本實(shí)用新型涉及一種電力授時(shí)中的授時(shí)模塊，特別涉及一種電力授時(shí)中的PTP精準(zhǔn)時(shí)間協(xié)議授時(shí)模塊。

背景技術(shù)：

現(xiàn)在的許多系統(tǒng)都離不開時(shí)間同步的要求，比如測試與測量系統(tǒng)、電力系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、工業(yè)自動化及分布式系統(tǒng)等，而隨著系統(tǒng)范圍的擴(kuò)大及分散控制的發(fā)展，各個(gè)控制節(jié)點(diǎn)的時(shí)間同步變得越來越重要，尤其是電力系統(tǒng)，由于地域范圍的廣泛性和分散性，這要求系統(tǒng)中每個(gè)設(shè)備的動作按照統(tǒng)一的時(shí)序和節(jié)拍進(jìn)行才能保證系統(tǒng)的協(xié)調(diào)有序。

目前的電力系統(tǒng)基本采用GPS時(shí)鐘系統(tǒng)進(jìn)行同步和授時(shí)，這種方式存在一定的安全隱患，而且后期的升級換代變得很困難和昂貴。采用的NTP協(xié)議雖然可以對系統(tǒng)的時(shí)間進(jìn)行同步，但是NTP協(xié)議的精度偏差達(dá)到毫秒級的能力，對于那些要求微秒級或更高精度的場合就沒法使用了。而PTP時(shí)間精準(zhǔn)協(xié)議的出現(xiàn)，為實(shí)現(xiàn)特定場所的高精度要求提供了可行的途徑。

它的主要原理是通過一個(gè)同步信號周期性地對網(wǎng)絡(luò)中多個(gè)節(jié)點(diǎn)的時(shí)間進(jìn)行同步，通過軟硬件的結(jié)合，可以得到遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于NTP的同步精度。PTP的同步精度與PTP協(xié)議的實(shí)現(xiàn)方式有很大關(guān)系，如果使用純軟件來實(shí)現(xiàn)，它的精度可能與NTP差不多，如果采用硬件方式在網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的數(shù)據(jù)層增加時(shí)間戳，如網(wǎng)絡(luò)硬件層采用支持IEEE1588協(xié)議的PHY（DP83640），時(shí)間戳是實(shí)時(shí)生成的，那么時(shí)間同步精度可在微秒級，而采用全硬件實(shí)現(xiàn)，利用FPGA實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧和PTP協(xié)議，它的精度會達(dá)到納秒級。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

鑒于現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供一種電力授時(shí)中的PTP精準(zhǔn)時(shí)間協(xié)議授時(shí)模塊，采用PTP時(shí)間精準(zhǔn)協(xié)議，通過軟硬件的結(jié)合，達(dá)到納秒級精度，具體技術(shù)方案是，一種電力授時(shí)中的PTP精準(zhǔn)時(shí)間協(xié)議授時(shí)模塊，包括主控芯片、時(shí)間戳PHY芯片、JTAG調(diào)試芯片、變壓器、狀態(tài)指示燈、時(shí)鐘、指示燈，其特征在于：主控芯片采用MK60FN1M0VLQ12R芯片，該芯片集成了CPU、RAM、NORFLASH和網(wǎng)絡(luò)的MAC控制器，時(shí)間戳PHY芯片采用DP83640芯片，電路連接為，主控芯片單向連接指示燈、分別雙向連接JTAG調(diào)試芯片、時(shí)間戳PHY芯片，時(shí)間戳PHY芯片雙向連接變壓器、單向連接狀態(tài)指示燈，時(shí)鐘分別單向連接JTAG調(diào)試芯片、主控芯片。

本實(shí)用新型的技術(shù)效果是，采用PTP時(shí)間精準(zhǔn)協(xié)議，通過軟硬件的結(jié)合，達(dá)到納秒級精度。

附圖說明

圖1是本實(shí)用新型的工作原理框圖；

圖2是本實(shí)用新型的電原理圖；

圖3是圖2的續(xù)圖；

圖4是本實(shí)用新型的系統(tǒng)初始任務(wù)流程圖；

圖5是本實(shí)用新型的led燈閃爍任務(wù)流程圖；

圖6是本實(shí)用新型的串口的接收任務(wù)流程圖；

圖7是本實(shí)用新型的秒脈沖的響應(yīng)任務(wù)流程圖；

圖8是本實(shí)用新型的PTP協(xié)議運(yùn)行任務(wù)流程圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖作進(jìn)一步說明，

如圖1、2、3所示，一種電力授時(shí)中的PTP精準(zhǔn)時(shí)間協(xié)議授時(shí)模塊，包括主控芯片、時(shí)間戳PHY芯片、JTAG調(diào)試芯片、變壓器、狀態(tài)指示燈、時(shí)鐘、指示燈，主控芯片采用Freescale公司的MK60FN1M0VLQ12R芯片，該芯片集成了CPU、RAM、NORFLASH和網(wǎng)絡(luò)的MAC控制器，時(shí)間戳PHY芯片采用TI公司的DP83640芯片，電路連接為，主控芯片單向連接指示燈、分別雙向連接JTAG調(diào)試芯片、時(shí)間戳PHY芯片，時(shí)間戳PHY芯片雙向連接變壓器、單向連接狀態(tài)指示燈，時(shí)鐘分別單向連接JTAG調(diào)試芯片、主控芯片。

如圖4、5、6、7、8所示，整個(gè)PTP網(wǎng)絡(luò)通信共設(shè)置了系統(tǒng)的初始任務(wù)、指示燈的閃爍任務(wù)、串口1的接收任務(wù)、秒脈沖的響應(yīng)任務(wù)、PTP協(xié)議運(yùn)行任務(wù)五個(gè)任務(wù)，采用MQX操作系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)度各個(gè)任務(wù)之間的運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)方法包括以下步驟，

