CN111884746A - 用于soc平台上进行gptp对时的pps秒脉冲信号输出方法及系统 - Google Patents

用于soc平台上进行gptp对时的pps秒脉冲信号输出方法及系统 Download PDF

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Abstract

一种用于soc平台上进行gptp对时的pps秒脉冲信号输出方法，包括:一、获取当前时间的纳秒值；二、调用基于ptp时钟的睡眠函数进行睡眠，睡眠结束后，执行步骤三；三、获取当前时间的纳秒值；四、若所述期望纳秒值‑所述纳秒值＝电平建立时间±x，则向soc芯片的GPIO端口输出电平，返回步骤一，当所述期望纳秒值为500000000ns时，电平为低电平，当所述期望纳秒值为1000000000ns时，电平为高电平,所述电平建立时间为所述soc芯片的出厂标定参数，否则，返回步骤三。本发明提供了一种以软件程序的方式实现且精度能到达要求的pps秒脉冲信号的输出方法，使信号的输出不依赖于硬件，适用面广。

Description

用于soc平台上进行gptp对时的pps秒脉冲信号输出方法及 系统
技术领域
本发明涉及gptp技术领域，尤其涉及一种用于soc平台上进行gptp对时的pps秒脉冲信号输出方法及系统。
背景技术
随着avb协议栈在汽车里的大量使用,gptp协议(基于以太网的时间同步协议)也越来越重要。gptp协议是一个很重要的基础协议,它为在车载网络里的所有ECU(电子控制单元)使用统一的时间基准提供了可能和保障。在车载网络里一般会有一个ECU作为时钟的master,其余的ECU作为slave与master同步。由于slave的同步精度决定了avb的媒体同步质量,如何测量slave的同步精度和抖动就显得很重要。业内通用的作法是在master和slave侧各自输出基于gptp协议的秒脉冲信号,也称为PPS信号，这个pps信号的上升沿对应了ptp时间的整秒时刻，将两个pps信号在示波器上同时观察就能测量出对时的精度和抖动的范围。
目前，在soc平台上ptp时钟的秒脉冲信号输出通常由soc芯片内部的逻辑电路来实现的，依赖相关的硬件实现，优点就是pps信号的精度高，缺点是经常在客户的硬件平台上不支持pps信号的输出(有的soc芯片内部没有对应的pps信号输出电路)。
故需要找到一种用软件程序实现且精度能到达要求的pps信号的输出方法。
发明内容
基于此，针对上述技术问题，提供一种用于soc平台上进行gptp对时的pps秒脉冲信号输出方法及系统。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种用于soc平台上进行gptp对时的pps秒脉冲信号输出方法，包括:
一、获取当前ptp时间的纳秒值；
二、调用基于ptp时钟的睡眠函数进行睡眠，睡眠结束后，执行步骤三，所述睡眠函数的睡眠时间通过如下步骤确定：
计算时间差值：时间差值＝期望纳秒值-当前ptp时间的纳秒值，当0≦当前ptp时间的纳秒值<500000000ns或者当前ptp时间的纳秒值＝1000000000ns时，所述期望纳秒值为500000000ns，当500000000ns≦当前ptp时间的纳秒值<1000000000ns时，所述期望纳秒值为1000000000ns；
若所述时间差值大于睡眠函数的最大延时，则设置所述睡眠函数的睡眠时间为所述时间差值-所述最大延时-建立电平时间，否则，设置所述睡眠函数的睡眠时间为0；
三、获取当前ptp时间的纳秒值；
四、若所述期望纳秒值-当前ptp时间的纳秒值＝电平建立时间±20ns，则向soc芯片的GPIO端口输出电平，返回步骤一，当所述期望纳秒值为500000000ns时，电平为低电平，当所述期望纳秒值为1000000000ns时，电平为高电平,所述电平建立时间为所述soc芯片的出厂标定参数，否则，返回步骤三。
所述睡眠函数的最大延时通过以下步骤预先计算得到：
设置睡眠时间，调用所述睡眠函数进行多次睡眠；
计算每次睡眠实际时间与设置的睡眠时间的差值，取最大的差值作为最大延时。
通过ptp时钟驱动程序获取当前ptp时间的纳秒值。
