CN115426068A - Tsn时钟同步系统和方法、计算机存储介质及芯片 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种TSN时钟同步系统和方法、计算机存储介质及芯片，其中，所述系统包括：接收时戳模块，用于通过交换机接收目标以太网模块发送的同步报文；报文处理模块，用于对同步报文进行处理，以确定时钟偏差；时间校准模块，用于根据时钟偏差获取主时钟的时钟信号和交换机的时钟同步数据；锁相环模块，用于对主时钟的时钟信号进行锁定；频率锁定检测模块，用于确定时钟信号是否处于锁定状态；同步模块，用于将同步数据发送至交换机，以使目标以太网模块与交换机时钟同步。该系统基于目标以太网模块发送的同步报文确定时钟同步数据，实现目标以太网模块与交换机时钟同步，系统设计简单，便于纯硬件实现，具有较高的稳定性、实时性和精确度。

Description

TSN时钟同步系统和方法、计算机存储介质及芯片

技术领域

本发明涉及网络通信技术领域，尤其涉及一种TSN(TimeSensitive Network，时间敏感网络)时钟同步系统、一种TSN时钟同步方法、一种计算机可读存储介质和一种芯片。

背景技术

TSN是目前国际产业界正在积极推动的全新工业通信技术，其高效运行离不开精确稳定的时间同步。在相关技术中，TSN采用工作在数据链路层的IEEE 802.1AS/IEEE802.1AS Rev协议实现纳秒级精确时间同步。该技术方案的时间同步性能与事件报文发送频次正相关，事件报文的发送频次越高，时间同步性能越好，但是，事件报文的发送频次越高，意味着对网络带宽占用率越高，对网络业务影响越大，同时也意味着受网络感染概率越大，另外，该技术方案基于包交换网络进行时间同步，导致其性能、可靠性和稳定性易受干扰。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的第一个目的在于提出一种TSN时钟同步系统，基于目标以太网模块发送的同步报文确定时钟同步数据，从而实现目标以太网模块与交换机时钟同步，且系统设计简单，便于纯硬件实现，具有较高的稳定性、实时性和精确度。

本发明的第二个目的在于提出一种TSN时钟同步方法。

本发明的第三个目的在于提出一种计算机可读存储介质。

本发明的第四个目的在于提出一种芯片。

为达到上述目的，本发明第一方面实施例提出了一种TSN时钟同步系统，包括：接收时戳模块，接收时戳模块与交换机相连，用于通过交换机接收目标以太网模块发送的同步报文，其中，同步报文中含有报文发送时间和报文接收时间；报文处理模块，用于对同步报文进行处理，以确定时钟偏差；时间校准模块，用于根据时钟偏差获取主时钟的时钟信号和交换机的时钟同步数据，其中，主时钟的时钟信号用于指示系统所需要的时钟信号；锁相环模块，用于对主时钟的时钟信号进行锁定；频率锁定检测模块，频率锁定检测模块与多个以太网模块和锁相环模块分别相连，用于获取目标以太网模块的时钟锁定状态，并根据锁相环模块的锁定状态确定时钟信号是否处于锁定状态；同步模块，用于将同步数据发送至交换机，以使目标以太网模块与交换机时钟同步。

根据本发明实施例的TSN时钟同步系统，接收时戳模块与交换机相连，通过交换机接收目标以太网模块发送的同步报文，其中，同步报文中含有报文发送时间和报文接收时间，通过报文处理模块对同步报文进行处理，以确定时钟偏差，通过时间校准模块根据时钟偏差获取主时钟的时钟信号和交换机的时钟同步数据，其中，主时钟的时钟信号用于指示系统所需要的时钟信号，通过锁相环模块对主时钟的时钟信号进行锁定，频率锁定检测模块与多个以太网模块和锁相环模块分别相连，通过频率锁定检测模块获取目标以太网模块的时钟锁定状态，并根据锁相环模块的锁定状态确定时钟信号是否处于锁定状态，同步模块将同步数据发送至交换机，以使目标以太网模块与交换机时钟同步。由此，该系统基于目标以太网模块发送的同步报文确定时钟同步数据，实现目标以太网模块与交换机时钟同步，系统设计简单，便于纯硬件实现，具有较高的稳定性、实时性和精确度。

另外，根据本发明上述实施例的TSN时钟同步系统，还可以具有如下的附加技术特征：

根据本发明的一个实施例，TSN时钟同步系统还包括：时钟模块，时钟模块与接收时戳模块相连，用于在接收时戳模块接收到同步报文时，在同步报文上加上报文接收时间。

根据本发明的一个实施例，TSN时钟同步系统还包括：选择器模块，选择器模块的一端与多个以太网模块分别相连，选择器模块的另一端与锁相环模块相连，选择器模块用于根据控制信号选择目标以太网模块对应的时钟源作为主时钟，并获取主时钟对应的时钟信号；同步系统锁相环模块用于对选择器输出的时钟源的频率和相位进行锁定。

根据本发明的一个实施例，同步系统频率锁定检测模块还与时间校准模块相连，用于将时钟信号的锁定状态发送至时间校准模块。

根据本发明的一个实施例，该TSN时钟同步系统还包括：时钟恢复模块，时钟恢复模块的一端与多个以太网模块分别相连，时钟恢复模块的另一端与选择器模块相连，时钟恢复模块用于提取每个以太网模块中的时钟信号。

根据本发明的一个实施例，时钟恢复模块包括数字锁相环法恢复时钟单元或模拟锁相环法恢复时钟单元。

根据本发明的一个实施例，报文处理模块对同步报文进行处理，以确定时钟偏差，具体用于：提同步报文中的报文发送时间和报文接收时间；根据报文发送时间、报文接收时间和预设的延时值确定时钟偏差。

根据本发明的一个实施例，该TSN时钟同步系统还包括：配置模块，配置模块与同步模块相连，用于在完成时钟同步后，将同步数据通过发包接口发送至系统主节点，以对交换机进行参数配置，其中，同步数据包括TSN配置参数。

根据本发明的一个实施例，TSN配置参数包括Qbv流量调度算法、Qci安全协议中至少一种的基本配置参数。

根据本发明的一个实施例，报文处理模块还用于根据同步报文中的标志位确定是否将时间校准模块的工作状态和时钟偏差封装成确认报文后反馈给目标以太网模块。

根据本发明的一个实施例，确认报文的格式包括：报文发送序列号和状态，其中，状态包括：根据时钟偏差和异常状态中的至少一种。

根据本发明的一个实施例，同步报文的格式包括报文发送序列号、报文类型、延时值、发送时戳、TSN配置参数中的至少一种。

根据本发明的一个实施例，报文类型包括：同步报文中是否携带TSN配置参数、配置参数类型、是否需要发确认报文中的至少一种。

根据本发明的一个实施例，延时值包括：发送延时、接收延时和线路延时。

根据本发明的一个实施例，TSN时钟同步系统还包括：接口和寄存器模块，用于接收外部控制芯片的控制信号，并将控制信号发送给选择器模块。

为达到上述目的，本发明第二方面实施例提出了一种TSN时钟同步方法，包括：通过交换机接收目标以太网模块发送的同步报文，其中，同步报文中含有报文发送时间和报文接收时间；对同步报文进行处理，以确定时钟偏差；根据时钟偏差获取主时钟的时钟信号和交换机的时钟同步数据，其中，主时钟的时钟信号用于指示系统所需要的时钟信号；对主时钟的时钟信号进行锁定；获取目标以太网模块的时钟锁定状态，并根据锁定状态确定时钟信号是否处于锁定状态；将同步数据发送至交换机，以使目标以太网模块与交换机时钟同步。

