CN109462454A - 基于ptp协议的汽车传感器时间同步方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种基于PTP协议的汽车传感器时间同步方法及系统，通过多个CPU计算单元相互通过交换机连接，形成局域网，定义一个主时钟和多个从时钟，利用主时钟周期性发送保温来确定从时钟和主时钟保温的收发精确时间，从而计算得到时钟偏差和网络延时，通过时钟偏差和网络延时修正每个CPU计算单元的本地时钟；通过结合硬件和软件将网络设备的内时钟与主控机的主时钟实现同步，提供同步建立时间10微秒的运用，与执行NTP协议的以太网延迟时间相比，整个网络的定时同步指标有显著的改善，可以满足自动驾驶对时钟同步的要求。

Description

基于PTP协议的汽车传感器时间同步方法及系统

技术领域

本发明涉及无人驾驶技术领域，尤其涉及一种基于PTP协议的汽车传感器时间同步方法及系统。

背景技术

在无人驾驶技术领域，自动驾驶需要很多传感器，如果多个传感器的时间时相互独立的，当数据需要融合时，系统会发生错乱。

传统的多CPU之间时间同步的方法一般是基于NTP协议进行，在NTP协议中，只要对公网上的某个NTP服务器发出一个基于UDP的ntp request，远程的NTP服务器就能返回一个含时间的reply，这个时间经过客户端对网络时间延迟的评估修正，得到一个修正后的时间，该时间也就是所需要的时间。以上方法适用于对时间精度不那么敏感的用户。对于高速行驶的车辆而言，毫秒级别的时间丢失都将会带来灾难性的后果，因此NTP协议是不能够满足无人驾驶需求的。

发明内容

有鉴于此，本发明提出了一种基于时间精度更高的PTP协议的汽车传感器时间同步方法及系统。

本发明的技术方案是这样实现的：本发明提供了一种基于时间精度更高的PTP协议的汽车传感器时间同步方法及系统，包括以下步骤：

S1、将车载多个CPU计算单元能通过支持PTP协议的交换机连接成为一个局域网，设置一个CPU作为主时钟，其他CPU作为从时钟；

S2、通过主时钟和从时钟之间互发时间报文使从时钟获得主时钟的报文发送时间点t₁、从时钟的报文接收时间点t₂、从时钟的报文发送时间点t₃和主时钟的报文接收时间点t₄；

S3、从时钟根据t₁、t₂、t₃、t₄四个报文时间点计算从时钟的时钟偏差和网络延时，并通过时钟偏差和网络延时修正本地时钟。

在以上技术方案的基础上，优选的，所述步骤S2中从时钟获得主时钟的报文发送时间点t₁的方法包括：

S21、主时钟周期性的发出sync报文，同时记录下sync报文离开主时钟的发送时间t₁，将t₁封装到Follow_up报文中并发送至从时钟；

S22、从时钟记录Follow_up报文中的时间t₁。

在以上技术方案的基础上，优选的，其特征在于，所述步骤S2中从时钟获得从时钟的报文接收时间点t₂的方法包括：

S23、从时钟记录sync报文到达的时间t₂。

在以上技术方案的基础上，优选的，所述步骤S2中从时钟获得从时钟的报文发送时间点t₃的方法包括：

S24、从时钟发出delay_req报文，并记录下delay_req报文离开从时钟的发送时间t₃。

更进一步优选的，所述步骤S2中从时钟获得主时钟的报文接收时间点t₄的方法包括：

S25、主时钟记录delay_req报文到达主时钟的时间t₄；

S26、主时钟发送携带精确时间戳信息t₄的delay_resp报文给从时钟，从时钟获得t₄。

在以上技术方案的基础上，优选的，所述步骤S3还包括：

计算时钟偏差offset和网络延时delay，所述时钟偏差所述网络延时

本发明还提供了一种基于PTP协议的汽车传感器时间同步系统，包括交换机、一个主时钟CPU和多个从时钟CPU，主时钟CPU和每个从时钟CPU均包含一个交换机网络接口和一个传感器网络接口，所述主时钟CPU和多个从时钟CPU分别通过对应的交换机网络接口与交换机信号连接，主时钟CPU和多个从时钟CPU分别通过对应的传感器网路接口与传感器信号连接。