在步骤一之前还包括设置GPIO端口为输出以及其初始电平。
所述睡眠函数为clock_nanosleep函数。
本方案还涉及一种用于soc平台上进行gptp对时的pps秒脉冲信号输出系统，包括存储模块，所述存储模块包括由处理器加载并执行的多条指令：
一、获取当前ptp时间的纳秒值；
二、调用基于ptp时钟的睡眠函数进行睡眠，睡眠结束后，执行步骤三，所述睡眠函数的睡眠时间通过如下步骤确定：
计算时间差值：时间差值＝期望纳秒值-当前ptp时间的纳秒值，当0≦当前ptp时间的纳秒值<500000000ns或者当前ptp时间的纳秒值＝1000000000ns时，所述期望纳秒值为500000000ns，当500000000ns≦当前ptp时间的纳秒值<1000000000ns时，所述期望纳秒值为1000000000ns；
若所述时间差值大于睡眠函数的最大延时，则设置所述睡眠函数的睡眠时间为所述时间差值-所述最大延时-建立电平时间，否则，设置所述睡眠函数的睡眠时间为0；
三、获取当前ptp时间的纳秒值；
四、若所述期望纳秒值-当前ptp时间的纳秒值＝电平建立时间±20ns，则向soc芯片的GPIO端口输出电平，返回步骤一，当所述期望纳秒值为500000000ns时，电平为低电平，当所述期望纳秒值为1000000000ns时，电平为高电平,所述电平建立时间为所述soc芯片的出厂标定参数，否则，返回步骤三。
所述睡眠函数的最大延时通过以下步骤预先计算得到：
设置睡眠时间，调用所述睡眠函数进行多次睡眠；
计算每次睡眠实际时间与设置的睡眠时间的差值，取最大的差值作为最大延时。
通过ptp时钟驱动程序获取当前ptp时间的纳秒值。
在步骤一之前还包括设置GPIO端口为输出以及其初始电平。
所述睡眠函数为clock_nanosleep函数。
本发明提供了一种以软件程序的方式实现且精度能到达要求的pps秒脉冲信号的输出方法，使信号的输出不依赖于硬件，适用面广，便于测试gptp对时的精度和抖动。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明：
图1为本发明的流程图。
具体实施方式
如图1所示，一种用于soc平台上进行gptp对时的pps秒脉冲信号输出方法，包括:
S101、获取当前ptp时间的纳秒值cur_ns。
S102、调用基于ptp时钟的睡眠函数进行睡眠，睡眠结束后，执行步骤S103。
其中，ptp时钟是硬件实现的，它是对时后的时间，以(秒，纳秒)的形式来表示。
由于pps秒脉冲信号的上升沿对应了ptp时钟的整秒时刻，下降沿对应了ptp时钟的整半秒时刻，故为了通过本发明软件程序输出pps秒脉冲信号，需要在整秒时刻给soc芯片的GPIO端口高电平，在整半秒时刻给soc芯片的GPIO端口低电平。当当前时间还未到达整秒时刻或者整半秒时刻时，需要调用睡眠函数先对上述软件程序进行睡眠，避免占用CPU资源，并且由于睡眠函数的执行会存在延时(执行时，操作系统调度和处理都需要消耗时间)，即实际睡眠时间会略大于设置的睡眠时间，故睡眠时间的设置还需要考虑到延时问题。具体过程如下：
1、计算时间差值time_interval：time_interval＝期望纳秒值ts_ns_next-纳秒值cur_ns，当0≦cur_ns<500000000ns或者cur_ns＝1000000000ns时，ts_ns_next为500000000ns，当500000000ns≦cur_ns<1000000000ns时，ts_ns_next为1000000000ns。
0<cur_ns<500000000ns代表当前时间位于前半秒，需要等到下一个整半秒时刻给GPIO端口低电平，而cur_ns＝0或者1000000000ns时，虽然恰好在整秒时刻，但是电平的建立是需要时间的，此时我们无法在整秒时刻给出电平，故cur_ns＝0或者1000000000ns的情况，我们同样将当前时间视为位于前半秒，等到下一个整半秒时刻给GPIO端口低电平，即期望纳秒值ts_ns_next为500000000ns。