根据本发明实施例的TSN时钟同步方法，首先通过交换机接收目标以太网模块发送的同步报文，其中，同步报文中含有报文发送时间和报文接收时间，并对同步报文进行处理，以确定时钟偏差，然后根据时钟偏差获取主时钟的时钟信号和交换机的时钟同步数据，其中，主时钟的时钟信号用于指示系统所需要的时钟信号，对主时钟的时钟信号进行锁定，并获取目标以太网模块的时钟锁定状态，并根据锁定状态确定时钟信号是否处于锁定状态，最后，将同步数据发送至交换机，以使目标以太网模块与交换机时钟同步。由此，该方法基于目标以太网模块发送的同步报文确定时钟同步数据，从而实现目标以太网模块与交换机时钟同步，具有较高的稳定性、实时性和精确度。

另外，根据本发明上述实施例的TSN时钟同步方法，还可以具有如下的附加技术特征：

根据本发明的一个实施例，TSN时钟同步方法还包括：在接收时戳模块接收到同步报文时，在同步报文上加上报文接收时间。

根据本发明的一个实施例，TSN时钟同步方法还包括：根据控制信号选择目标以太网模块对应的时钟源作为主时钟，并获取主时钟对应的时钟信号，对时钟源的频率和相位进行锁定。

根据本发明的一个实施例，TSN时钟同步方法还包括：提取每个以太网模块中的时钟信号。

根据本发明的一个实施例，对同步报文进行处理，以确定时钟偏差，包括：提同步报文中的报文发送时间和报文接收时间；根据报文发送时间、报文接收时间和预设的延时值确定时钟偏差。

根据本发明的一个实施例，在完成时钟同步后，将同步数据通过发包接口发送至系统主节点，以对交换机进行参数配置，其中，同步数据包括TSN配置参数。

根据本发明的一个实施例，TSN配置参数包括Qbv流量调度算法、Qci安全协议中至少一种的基本配置参数。

根据本发明的一个实施例，根据同步报文中的标志位确定是否将时间校准模块的工作状态和时钟偏差封装成确认报文后反馈给目标以太网模块。

根据本发明的一个实施例，确认报文的格式包括：报文发送序列号和状态，其中，状态包括：根据时钟偏差和异常状态中的至少一种。

根据本发明的一个实施例，同步报文的格式包括报文发送序列号、报文类型、延时值、发送时戳、TSN配置参数中的至少一种。

根据本发明的一个实施例，报文类型包括：同步报文中是否携带TSN配置参数、配置参数类型、是否需要发确认报文中的至少一种。

根据本发明的一个实施例，延时值包括：发送延时、接收延时和线路延时。

根据本发明的一个实施例，接收外部控制芯片的控制信号，并根据控制信号确定主时钟。

为达到上述目的，本发明第三方面实施例提出了一种计算机可读存储介质，其上存储有TSN时钟同步程序，该TSN时钟同步程序被处理器执行时实现上述的TSN时钟同步方法。

根据本发明实施例的计算机可读存储介质，基于前述的TSN时钟同步方法，基于目标以太网模块发送的同步报文确定时钟同步数据，从而实现目标以太网模块与交换机时钟同步，具有较高的稳定性、实时性和精确度。

为达到上述目的，本发明第四方面实施例提出了一种芯片，包括上述的TSN时钟同步系统。

根据本发明实施例的芯片，基于前述的TSN时钟同步系统，基于目标以太网模块发送的同步报文确定时钟同步数据，从而实现目标以太网模块与交换机时钟同步，且系统设计简单，便于纯硬件实现，具有较高的稳定性、实时性和精确度。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

图1为根据本发明实施例的TSN时钟同步系统的方框示意图；

图2为相关技术中智能变电站网络拓扑示意图；

图3为相关技术中列车通信网络拓扑示意图；

图4为相关技术中汽车以太网拓扑示意图；

图5为根据本发明一个实施例的同步报文的方框示意图；

图6为根据本发明一个实施例的确认报文的方框示意图；

图7为根据本发明一个实施例的TSN时钟同步系统的方框示意图；

图8为根据本发明一个实施例的TSN时钟同步系统的状态机示意图；

图9为根据本发明一个实施例的TSN时钟同步系统的处理流程图；

图10为根据本发明一个实施例的TSN时钟同步系统的连接方框示意图；

图11为根据本发明实施例的TSN时钟同步方法的流程图；

图12为根据本发明实施例的芯片的方框示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面参考附图描述本发明实施例提出的TSN时钟同步系统、TSN时钟同步方法、算机可读存储介质和芯片。

图1为根据本发明实施例的TSN时钟同步系统的方框示意图。

在工业和特种行业通信领域中存在一些网络，例如：图2所示的IEC61850智能变电站网络、图3所示的IEC61375列车通信网络和图4所示的汽车以太网。这些网络具有组网简单，系统封闭，拓扑固定，终端设备连接稳定不会频繁上下线，网络对时钟同步精度和稳定性要求极高的特点。

对于具备上述特点的TSN，TSN现有的时间同步和网络配置方式有如下缺点：

(1)IEEE 802.1 AS/IEEE 802.1 AS Rev时间同步协议为了具有普适性，在容错、冗余、报文交互等方面设计复杂，而这些复杂设计对于组网简单，系统封闭，拓扑固定的网络来说意义不大，反而容易导致系统不稳定；

(2)使用IEEE 802.1 Qcc配置TSN，需要TSN设备实现复杂的北向接口，如Netconf-yang或SNMP等，实现复杂，配置效率不高，系统稳定性差，带宽占用率高；

(3)对TSN全网同步状态监测也需要通过复杂的北向接口实现，同样具有复杂性和稳定性的问题。

针对上述特定场景下现有TSN技术存在的问题，本申请提出了一种TSN时钟同步系统。

如图1所示，本发明实施例的TSN时钟同步系统100，可包括：接收时戳模块10、报文处理模块20、时间校准模块30、锁相环模块40、频率锁定检测模块50和同步模块60。