在以上技术方案的基础上，所述主时钟CPU所连接的传感器为GPS传感器。

本发明的一种基于PTP协议的汽车传感器时间同步方法及系统相对于现有技术具有以下有益效果：

本发明通过协议实现CPU之间的系统时间同步，可以精确到纳秒级，通过结合硬件和软件将网络设备的内时钟与主控机的主时钟实现同步，提供同步建立时间10微秒的运用，与执行NTP协议的以太网延迟时间相比，整个网络的定时同步指标有显著的改善，可以满足自动驾驶对时钟同步的要求；

本发明的方法改进了PTP协议，把获取时间改成从GPS传感器获取，在设置时间的时候调用接口同步设置传感器时钟，最大程度满足了时间同步的需求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明基于PTP协议的汽车传感器时间同步方法的流程图；

图2为本发明基于PTP协议的汽车传感器时间同步系统的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施方式，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明的一种基于PTP协议的汽车传感器时间同步方法，其包括如下步骤：

S1、将车载多个CPU计算单元能通过支持PTP协议的交换机连接成为一个局域网，设置一个CPU作为主时钟，其他CPU作为从时钟；

S2、通过主时钟和从时钟之间互发时间报文使从时钟获得主时钟的报文发送时间点t₁、从时钟的报文接收时间点t₂、从时钟的报文发送时间点t₃和主时钟的报文接收时间点t₄；

S3、从时钟根据t₁、t₂、t₃、t₄四个报文时间点计算从时钟的时钟偏差和网络延时，并通过时钟偏差和网络延时修正本地时钟。

在具体实施方式中，所述步骤S2中从时钟获得主时钟的报文发送时间点t₁的方法包括：

S21、主时钟周期性的发出sync报文，同时记录下sync报文离开主时钟的发送时间t₁，将t₁封装到Follow_up报文中并发送至从时钟；

S22、从时钟记录Follow_up报文中的时间t₁。

在具体实施方式中，所述步骤S2中从时钟获得从时钟的报文接收时间点t₂的方法包括：

S23、从时钟记录sync报文到达的时间t₂。

在具体实施方式中，所述步骤S2中从时钟获得从时钟的报文发送时间点t₃的方法包括：

S24、从时钟发出delay_req报文，并记录下delay_req报文离开从时钟的发送时间t₃。

在具体实施方式中，所述步骤S2中从时钟获得主时钟的报文接收时间点t₄的方法包括：

S25、主时钟记录delay_req报文到达主时钟的时间t₄；

S26、主时钟发送携带精确时间戳信息t₄的delay_resp报文给从时钟，从时钟获得t₄。

在具体实施方式中，所述步骤S3还包括：

计算时钟偏差offset和网络延时delay，所述时钟偏差所述网络延时

如图2所示，本发明的一种基于PTP协议的汽车传感器时间同步系统，包括包括交换机、一个主时钟CPU和多个从时钟CPU，主时钟CPU和每个从时钟CPU均包含一个交换机网络接口和一个传感器网络接口，所述主时钟CPU和多个从时钟CPU分别通过对应的交换机网络接口与交换机信号连接，主时钟CPU和多个从时钟CPU分别通过对应的传感器网路接口与传感器信号连接。

在具体实施方式中，所述主时钟CPU所连接的传感器为GPS传感器。

在具体实施方式中，四个CPU计算单元通过一个交换机连接在一个局域网中，四个CPU计算单元分别为GPS传感器单元、相机传感器单元、激光传感器单元和导航传感器单元，首先交换机从GPS传感器单元中得到传感器的所有信息，解析出时间，然后用获取到的时间设置各个CPU的系统时间，同时把时间参数写入PTP保温中，在协议栈中组成广播包洪范到其他所有端口。