500000000ns≦cur_ns<1000000000ns代表当前时间位于后半秒，需要等到下一个整秒时刻给GPIO端口高电平，即期望纳秒值ts_ns_next为1000000000nsns。
时间差值time_interval代表当前时间的纳秒值cur_ns距离期望纳秒值ts_ns_next还有多久。
2、若时间差值time_interval大于睡眠函数的最大延时wakeup_max，则设置睡眠函数的睡眠时间为时间差值time_interval-最大延时wakeup_max-建立电平时间，这样可以抵消wakeup_max以及为建立电平留出时间，使软件程序提前醒来，否则，设置睡眠函数的睡眠时间为0，显然，time_interval小于等于wakeup_max时就没必要进行睡眠了，这段时间很短，占用芯片资源也是可以接受的。
睡眠函数的延迟存在抖动，故我们取最大延时。
S103、获取当前时间的纳秒值cur_ns'。
S104、若期望纳秒值ts_ns_next-cur_ns'＝电平建立时间±20ns，则向soc芯片的GPIO端口输出电平，返回步骤S101，当期望纳秒值ts_ns_next为500000000ns时，电平为低电平，当期望纳秒值ts_ns_next为1000000000ns时，电平为高电平,电平建立时间为soc芯片的出厂标定参数(如1000ns)，否则，返回步骤S103。
本发明提供了一种以软件程序的方式实现且精度能到达要求的pps秒脉冲信号的输出方法，使信号的输出不依赖于硬件，适用面广，便于测试gptp对时的精度和抖动。
我们通过本发明输出pps秒脉冲信号的方式，使两个基于gptp协议的设备输出pps秒脉冲信号进行对时，然后用示波器测试两个设备输出的pps信号，发现两个pps信号的上升沿的偏差值在1-3us之间，精度达到了us级别，可以满足车载avb应用场合。
在本实施例中，睡眠函数的最大延时通过以下步骤预先计算得到：
1、设置睡眠时间，调用睡眠函数进行多次睡眠。
2、计算每次睡眠实际时间与设置的睡眠时间的差值，取最大的差值作为最大延时。其中，从睡眠开始时开始计时，睡眠结束时计时结束，这样就可以得到睡眠实际时间。
在本实施例中，步骤S101以及S103通过ptp时钟驱动程序获取当前ptp时间的纳秒值。
在本实施例中，在步骤S101之前还包括设置GPIO端口为输出以及其初始电平。
在本实施例中，睡眠函数为clock_nanosleep函数，当然也可以采用其它的睡眠函数，如usleep函数。
本方案还涉及一种用于soc平台上进行gptp对时的pps秒脉冲信号输出系统，包括存储模块，存储模块包括由处理器加载并执行的多条指令，如图1所示：
S101、获取当前ptp时间的纳秒值cur_ns。
S102、调用基于ptp时钟的睡眠函数进行睡眠，睡眠结束后，执行步骤S103。
其中，ptp时钟是硬件实现的，它是对时后的时间，以(秒，纳秒)的形式来表示。
由于pps秒脉冲信号的上升沿对应了ptp时钟的整秒时刻，下降沿对应了ptp时钟的整半秒时刻，故为了通过本发明软件程序输出pps秒脉冲信号，需要在整秒时刻给soc芯片的GPIO端口高电平，在整半秒时刻给soc芯片的GPIO端口低电平。当当前时间还未到达整秒时刻或者整半秒时刻时，需要调用睡眠函数先对上述软件程序进行睡眠，避免占用CPU资源，并且由于睡眠函数的执行会存在延时(执行时，操作系统调度和处理都需要消耗时间)，即实际睡眠时间会略大于设置的睡眠时间，故睡眠时间的设置还需要考虑到延时问题。具体过程如下：
3、计算时间差值time_interval：time_interval＝期望纳秒值ts_ns_next-纳秒值cur_ns，当0≦cur_ns<500000000ns或者cur_ns＝1000000000ns时，ts_ns_next为500000000ns，当500000000ns≦cur_ns<1000000000ns时，ts_ns_next为1000000000ns。
0<cur_ns<500000000ns代表当前时间位于前半秒，需要等到下一个整半秒时刻给GPIO端口低电平，而cur_ns＝0或者1000000000ns时，虽然恰好在整秒时刻，但是电平的建立是需要时间的，此时我们无法在整秒时刻给出电平，故cur_ns＝0或者1000000000ns的情况，我们同样将当前时间视为位于前半秒，等到下一个整半秒时刻给GPIO端口低电平，即期望纳秒值ts_ns_next为500000000ns。