其中，接收时戳模块10与交换机200相连，用于通过交换机200接收目标以太网模块300发送的同步报文，其中，同步报文中含有报文发送时间和报文接收时间。报文处理模块20用于对同步报文进行处理，以确定时钟偏差。时间校准模块30用于根据时钟偏差获取主时钟的时钟信号和交换机200的时钟同步数据，其中，主时钟的时钟信号用于指示系统所需要的时钟信号。锁相环模块40用于对主时钟的时钟信号进行锁定。频率锁定检测模块50与多个以太网模块和锁相环模块40分别相连，频率锁定检测模块50用于获取目标以太网模块300的时钟锁定状态，并根据锁相环模块40的锁定状态确定时钟信号是否处于锁定状态。同步模块60用于将同步数据发送至交换机200，以使目标以太网模块300与交换机200时钟同步。

具体而言，交换机200工作于OSI(Open System Interconnection ReferenceModel，开放式通信系统互联参考模型)网络参考模型的第二层(即数据链路层)，是一种基于MAC(Media Access Control，介质访问控制)地址识别、完成以太网数据帧转发的网络设备。交换机200在端口上接受网络发送过来的数据帧，对数据的识别然后将该数据帧从对应端口上转发出去，从而实现数据交换，且交换机200为支持TSN标准的(如802.1AS、802.1Qbv、802.1Qci)交换机模块。在应用过程中，交换机200与以太网通过多个以太网模块相连，以太网模块作为物理接口收发器，实现从以太网收发报文。该实施例中，TSN时钟同步系统100可选择其中一个以太网模块作为目标以太网模块300。其中，目标以太网模块300的确定方法，可根据实际情况进行设定，例如根据外部输入的控制信号进行判断选择，或进行预先指定。

目标以太网模块300从以太网接收到同步报文，并转发给交换机200，同步报文通过交换机200发送至接收时戳模块10。其中，同步报文中携带有报文发送时间和报文接收时间，报文发送时间为同步报文从发送设备发出时对应的时刻值，报文接收时间为接收时戳模块10接收同步报文时对应的时刻值。

接收时戳模块10将同步报文发送给报文处理模块20，报文处理模块20根据同步报文中包含的报文发送时间和报文接收时间确定时钟偏差Offset，需要说明的是，为提高计算精度，在时钟偏差Offset的计算时，还应考虑同步报文传送过程中的延迟情况。

报文处理模块20将时钟偏差Offset发送至时间校准模块30，时间校准模块30根据时钟偏差Offset获取交换机200与主时钟同步所需的时钟同步数据。需要说明的是，以太网模块一方面用于从以太网收发报文，另一方面从线路侧恢复出TSN时钟同步系统100可用的时钟信号，例如25Mhz或者125MHz时钟信号，因此主时钟的时钟信号可以从以太网模块恢复输出的时钟信号中根据控制信号确定，也可以直接以预设的目标以太网模块300恢复输出的时钟信号，作为主时钟的时钟信号，认定为系统同步所需的时钟信号。

需要说明的是，上述同步报文中的报文发送时间应是与主时钟相对应的精准发送时间，也就是说，同步报文中的报文发送时间为目标以太网模块300恢复输出的时钟信号，即主时钟的时钟信号，此时，报文处理模块20获取的时钟偏差Offset为主时钟与本地时钟即TSN时钟同步系统100内部时钟的时钟偏差，在已完成TSN时钟同步系统100与交换机200时钟同步的前提下，该时钟偏差Offset也为主时钟与交换机200之间的时钟偏差。此外，时间校准模块30还可根据本地时钟与交换机200的时钟信号对应关系，通过时钟偏差Offset计算得到交换机200与主时钟的时钟偏差数据，以此产生同步所需的时钟同步数据。

另外，目标以太网模块300恢复输出的时钟信号同时输入锁相环模块40，锁相环模块40对该时钟信号进行频率锁定，并输出相应的同步时钟至频率锁定检测模块50。频率锁定检测模块50通过访问确认以太网模块的时钟状态，并将其与同步时钟相比较，从而判断目标以太网模块300的时钟是否处于锁定状态，以确定主时钟的时钟信号的锁定状态。当确认主时钟的时钟信号处于锁定状态时，时间校准模块30获得的同步数据通过同步模块60发送给交换机200，交换机200内部时钟根据同步数据进行时钟校准，使交换机200与目标以太网模块300时钟同步。若频率锁定检测模块50确认主时钟的时钟信号未处于锁定状态，则再次对主时钟的时钟信号进行确认，直至确定主时钟的时钟信号处于锁定状态，然后基于处于锁定状态的时钟信号获得的同步数据来执行时钟同步操作。由此，该系统基于硬件实现了交换机200与目标以太网模块300时钟同步，设计简单，便于纯硬件实现，具有较高的稳定性、实时性和精确度。

进一步地，该系统可基于定时发送接收简单同步报文，或按需发送、接收简单同步报文(比如管理触发、重启动触发、事件触发等)实现系统的时间偏差校准，且同步报文的发送周期大小不会对时钟同步精度产生影响。因此，该系统中所应用的同步报文相对于相关技术中的事件报文更短，且交互简单，无须周期交互，甚至可以实现系统启动后仅通过同步报文进行一次时间同步，就可达到并保持精确时间同步，时间同步频次相对相关技术方案而言大幅降低，有效节约带宽。

需要说明的是，上述交换机200与TSN时钟同步系统100可以是分立的硬件系统，如ASIC、FPGA、硬件模组，也可以是合并到一起的硬件系统，如实现在单颗ASIC芯片或单颗FPGA芯片。

根据本发明的一个实施例，报文处理模块20对同步报文进行处理，以确定时钟偏差，具体用于：提取同步报文中的报文发送时间和报文接收时间；根据报文发送时间、报文接收时间和预设的延时值确定时钟偏差。其中，延时值可根据实际情况进行设定。

具体地，将从同步报文中提取报文发送时间S_SYNC.rxTimeStamp和报文接收时间S_SYNC.txTimeStamp，以及预设的延时值S_SYNC.netDelay代入计算公式Offset＝S_SYNC.rxTimeStamp-S_SYNC.txTimeStamp-S_SYNC.netDelay，计算得到时钟偏差Offset。

需要说明的是，上述延时值S_SYNC.netDelay取决于硬件配置和同步报文的具体的帧长，由发送延时、接收延时和线路延时构成。其中，发送延时是指发送设备输出端口从数据传输的实际开始时间到数据发送完毕时间的时间差，可以由帧长和输出端口速率求得。接收延时是指接收设备即TSN时钟同步系统100的输入端口从数据接收的实际开始时间到数据接收完毕的时间的时间差，也就是接收时戳模块10接收同步报文的实际开始时间到数据接收完毕的时间的时间差，可以由帧长和输入端口速率求得。线路延时是指发送设备和接收设备之间的线路延迟，对于拓扑固定网络而言，该线路延时的数值固定。

