最后重点设计了IEEE1588的软件部分，包括：GPS串口信息的解析、时间值的相互转换、DP83640中时间戳的提取以及PTP网络报文的服务器和客户端的通信程序等。通过实验室模拟环境对主从时钟之间的时间同步性能进行了测试。实验结果表明：时钟同步误差为150ns达到了次微秒级精度，可满足大多数分布式测控系统对高精度时钟同步的要求，具有较好的应用前景。关键词：IEEE1588标准;时钟同步;μC/OS-II;Lwip;TheResearchofTimeSynchronizationSystemBasedonIEEE1588AbstractWiththedevelopmentofnetworktechnology,distributedcontrolsystemsareincreasinglyusedincommunications,navigationandelectricpower.Clocksynchronizationisthebasisofdistributedcontrolsystems.Withthecomplexityofthesystemanddataexchangespeedincreasing,thedemandofclocksynchronizationprecisionbecomeshigher.Comparingwiththevariousmethodsofclocksynchronization,theIEEE1588high-precisionnetworktimesynchronizationmethodisdeterminedasthepaper'sstudy.Inthispaper,amaster-slaveclocktimesynchronizationsystemisdesigned.Thissystemwillprovidesomereferencevalueforthefutureresearchandexplorationofclocksynchronizationfield.Firstly,thesynchronizationprinciplesoftheIEEE1588protocol,clocktype,keytechnologiesandnetworkpacketsareallintroducedindetail.ThesearethetheoreticalpartoftheIEEE1588protocol.Secondly,throughtheanalysisandresearchofthematerialfortheIEEE1588protocol,theLPC1768+DP83640hardwareimplementationaboutIEEE1588isdesignedinthepaper.Then,μC/OS-II,embeddedoperatingsystem,isselectedtomanagethevarioustasks,anditismigratedtotheLPC1768.Inaddition,alightweightportablenetworkprotocolstack(Lwip)ismigratedtooperatingsystemasthebasisofIEEE1588networkcommunications.Finally,thedesignoftheIEEE1588softwareisakeypointinthepaper.theIEEE1588softwareincludes：theanalysisofGPSserialportinformation,theconversionofdifferenttimevalue,DP83640timestamp'sextractionandthePTPnetworkpacketcommunicationproceduresofserverandclient.Throughthetimesynchronizationperformancetestbetweenmaster-slaveclockinthelaboratorysimulationenvironment,Theresultsshowthattheclocksynchronizationprecisionissub-microsecond,meetingtherequirementofhighprecisionofclock-synchronizinginmostdistributedmeasurementandcontrolsystems,andtherewouldbeabrighterpropesctbyapplyingitintopratice.KeyWords：IEEE1588standard;clocksynchronization;μC/OS-II;Lwip;I目录第一章绪论.......................................................................................................................11.1引言......................................................................................................................11.2现有时间同步方法的比较......................................................................................11.3国内外发展现状....................................................................................................21.3.1国外应用状况..............................................................................................21.3.2国内应用状况..............................................................................................21.4研究的目的和意义................................................................................................21.5本论文的组织结构................................................................................................3第二章IEEE1588标准时间协议的分析.............................................................................42.1IEEE1588协议简介...............................................................................................42.2IEEE1588同步原理...............................................................................................42.3IEEE1588时钟类型...............................................................................................52.4IEEE1588协议的关键技术....................................................................................82.4.1最佳主时钟算法..........................................................................................82.4.2PTP状态机................................................................................................112.5PTP报文..............................................................................................................142.5.1PTP系统的数据类型..................................................................................142.5.2PTP报头的封装格式..................................................................................152.5.3PTP报文的封装格式.................................................