1、系統(tǒng)的初始任務(wù)：對系統(tǒng)進(jìn)行初始化，將以下的任務(wù)創(chuàng)建并運(yùn)行，然后銷毀該任務(wù)，依次創(chuàng)建網(wǎng)絡(luò)參數(shù)配置任務(wù)，跑馬燈任務(wù)1、2任務(wù)，消息列隊(duì)任務(wù)、信號量和互斥變量任務(wù)，網(wǎng)絡(luò)初始化運(yùn)行任務(wù)，1PPS處理任務(wù)，串口接收任務(wù)、PTP通信信息任務(wù)；

2、指示燈的閃爍任務(wù)：該任務(wù)始終運(yùn)行，目的是測試系統(tǒng)的運(yùn)行情況，

2-1、初始化端口，

2-2、判斷是否1=true，否，結(jié)束，是，端口電平翻轉(zhuǎn)，進(jìn)行下一步，

2-3、延時(shí)，

2-4、返回步驟2-2；

3、串口接收任務(wù)：串口UAR1的接收任務(wù)，接收主控單元發(fā)送過來的數(shù)據(jù)，并將其轉(zhuǎn)換成秒數(shù)據(jù)，

3-1、打開串口UAR1，

3-2、判斷是否1=true，否，結(jié)束，是，進(jìn)行下一步，

3-3、讀取數(shù)據(jù)，

3-4、判斷是否字頭=幀頭，否，返回步驟3-2，是，進(jìn)行下一步，

3-5、讀取協(xié)議剩余數(shù)據(jù)，

3-6、判斷數(shù)據(jù)是否有效，否，返回步驟3-2，是，進(jìn)行下一步，

3-7、設(shè)置時(shí)間有效位為真，

3-8、根據(jù)時(shí)間精度數(shù)據(jù)寫入PTP報(bào)文數(shù)據(jù)域，

3-9、按時(shí)間信息轉(zhuǎn)換成秒數(shù)據(jù)信息，時(shí)間更改有效為真；

4、秒脈沖的響應(yīng)任務(wù)，捕捉秒脈沖的上升沿，然后將秒數(shù)據(jù)信息寫入PHY芯片，更新時(shí)間戳的生成，該任務(wù)的優(yōu)先級最高，對秒數(shù)據(jù)的小數(shù)部分即納秒部分清零，提高PTP對時(shí)的精度，

4-1、創(chuàng)建信號量，

4-2、初始化端口，

4-3、判斷是否1=true，否，結(jié)束，是，進(jìn)行下一步，

4-4、等待信息量釋放，

4-5、判斷是否時(shí)間更改有效，否，返回步驟4-3，是，進(jìn)行下一步，

4-6、將秒數(shù)據(jù)信息寫入PTP，同步本地信息源，

4-7、返回步驟4-3；

5、PTP協(xié)議運(yùn)行任務(wù)，運(yùn)行PTP協(xié)議，根據(jù)運(yùn)行狀態(tài)的改變運(yùn)行不同的處理程序，

5-1、對PTP協(xié)議進(jìn)行缺省設(shè)置，

5-2、對PTP協(xié)議軟件環(huán)境進(jìn)行初始化設(shè)置，

5-3、設(shè)置PTP狀態(tài)為初始化，

5-4、判斷PTP狀態(tài)是否為初始化，否，進(jìn)行下一步，是，運(yùn)行BMC算法，更改運(yùn)行狀態(tài)，進(jìn)行下一步，

5-5、判斷是否為Faulty, 否，進(jìn)行下一步，是，更改運(yùn)行狀態(tài)并變?yōu)槌跏蓟癄顟B(tài)，結(jié)束，

5-6、判斷是否為Listening、Passive、Slave、Uncalibrated, 否，進(jìn)行下一步，是運(yùn)行接收網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)并根據(jù)接收數(shù)據(jù)類型進(jìn)行分析，結(jié)束，

5-7、判斷是否為Master, 否，結(jié)束是，進(jìn)行下一步，

5-8、根據(jù)時(shí)間間隔的大小分別發(fā)送各種類型報(bào)文，

5-9、運(yùn)行接收網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，根據(jù)接收數(shù)據(jù)類型進(jìn)行分析。

工作原理

在主控芯片的ARM芯片上電后，將指示燈點(diǎn)亮，預(yù)示工作正常，在主控單元能夠發(fā)送時(shí)間信息后，ARM芯片通過RS232接口接收主控單元的時(shí)間信息，通過解算后得出時(shí)間秒信息，在主控芯片發(fā)出1PPS后，ARM芯片將時(shí)間秒信息寫入DP83640芯片中，同步本地時(shí)間源、時(shí)鐘分別給ARM芯片提供運(yùn)行時(shí)鐘，給DP83640提供RMII通信的時(shí)鐘源，可以利用JTAG調(diào)試程序的運(yùn)行和斷點(diǎn)的設(shè)置，實(shí)時(shí)分析；通過PC機(jī)得到ARM芯片的輸出調(diào)試信息，便于程序在運(yùn)行中向外輸出一些系統(tǒng)信息，在ARM運(yùn)行PTP協(xié)議的運(yùn)行任務(wù)時(shí)，DP83640通過變壓器+RJ45接口向外發(fā)送協(xié)議報(bào)文。

該模塊可以向外輸出PTP協(xié)議的同步語句和通告語句，由于使用PTP協(xié)議，可以得到較高的同步精度。