进一步的，时钟偏差Offset的计算可采用多次测量取平均值的方法，进一步增强系统计算的准确性，同时可以设计低通滤波器消除偶然错误，例如误码造成的错误。

根据本发明的一个实施例，TSN时钟同步系统100还包括配置模块，配置模块与同步模块60相连，用于在完成时钟同步后，将同步数据通过发包接口220发送至系统主节点，以对交换机200进行参数配置，其中，同步数据包括TSN配置参数。其中，TSN配置参数包括Qbv流量调度算法、Qci安全协议中至少一种的基本配置参数。

具体地，在已完成交换机200与主时钟的时钟同步后，基于时间校准模块30产生的同步数据对交换机200进行参数配置，例如，可通过同步数据内的Qbv流量调度算法控制流经交换机200出口门的排队数据流的机制，生成一个门控列表来规定数据帧的传输情况。还可基于Qci安全协议对每个数据流采取过滤和控制策略，以保证输入流量符合规范，从而避免由故障或恶意攻击引起的异常流量问题。

另外，时间校准模块30产生的同步数据也用于实现TSN系统与目标以太网模块300的时钟同步，由此，该同步数据一方面通过同步模块60发送给交换机200，完成交换机200与目标以太网模块300时钟同步，另一方面发送给系统主节点，以使整个系统与目标以太网模块300时钟同步。其中，系统主节点可以设置为系统的时钟模块。

根据本发明的一个实施例，报文处理模块20还用于根据同步报文中的标志位确定是否将时间校准模块30的工作状态和时钟偏差Offset封装成确认报文后反馈给目标以太网模块300。

在本发明的一个实施例中，确认报文的格式包括：报文发送序列号和状态，其中，状态包括：根据时钟偏差和异常状态中的至少一种。

在本发明的一个实施例中，同步报文的格式包括报文发送序列号、报文类型、延时值、发送时戳、TSN配置参数中的至少一种。

在本发明的一个实施例中，报文类型包括：同步报文中是否携带TSN配置参数、配置参数类型、是否需要发确认报文中的至少一种。其中，延时值包括：发送延时、接收延时和线路延时。

具体地，同步报文的格式如图5所示，其中，以太网类型可以是已知类型，也可以自定义。序列号表示报文发送序列号，用于区分报文是否是最新报文。Flag用于指示报文类型，并以此作为同步报文的标志位，报文处理模块20根据Flag判断同步报文中是否携带TSN配置参数、配置参数类型、是否需要发确认报文，从而进行不同的报文处理流程。例如，当Flag指示该报文不携带TSN配置参数时，报文处理模块20不进行TSN配置参数的提取；当Flag指示该报文携带TSN配置参数时，报文处理模块20提取同步报文中以TLV格式给出的TSN配置参数，并发送给相应模块。同步报文中的Delay表示延时值，由发送延时、接收延时、线路延时构成。发送时间戳表示报文在主时钟节点的精确发送时间。参数用于携带TSN配置参数，TLV格式，包括但不限于Qbv、Qci基本配置参数，如AdminControlList、AdminBaseTime、AdminCycleTime等。

当报文处理模块20根据同步报文中的Flag判断需要发确认报文时，报文处理模块20将时间校准模块30的工作状态和时钟偏差Offset封装成确认报文后，反馈给目标以太网模块300。该确认报文的格式可如图6所示，其中，以太网类型可以是已知类型，也可以自定义。序列号表示报文发送序列号，用于区分报文是否是最新报文。状态可以为根据时钟同步状态和本次同步计算出的Offset、异常状态等，并采用TLV格式给出。

需要说明的是，除上述待时钟同步完成后，再对交换机200进行参数配置的控制方法外，也可以在时间校准模块30得到同步数据后，就对同步数据中的Flag进行识别，判断该同步报文是否携带TSN配置参数，在确认同步报文携带TSN配置参数后，直接对TSN配置参数进行提取并给配置模块，通过配置模块对交换机进行参数配置，也就是说，参数配置过程和时间同步过程可以同步进行。

另外需要说明的是，上述图5对应的同步报文和图6对应的确认报文仅是本申请的一个具体实现方式，在实际应用中包括但不限于上述方式，可根据实际情况进行报文格式的设计，此处不作限制。另外，本发明实施例中的同步报文比相对于相关技术方案中所采用的事件报文，同步报文的报文长度短很多，当同步信息使用以太网前导或者帧间间隙携带时，甚至可以做到零开销，进一步降低了时钟同步对网络带宽的占用率，避免了时钟同步对网络业务的影响。

如图7所示，根据本发明的一个实施例，TSN时钟同步系统100还包括：时钟模块70，时钟模块70与接收时戳模块10相连，用于在接收时戳模块10接收到同步报文时，在同步报文上加上报文接收时间。

具体地，以图5所示的同步报文为例，当接收时戳模块10对同步报文的前导码接收完成时，时钟模块70锁存当前时刻时间戳，以此作为报文接收时间戳，同时将报文接收时间戳附加到同步报文上，接收时戳模块10将附加上报文接收时间戳的同步报文发送给报文处理模块20。

进一步的，该时钟模块70的时间精度可达到纳秒级，以提高时间确认精度，且该时间可以用于系统的TSN功能，也可以以类似1PPS+TOD方式输出供外部使用。

根据本发明的一个实施例，TSN时钟同步系统100还包括：选择器模块80，选择器模块80的一端与多个以太网模块310分别相连，选择器模块80的另一端与锁相环模块40相连，选择器模块80用于根据控制信号选择目标以太网模块300对应的时钟源作为主时钟，并获取主时钟对应的时钟信号；锁相环模块40与选择器模块80相连，用于对选择器模块80输出的时钟源的频率和相位进行锁定。

具体地，继续参照图7，交换器200通过多个以太网模块310与以太网相连接，同时以太网模块310恢复输出的时钟信号即对应的时钟源都输入到选择器模块80，选择器模块80根据外部输入的控制信号确定以哪个以太网模块310对应的时钟源作为主时钟，该主时钟对应的以太网模块310也就作为目标以太网模块300。选择器模块80将获取目标以太网模块300恢复输出的时钟信号，并输出给锁相环模块40。

锁相环模块40对同步系统上述选择器模块80输出的主时钟对应的时钟信号锁相环模块40进行接收，锁相环模块40并基于主时钟的时钟信号，锁定输出系统时钟同步所需要的与主时钟频率同步且相位保持恒定关系的时钟信号，并以此作为同步时钟。锁相环模块40确定的同步时钟一方面可发送给时钟模块70，另一方面可输出至交换机200，供系统外使用。

需要说明的是，锁相环模块40确定的同步时钟与接收的时钟信号频率呈同频或倍频关系，相位保持恒定，以保证系统在时钟同步过程中所使用的时钟信号与目标以太网模块300中恢复出的主时钟的频率相同或呈倍数关系，且与主时钟的相位相同。