当交换机接收到报文时，它能对PTP生成收包硬件时间戳，报文离开交换机时，它能生成法宝硬件时间戳，设置连接GPS传感器的CPU为主时钟，其余三个CPU为次时钟，主时钟周期性地发出sync报文，并记录下sync保温离开主时钟的精确发送时间，该时间点记为t₁，主时钟将t₁封装到Follow_up报文中，发送给从时钟，从时钟记录sync报文到从时钟的精确时间t₂，从时钟发出delay_req报文并记录下精确发送时间t₃，主时钟记录下delay_req保温到达主时钟的精确时间t₄，主时钟发出携带精确时间戳信息t₄的delay_resp报文给从时钟，这样从时钟处就得到了t₁、t₂、t₃、t₄四个精确报文收发时间。

以上所述仅为本发明的较佳实施方式而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于PTP协议的汽车传感器时间同步方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、将车载多个CPU计算单元能通过支持PTP协议的交换机连接成为一个局域网，设置一个CPU作为主时钟，其他CPU作为从时钟；

S2、通过主时钟和从时钟之间互发时间报文使从时钟获得主时钟的报文发送时间点t₁、从时钟的报文接收时间点t₂、从时钟的报文发送时间点t₃和主时钟的报文接收时间点t₄；

S3、从时钟根据t₁、t₂、t₃、t₄四个报文时间点计算从时钟的时钟偏差和网络延时，并通过时钟偏差和网络延时修正本地时钟。

2.如权利要求1所述的一种基于PTP协议的汽车传感器时间同步方法，其特征在于，所述步骤S2中从时钟获得主时钟的报文发送时间点t₁的方法包括：

S21、主时钟周期性的发出sync报文，同时记录下sync报文离开主时钟的发送时间t₁，将t₁封装到Follow_up报文中并发送至从时钟；

S22、从时钟记录Follow_up报文中的时间t₁。

3.如权利要求2所述的一种基于PTP协议的汽车传感器时间同步方法，其特征在于，所述步骤S2中从时钟获得从时钟的报文接收时间点t₂的方法包括：

S23、从时钟记录sync报文到达的时间t₂。

4.如权利要求3所述的一种基于PTP协议的汽车传感器时间同步方法，其特征在于，所述步骤S2中从时钟获得从时钟的报文发送时间点t₃的方法包括：

S24、从时钟发出delay_req报文，并记录下delay_req报文离开从时钟的发送时间t₃。

5.如权利要求4所述的一种基于PTP协议的汽车传感器时间同步方法，其特征在于，所述步骤S2中从时钟获得主时钟的报文接收时间点t₄的方法包括：

S25、主时钟记录delay_req报文到达主时钟的时间t₄；

S26、主时钟发送携带精确时间戳信息t₄的delay_resp报文给从时钟，从时钟获得t₄。

6.如权利要求4所述的一种基于PTP协议的汽车传感器时间同步方法，其特征在于，所述步骤S3还包括：

计算时钟偏差offset和网络延时delay，所述时钟偏差所述网络延时

7.一种基于PTP协议的汽车传感器时间同步系统，其特征在于，包括交换机、一个主时钟CPU和多个从时钟CPU，主时钟CPU和每个从时钟CPU均包含一个交换机网络接口和一个传感器网络接口，所述主时钟CPU和多个从时钟CPU分别通过对应的交换机网络接口与交换机信号连接，主时钟CPU和多个从时钟CPU分别通过对应的传感器网路接口与传感器信号连接。

8.如权利要求7所述的一种基于PTP协议的汽车传感器时间同步系统，其特征在于，所述主时钟CPU所连接的传感器为GPS传感器。