500000000ns≦cur_ns<1000000000ns代表当前时间位于后半秒，需要等到下一个整秒时刻给GPIO端口高电平，即期望纳秒值ts_ns_next为1000000000nsns。
时间差值time_interval代表当前时间的纳秒值cur_ns距离期望纳秒值ts_ns_next还有多久。
4、若时间差值time_interval大于睡眠函数的最大延时wakeup_max，则设置睡眠函数的睡眠时间为时间差值time_interval-最大延时wakeup_max-建立电平时间，这样可以抵消wakeup_max以及为建立电平留出时间，使软件程序提前醒来，否则，设置睡眠函数的睡眠时间为0，显然，time_interval小于等于wakeup_max时就没必要进行睡眠了，这段时间很短，占用芯片资源也是可以接受的。
睡眠函数的延迟存在抖动，故我们取最大延时。
S103、获取当前时间的纳秒值cur_ns'。
S104、若期望纳秒值ts_ns_next-cur_ns'＝电平建立时间±20ns，则向soc芯片的GPIO端口输出电平，返回步骤S101，当期望纳秒值ts_ns_next为500000000ns时，电平为低电平，当期望纳秒值ts_ns_next为1000000000ns时，电平为高电平,电平建立时间为soc芯片的出厂标定参数(如1000ns)，否则，返回步骤S103。
我们通过本发明输出pps秒脉冲信号的方式，使两个基于gptp协议的设备输出pps秒脉冲信号进行对时，然后用示波器测试两个设备输出的pps信号，发现两个pps信号的上升沿的偏差值在1-3us之间，精度达到了us级别，可以满足车载avb应用场合。
在本实施例中，睡眠函数的最大延时通过以下步骤预先计算得到：
1、设置睡眠时间，调用睡眠函数进行多次睡眠。
2、计算每次睡眠实际时间与设置的睡眠时间的差值，取最大的差值作为最大延时。其中，从睡眠开始时开始计时，睡眠结束时计时结束，这样就可以得到睡眠实际时间。
在本实施例中，步骤S101以及S103通过ptp时钟驱动程序获取当前ptp时间的纳秒值。
在本实施例中，在步骤S101之前还包括设置GPIO端口为输出以及其初始电平。
在本实施例中，睡眠函数为clock_nanosleep函数，当然也可以采用其它的睡眠函数，如usleep函数。
以cur_ns＝250000000ns，最大延时wakeup_max＝5000ns，电平建立时间＝1000ns为例，代表当前时间位于前半秒，需要等到下一个整半秒时刻给GPIO端口低电平，期望纳秒值ts_ns_next为500000000ns，时间差值time_interval＝期望纳秒值ts_ns_next-纳秒值cur_ns，即500000000ns-250000000ns＝250000000ns。
此时，时间差值time_interval(250000000ns)大于睡眠函数的最大延时wakeup_max(5000ns)，设置睡眠函数的睡眠时间为时间差值time_interval-最大延时wakeup_max-电平建立时间，即睡眠函数以250000000ns-5000ns＝249994000ns的时间进行睡眠。
睡眠结束后，cur_ns'为250000000ns+249994000ns+实际延时4800ns+电平建立时间1000ns＝499999800ns，此时，ts_ns_next-cur_ns'＝500000000ns-499999800ns＝1200ns,满足了ts_ns_next-cur_ns'＝电平建立时间±20ns的条件，向soc芯片的GPIO端口输出低电平。
但是，本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。

Claims (10)

1.一种用于soc平台上进行gptp对时的pps秒脉冲信号输出方法，其特征在于，包括:
一、获取当前ptp时间的纳秒值；