除上述通过以太网模块310恢复输出时钟信号的技术方案外，根据本发明的一个实施例，该TSN时钟同步系统还包括：时钟恢复模块，时钟恢复模块的一端与多个以太网模块310分别相连，时钟恢复模块的另一端与选择器模块80相连，时钟恢复模块用于提取每个以太网模块310中的时钟信号。

在本发明的一个实施例中，时钟恢复模块包括数字锁相环法恢复时钟单元或模拟锁相环法恢复时钟单元。

也就是说，通过系统中的时钟恢复模块对以太网模块310所传输的数据信号中的时钟信号进行提取，然后将提取的多个以太网模块310的时钟信号发送给选择器模块80，由此，选择器模块80根据恢复的时钟信号以及接收的控制信号对主时钟进行确定，并将确定后的主时钟发送给锁相环模块40。由此，该系统通过时钟恢复模块可直接从以太网物理层的信息码流中提取出频率信息以供系统使用，从而使系统的节点频率与主节点频率一致，避免了对以太网物理层的PHY(Physical，端口物理层)芯片的依赖。

根据本发明的一个实施例，频率锁定检测模块50还与时间校准模块30相连，用于将时钟信号的锁定状态发送至时间校准模块30。

具体地，频率锁定检测模块50通过MDC/MDIO总线访问目标以太网模块300的内部寄存器，获取目标以太网模块300的时钟锁定状态，同时根据锁相环模块40输出的同步时钟，判断主时钟的时钟信号是否处于锁定状态，并将时钟信号的锁定状态发送至时间校准模块30。

根据本发明的一个实施例，TSN时钟同步系统100还包括：接口和寄存器模块90，用于接收外部控制芯片400的控制信号，并将控制信号发送给选择器模块80。

也就是说，外部控制芯片400通过接口和寄存器模块90对选择器模块80进行控制管理。具体地，外部控制芯片400通过TSN时钟同步系统100的接口和寄存器模块90将控制信号转发给选择器模块80，选择器60根据该控制信号从多个相连的以太网模块310中选择目标以太网模块300对应的时钟源作为主时钟，并获取主时钟对应的时钟信号。其中，接口和寄存器模块90可设计为选择器控制寄存器、同步功能使能寄存器、状态获取寄存器等，也可以是一些报文格式的寄存器，这样同步报文的格式可以通过外部控制芯片400的CPU(Central Processing Unit，中央处理器)配置进行扩展，例如支持1588SYNC报文。

由此，该系统通过交换机200的设置接口/时钟接口230(如1PPS+TOD)或者收包接口210、发包接口220，结合系统的接口和寄存器模块90可自动完成对交换机200的时间校准。具体地，目标以太网模块300对应的主时钟可以定期发送简单同步报文，选择器模块80根据接口和寄存器模块90接收的控制信号确定主时钟的时钟信号，同步报文通过收包接口210发送至接收时戳模块10，然后从系统的报文处理模块20回复简单的确认报文，确认报文通过发包接口220向以太网反馈系统的同步状态，同时，报文处理模块20基于同步报文确定时钟偏差Offset，时间校准模块30根据时钟偏差Offset获取主时钟的时钟信号和交换机的时钟同步数据，并下发至同步模块60，同步模块60通过设置接口/时钟接口230将同步数据发送至交换机200，从而使目标以太网模块300与交换机200时钟同步。

另外，系统基于同步报文和确认报文还可实现系统同步状态检测，可以监控网络中所有节点是否处于同步状态，当检测到同步状态错误时，可主动发送错误报告到主节点。此外，基于简单同步报文和确认报文检测出全网同步后，还可以通过管理触发同步报文，结合收包接口210、发包接口220、接口和寄存器模块90实现对全网TSN系统的TSN参数进行同步配置，并让配置同步生效，从而避免发生网络错误。

进一步的，作为本发明的一个具体实施例，下面对如图7所示的TSN时钟同步系统的运行状态进行详细说明。

该TSN时钟同步系统对应的状态机如图8所示，包括以下状态：

(1)INIT：初始化状态

任何状态被sync_func_enable＝＝false事件触发后进入该状态。

(2)FREQ_SYNC_WAIT：等待频率同步完成状态

任何状态被sync_func_enable＝＝true&&freq_sync＝＝false触发后进入该状态；INIT状态被sync_func_enable＝＝true触发后进入该状态。

(3)FREQ_SYNCED：频率同步完成状态

TSN时钟同步系统检测到频率同步完成后触发freq_sync＝＝true事件，即从FREQ_SYNC_WAIT进入该状态。

在该状态下，使用sync_local_and_switch_time()方法将时钟模块70与交换机200的时钟信号设置成同步。该方法实现方式可以是通过交换机200的同步接口(如1PPS+TOD)进行同步，也可以是通过接收交换机200转发的带有时间戳报文后，得出交换机200与TSN时钟同步系统100的时钟偏差后，通过交换机200的设置接口/时钟接口230进行同步。

具体地，当系统处于初始化状态时，时钟模块70通过同步模块60与交换机200时钟进行同步，同步方式包括但不限于在整秒的时候将整秒时刻值同步给交换机200；或者外部控制芯片400通过交换机200的收包接口210发送PTP Sync报文给接收时戳模块10，并通过时钟模块70在PTP Sync报文上加上报文接收时间，然后发送给报文处理模块20，报文处理模块20获取上述PTP Sync报文的发送时间戳以及报文接收时间计算出系统内部时钟跟交换机200内部时间的时钟偏差，然后将时钟偏差输出给同步模块60，由同步模块60通过设置接口/时钟接口230同步到交换机200。

如果硬件访问没有错误，则触发local_time_sync＝＝true事件，迁移到LOCAL_SYNCED状态；如果硬件访问错误，则进入ERROR状态。

(4)LOCAL_SYNCED：内部同步完成状态

发送请求报文给MASTER主时钟，请求时钟同步。

(5)SYNC_TO_MASTER：同步到主时钟状态

在接收到MASTER主时钟的S_SYNC报文即同步报文后被触发，由报文处理模块50计算出时钟偏差Offset，然后调用revise_local_rtc(offset)修正TSN时钟同步系统100内部时钟时间，调用revise_switch(offset)修正交换机200时间，最后调用send_ack(ack_type)响应MASTER主时钟的同步报文，send_ack会根据同步报文中的标志位决定是否实际发送确认报文。

(6)NET_SYNCED：网络同步状态

系统已经通过网络同步到MASTER主时钟。该状态下，如果收到同步报文，重复进入SYNC_TO_MASTER，重新进行时钟同步。

(7)ERROR:错误状态

状态机从其他状态运转到ERROR状态时，错误状态主动上报，发送状态异常报文给MASTER节点。

进一步的，以报文用于智能变电站、列车以太网和汽车以太网等特定TSN网络为例，其报文触发方式主要有重启触发、管理触发、事件触发。管理触发主要用于TSN配置参数的下发，其交互方式主要分为需要回复确认报文和不需要回复确认报文两种，即是否需要封装确认报文反馈给目标以太网模块300。

以图7作为本发明TSN时钟同步系统100的一个具体实施例，对TSN时钟同步系统100的应用方法进行说明，为便于说明，下面以系统代指TSN时钟同步系统100，其应用方法如图9所示，包括如下步骤：

S101，同步系统内部RTC(Real_Time Clock，实时时钟)与交换机时钟。

具体地，在系统初始化的时候，将时钟模块70通过同步模块60与交换机200的设置接口/时钟接口230相连，以实现系统内部时钟和交换机200的时钟进行同步。具体方法，可参照上述时钟模块70通过同步模块60与交换机200时钟进行同步的同步方式的描述，此处不再赘述。即在系统内部时钟和交换机200的时钟进行同步后，根据与主时钟的时钟偏差Offset校准系统内部时钟以及交换机200的时间。

S102，获取控制信号。

具体地，接口和寄存器模块90接收外部控制芯片400的控制信号，并将控制信号发送给选择器模块80。

S103，确定主时钟，并获取主时钟对应的时钟信号。

具体地，选择器模块80与多个以太网模块310分别相连，并根据控制信号选择目标以太网模块300对应的时钟源作为主时钟，并获取主时钟对应的时钟信号。

S104，锁定主时钟的频率和相位，产生同步时钟，分别执行步骤S105和S106。

具体地，基于选择器模块80输出的时钟源即主时钟，锁定系统需要使用的同频或倍频/分频且相位恒定的时钟信号，以此作为同步时钟并将同步时钟分别发送给时钟模块70和频率锁定检测模块50，此外，还可以将同步时钟发送至系统外，供外部模块使用。

S105，存储应用同步时钟/同步数据。

通过时钟模块70对锁相环模块40输出的同步时钟，以及时间校准模块30产生的同步数据进行存储和应用。此外，时钟模块70记录精确同步时间，该时间可以配合TSN功能使用，也可以以类似1PPS+TOD方式输出供外部使用。

S106，判断时钟信号是否处于锁定状态；若是，执行步骤S107；若否，执行步骤S102。

具体地，频率锁定检测模块50通过MDC/MDIO总线访问多个以太网模块310的内部寄存器获取时钟恢复和锁定状态，目的在于通过MDC/MDIO总线获取的目标以太网模块的时钟锁定状态，并将该目标以太网模块的时钟信号与锁相环模块40锁定输出的同步时钟的锁定状态相对比，确定主时钟对应的时钟信号是否处于锁定状态。若判断时钟信号处于锁定状态，则频率锁定检测模块50将时钟信号的锁定状态发送给时间校准模块30，将该时钟信号用于后续的时间校准操作；若未处于锁定状态，则选择器模块80重新根据控制信号进行确定时钟源。

S107，接收同步报文，并在同步报文上增加报文接收时间。

具体地，接收时戳模块10与交换机200的收包接口210相连，由此通过交换机200接收目标以太网模块300发送的同步报文，时钟模块70锁存当前时刻时间戳，作为报文接收时间戳，同时将报文接收时间戳附加到同步报文并发送给报文处理模块20。

S108，处理同步报文，确定时钟偏差Offset，执行步骤S109和步骤S114。

具体地，报文处理模块20的处理操作主要包括提取同步报文的字段后，根据同步报文的报文发送时间、报文接收时间和预设的延时值计算时钟偏差Offset，并将时钟偏差Offset输出给时间校准模块30，执行步骤S114，进行后续的时间同步操作。同时执行步骤S109，根据处理同步报文过程中提取的标志位确定是否需要提取TSN配置参数、是否需要发送确认报文。

S109，判断是否需要提取TSN配置参数。若是，执行步骤S110；若否，执行步骤S111。

具体地，如果需要提取TSN配置参数，则提取TSN配置参数并输出给同步模块60，否则执行下一步。

S110，提取TSN配置参数并输出给配置模块。

S111，判断是否需要回复确认报文。若是，执行步骤S112；若否，执行步骤S113。

S112，封装确认报告，并反馈给目标以太网模块。

报文处理模块20将时间校准模块30的工作状态和时钟偏差封装成确认报文后，通过交换机200的发包接口220反馈给目标以太网模块300。

S113，报文处理结束。

S114，判断当前系统状态是否为初始状态。若否，则执行步骤S101；若是，则执行步骤S115。

S115，根据时钟偏差Offset获取主时钟的时钟信号和交换机的时钟同步数据，分别执行步骤S105、步骤S116和步骤S117。

具体地，在系统初始化的时候将时钟模块70通过同步模块60与交换机200的设置接口/时钟接口230相连，实现系统内部时钟和交换机200的时钟进行同步。在完成TSN时钟同步系统100和交换机200的时钟同步后，根据TSN时钟同步系统100与主时钟的时钟偏差Offset获取同步数据，此时TSN时钟同步系统100与主时钟的时钟偏差Offset也为交换机200的时钟与主时钟的时钟偏差，然后将获得的同步数据分别发送给时钟模块70和同步模块60。

S116，目标以太网模块与交换机时钟同步。同步数据通过同步模块90、设置接口/时钟接口230发送到交换机200，从而使交换机200与目标以太网模块300的时钟同步。

S117，目标以太网模块与系统内部RTC时钟同步。时钟同步数据发送给时钟模块70，从而使TSN时钟同步系统100内部RTC与目标以太网模块300的时钟同步。

需要说明的是，上述操作过程可根据需要进行步骤调整。例如，步骤S110还可包括，判断系统状态是否处于图8所示的NET_SYNCED状态。若处于，则报文处理模块20提取的TSN配置参数才通过配置模块下发给交换机200；若判断当前系统状态不是NET_SYNCED状态，则不下发给交换机200。另外，步骤S112也可为：当TSN配置参数下发成功时，同步模块60再通过报文处理模块20、发包接口220发送确认报告给下发配置的主节点即目标以太网模块300，之后再进行后续的时钟同步操作，即将时间校准模块30确定的同步数据通过同步模块60、设置接口/时钟接口230同步到交换机200。另外，本系统通过简化的时钟同步方法完成时钟同步后，还可对TSN的关键功能(802.1qbv、qci等)进行实时性更高的配置。