二、调用基于ptp时钟的睡眠函数进行睡眠，睡眠结束后，执行步骤三，所述睡眠函数的睡眠时间通过如下步骤确定：
计算时间差值：时间差值＝期望纳秒值-当前ptp时间的纳秒值，当0≦当前ptp时间的纳秒值<500000000ns或者当前ptp时间的纳秒值＝1000000000ns时，所述期望纳秒值为500000000ns，当500000000ns≦当前ptp时间的纳秒值<1000000000ns时，所述期望纳秒值为1000000000ns；
若所述时间差值大于睡眠函数的最大延时，则设置所述睡眠函数的睡眠时间为所述时间差值-所述最大延时-建立电平时间，否则，设置所述睡眠函数的睡眠时间为0；
三、获取当前ptp时间的纳秒值；
四、若所述期望纳秒值-当前ptp时间的纳秒值＝电平建立时间±20ns，则向soc芯片的GPIO端口输出电平，返回步骤一，当所述期望纳秒值为500000000ns时，电平为低电平，当所述期望纳秒值为1000000000ns时，电平为高电平,所述电平建立时间为所述soc芯片的出厂标定参数，否则，返回步骤三。
2.根据权利要求1所述的一种用于soc平台上进行gptp对时的pps秒脉冲信号输出方法，其特征在于，所述睡眠函数的最大延时通过以下步骤预先计算得到：
设置睡眠时间，调用所述睡眠函数进行多次睡眠；
计算每次睡眠实际时间与设置的睡眠时间的差值，取最大的差值作为最大延时。
3.根据权利要求1或2所述的一种用于soc平台上进行gptp对时的pps秒脉冲信号输出方法，其特征在于，通过ptp时钟驱动程序获取当前ptp时间的纳秒值。
4.根据权利要求3所述的一种用于soc平台上进行gptp对时的pps秒脉冲信号输出方法，其特征在于，在步骤一之前还包括设置GPIO端口为输出以及其初始电平。
5.根据权利要求4所述的一种用于soc平台上进行gptp对时的pps秒脉冲信号输出方法，其特征在于，所述睡眠函数为clock_nanosleep函数。
6.一种用于soc平台上进行gptp对时的pps秒脉冲信号输出系统，其特征在于，包括存储模块，所述存储模块包括由处理器加载并执行的多条指令：
一、获取当前ptp时间的纳秒值；
二、调用基于ptp时钟的睡眠函数进行睡眠，睡眠结束后，执行步骤三，所述睡眠函数的睡眠时间通过如下步骤确定：
计算时间差值：时间差值＝期望纳秒值-当前ptp时间的纳秒值，当0≦当前ptp时间的纳秒值<500000000ns或者当前ptp时间的纳秒值＝1000000000ns时，所述期望纳秒值为500000000ns，当500000000ns≦当前ptp时间的纳秒值<1000000000ns时，所述期望纳秒值为1000000000ns；
若所述时间差值大于睡眠函数的最大延时，则设置所述睡眠函数的睡眠时间为所述时间差值-所述最大延时-建立电平时间，否则，设置所述睡眠函数的睡眠时间为0；
三、获取当前ptp时间的纳秒值；
四、若所述期望纳秒值-当前ptp时间的纳秒值＝电平建立时间±20ns，则向soc芯片的GPIO端口输出电平，返回步骤一，当所述期望纳秒值为500000000ns时，电平为低电平，当所述期望纳秒值为1000000000ns时，电平为高电平,所述电平建立时间为所述soc芯片的出厂标定参数，否则，返回步骤三。
7.根据权利要求6所述的一种用于soc平台上进行gptp对时的pps秒脉冲信号输出系统，其特征在于，所述睡眠函数的最大延时通过以下步骤预先计算得到：
设置睡眠时间，调用所述睡眠函数进行多次睡眠；
计算每次睡眠实际时间与设置的睡眠时间的差值，取最大的差值作为最大延时。
8.根据权利要求6或7所述的一种用于soc平台上进行gptp对时的pps秒脉冲信号输出系统，其特征在于，通过ptp时钟驱动程序获取当前ptp时间的纳秒值。
9.根据权利要求8所述的一种用于soc平台上进行gptp对时的pps秒脉冲信号输出系统，其特征在于，在步骤一之前还包括设置GPIO端口为输出以及其初始电平。
10.根据权利要求9所述的一种用于soc平台上进行gptp对时的pps秒脉冲信号输出系统，其特征在于，所述睡眠函数为clock_nanosleep函数。
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