进一步地，作为本发明的一个具体实施例，如图10所示，在TSN中，TSN终端A和TSN终端B通过TSN交换机A与TSN主节点相连，TSN终端C通过TSN交换机B与TSN主节点相连，TSN终端D依次通过TSN交换机D、TSN交换机C与TSN主节点相连，TSN主节点与本发明实施例的TSN时钟同步系统100相连，从而通过TSN时钟同步系统100实现时钟同步。也就是说，TSN系统中包括多个节点，在这些节点中，有且仅有一个主节点，TSN主节点负责提供时钟信息给其他从节点，除了手动设置外，还可以通过比较每个节点的属性，自动选出TSN主节点。其中，TSN主节点可以为提供主时钟源的服务器，也可以是一台TSN交换机，可以提供稳定性高的时钟源，从而确定用于网络时钟同步所应用的主时钟源，全网节点都需要与该节点同步，而其他的节点可以终端节点或交换节点。TSN时钟同步系统100在实际部署过程中，也可和TSN主节点合并。由此，当TSN时钟同步系统100应用于如图2所示的智能变电站网络、如图3所示的列车通信网络、图4所示的汽车以太网等网络时，可以服务器或交换机作为TSN主节点，从而使全网节点与主时钟源同步。例如，当TSN时钟同步系统100应用于如图3所示的列车通信网络时，所有列车骨干网连接的服务器作为TSN主节点，从而实现列车终端设备ED、列车骨干网与TSN时钟同步系统100相连；当应用于如图4所示的汽车以太网等网络时，可以网关作为TSN主节点，终端控制单元、域控制器可通过网关与TSN时钟同步系统100相连。

综上，本发明实施例提出的基于硬件的TSN时钟同步系统，适用于组网简单，系统封闭，拓扑固定，对时钟同步精度和稳定性要求极高的TSN网络，具有明确的针对性和适用范围，且设计简单，便于以纯硬件方式实现，可包括FPGA、ASIC芯片以及集成电路板。此外，该系统基于主时钟频率同步和纯硬件实现精确时间同步以及TSN网络配置，具有较高的稳定性、实时性和精确度，融合了物理层频率同步技术，进一步保证了时钟同步的可靠性和稳定性。同时，本系统还支持同步状态检测，可以监控网络中所有节点是否处于同步状态，对于错误状态可主动上报，无须第三方软件进行同步状态获取和监测，由此，该系统基于硬件建立了更易实现的错误检查机制，可以高效检查系统中各个节点的工作状态，以发现错误状态，提升工作效率。

综上所述，根据本发明实施例的TSN时钟同步系统，接收时戳模块与交换机相连，通过交换机接收目标以太网模块发送的同步报文，其中，同步报文中含有报文发送时间和报文接收时间，通过报文处理模块对同步报文进行处理，以确定时钟偏差，通过时间校准模块根据时钟偏差获取主时钟的时钟信号和交换机的时钟同步数据，其中，主时钟的时钟信号用于指示系统所需要的时钟信号，通过锁相环模块对主时钟的时钟信号进行锁定，通过频率锁定检测模块获取目标以太网模块的时钟锁定状态，并根据锁相环模块的锁定状态确定时钟信号是否处于锁定状态，同步模块将同步数据发送至交换机，以使目标以太网模块与交换机时钟同步。由此，该系统基于目标以太网模块发送的同步报文确定时钟同步数据，从而实现目标以太网模块与交换机时钟同步，且系统设计简单，便于纯硬件实现，具有较高的稳定性、实时性和精确度。

对应上述实施例，本发明还提出了一种TSN时钟同步方法。

如图11所示，本发明实施例的TSN时钟同步方法可包括：

S1，通过交换机接收目标以太网模块发送的同步报文，其中，同步报文中含有报文发送时间和报文接收时间；

S2，对同步报文进行处理，以确定时钟偏差；

S3，根据时钟偏差获取主时钟的时钟信号和交换机的时钟同步数据，其中，主时钟的时钟信号用于指示系统所需要的时钟信号；

S4，对主时钟的时钟信号进行锁定；

S5，获取目标以太网模块的时钟锁定状态，并根据锁定状态确定时钟信号是否处于锁定状态；

S6，将同步数据发送至交换机，以使目标以太网模块与交换机时钟同步。

根据本发明的一个实施例，TSN时钟同步方法还包括：在接收时戳模块接收到同步报文时，在同步报文上加上报文接收时间。

根据本发明的一个实施例，TSN时钟同步方法还包括：根据控制信号选择目标以太网模块对应的时钟源作为主时钟，并获取主时钟对应的时钟信号同步方法；对时钟源的频率和相位进行锁定。

根据本发明的一个实施例，TSN时钟同步方法还包括：提取每个以太网模块中的时钟信号。

根据本发明的一个实施例，TSN时钟同步方法还包括：获取目标以太网模块的时钟锁定状态，并根据主时钟对应的时钟信号的锁定状态确定时钟信号是否处于锁定状态。

根据本发明的一个实施例，对同步报文进行处理，以确定时钟偏差，包括：提取同步报文中的报文发送时间和报文接收时间；根据报文发送时间、报文接收时间和预设的延时值确定时钟偏差

根据本发明的一个实施例，在完成时钟同步后，将同步数据通过发包接口发送至系统主节点，以对交换机进行参数配置，其中，同步数据包括TSN配置参数。

根据本发明的一个实施例，TSN配置参数包括Qbv流量调度算法、Qci安全协议中至少一种的基本配置参数。

根据本发明的一个实施例，根据同步报文中的标志位确定是否将时间校准模块的工作状态和时钟偏差封装成确认报文后反馈给目标以太网模块。

根据本发明的一个实施例，确认报文的格式包括：报文发送序列号和状态，其中，状态包括：根据时钟偏差和异常状态中的至少一种。

根据本发明的一个实施例，同步报文的格式包括报文发送序列号、报文类型、延时值、发送时戳、配置参数中的至少一种。

根据本发明的一个实施例，报文类型包括：同步报文中是否携带TSN配置参数、配置参数类型、是否需要发确认报文中的至少一种。

根据本发明的一个实施例，延时值包括：发送延时、接收延时和线路延时。

根据本发明的一个实施例，接收外部控制芯片的控制信号，并根据控制信号确定主时钟。

需要说明的是，本发明实施例的TSN时钟同步方法中未披露的细节，请参照本发明上述实施例的TSN时钟同步系统中所披露的细节，具体这里不再赘述。

根据本发明实施例的TSN时钟同步方法，首先通过交换机接收目标以太网模块发送的同步报文，其中，同步报文中含有报文发送时间和报文接收时间，并对同步报文进行处理，以确定时钟偏差，然后根据时钟偏差获取主时钟的时钟信号和交换机的时钟同步数据，其中，主时钟的时钟信号用于指示系统所需要的时钟信号，对主时钟的时钟信号进行锁定，并获取目标以太网模块的时钟锁定状态，并根据锁定状态确定时钟信号是否处于锁定状态，最后，将同步数据发送至交换机，以使目标以太网模块与交换机时钟同步。由此，该方法基于目标以太网模块发送的同步报文确定时钟同步数据，实现目标以太网模块与交换机时钟同步，具有较高的稳定性、实时性和精确度。

对应上述实施例，本发明还提出了一种计算机可读存储介质。

本发明实施例的计算机可读存储介质，其上存储有TSN时钟同步程序，该TSN时钟同步程序被处理器执行时实现上述的TSN时钟同步方法。

根据本发明实施例的计算机可读存储介质，基于前述的TSN时钟同步方法，基于目标以太网模块发送的同步报文确定时钟同步数据，从而实现目标以太网模块与交换机时钟同步，具有较高的稳定性、实时性和精确度。

对应上述实施例，本发明还提出了一种芯片。

如图12所示，本发明实施例的芯片500包括上述的TSN时钟同步系统100。

根据本发明实施例的芯片，基于前述的TSN时钟同步系统，基于目标以太网模块发送的同步报文确定时钟同步数据，实现目标以太网模块与交换机时钟同步，系统设计简单，便于纯硬件实现，具有较高的稳定性、实时性和精确度。

需要说明的是，在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，"计算机可读介质"可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(RAM)，只读存储器(ROM)，可擦除可编辑只读存储器(EPROM或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(CDROM)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。

应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

此外，在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (30)

1.一种时钟敏感网络TSN时钟同步系统，其特征在于，包括：

接收时戳模块，所述接收时戳模块与交换机相连，用于通过所述交换机接收目标以太网模块发送的同步报文，其中，所述同步报文中含有报文发送时间和报文接收时间；

报文处理模块，用于对所述同步报文进行处理，以确定时钟偏差；

时间校准模块，用于根据所述时钟偏差获取主时钟的时钟信号和所述交换机的时钟同步数据，其中，所述主时钟的时钟信号用于指示系统所需要的时钟信号；

锁相环模块，用于对所述主时钟的时钟信号进行锁定；

频率锁定检测模块，所述频率锁定检测模块与多个以太网模块和所述锁相环模块分别相连，用于获取所述目标以太网模块的时钟锁定状态，并根据所述锁相环模块的锁定状态确定时钟信号是否处于锁定状态；

同步模块，用于将所述同步数据发送至所述交换机，以使所述目标以太网模块与所述交换机时钟同步。

2.根据权利要求1所述的TSN时钟同步系统，其特征在于，还包括：

时钟模块，所述时钟模块与所述接收时戳模块相连，用于在所述接收时戳模块接收到所述同步报文时，在所述同步报文上加上报文接收时间。

3.根据权利要求1所述的TSN时钟同步系统，其特征在于，还包括：

选择器模块，所述选择器模块的一端与多个以太网模块分别相连，所述选择器模块的另一端与所述锁相环模块相连，所述选择器模块用于根据控制信号选择所述目标以太网模块对应的时钟源作为主时钟，并获取所述主时钟对应的时钟信号；

所述同步系统锁相环模块，用于对所述选择器输出的时钟源的频率和相位进行锁定。

4.根据权利要求1所述的TSN时钟同步系统，其特征在于，

所述频率锁定检测模块还与所述时间校准模块相连，用于将所述时钟信号的锁定状态发送至所述时间校准模块。

5.根据权利要求3所述的TSN时钟同步系统，其特征在于，还包括：

时钟恢复模块，所述时钟恢复模块的一端与多个所述以太网模块分别相连，所述时钟恢复模块的另一端与所述选择器模块相连，所述时钟恢复模块用于提取每个以太网模块中的时钟信号。

6.根据权利要求5所述的TSN时钟同步系统，其特征在于，所述时钟恢复模块包括数字锁相环法恢复时钟单元或模拟锁相环法恢复时钟单元。

7.根据权利要求1所述的TSN时钟同步系统，其特征在于，报文处理模块对所述同步报文进行处理，以确定时钟偏差，具体用于：

提取所述同步报文中的报文发送时间和报文接收时间；

根据所述报文发送时间、所述报文接收时间和预设的延时值确定所述时钟偏差。

8.根据权利要求1所述的TSN时钟同步系统，其特征在于，还包括：

配置模块，所述配置模块与所述同步模块相连，用于在完成时钟同步后，将所述同步数据通过发包接口发送至系统主节点，以对所述交换机进行参数配置，其中，所述同步数据包括TSN配置参数。

9.根据权利要求8所述的TSN时钟同步系统，其特征在于，所述TSN配置参数包括Qbv流量调度算法、Qci安全协议中至少一种的基本配置参数。

10.根据权利要求1所述的TSN时钟同步系统，其特征在于，所述报文处理模块还用于根据所述同步报文中的标志位确定是否将所述时间校准模块的工作状态和所述时钟偏差封装成确认报文后反馈给所述目标以太网模块。

11.根据权利要求10所述的TSN时钟同步系统，其特征在于，所述确认报文的格式包括：报文发送序列号和状态，其中，所述状态包括：根据所述时钟偏差和异常状态中的至少一种。

12.根据权利要求1-11中任一项所述的TSN时钟同步系统，其特征在于，所述同步报文的格式包括报文发送序列号、报文类型、延时值、发送时戳、TSN配置参数中的至少一种。

13.根据权利要求12所述的TSN时钟同步系统，其特征在于，所述报文类型包括：所述同步报文中是否携带TSN配置参数、配置参数类型、是否需要发确认报文中的至少一种。

14.根据权利要求12所述的TSN时钟同步系统，其特征在于，所述延时值包括：发送延时、接收延时和线路延时。

15.根据权利要求3所述的TSN时钟同步系统，其特征在于，还包括：

接口和寄存器模块，用于接收外部控制芯片的所述控制信号，并将所述控制信号发送给所述选择器模块。

16.一种TSN时钟同步方法，其特征在于，包括：

通过交换机接收目标以太网模块发送的同步报文，其中，所述同步报文中含有报文发送时间和报文接收时间；

对所述同步报文进行处理，以确定时钟偏差；

根据所述时钟偏差获取主时钟的时钟信号和所述交换机的时钟同步数据，其中，所述主时钟的时钟信号用于指示系统所需要的时钟信号；

对所述主时钟的时钟信号进行锁定；

获取所述目标以太网模块的时钟锁定状态，并根据所述锁定状态确定时钟信号是否处于锁定状态；

将所述同步数据发送至所述交换机，以使所述目标以太网模块与所述交换机时钟同步。

17.根据权利要求16所述的TSN时钟同步方法，其特征在于，还包括：

在所述接收时戳模块接收到所述同步报文时，在所述同步报文上加上报文接收时间。

18.根据权利要求16所述的TSN时钟同步方法，其特征在于，还包括：

根据控制信号选择所述目标以太网模块对应的时钟源作为主时钟，并获取所述主时钟对应的时钟信号；

对所述时钟源的频率和相位进行锁定。

19.根据权利要求17所述的TSN时钟同步方法，其特征在于，还包括：

提取每个以太网模块中的时钟信号。

20.根据权利要求16所述的TSN时钟同步方法，其特征在于，对所述同步报文进行处理，以确定时钟偏差，包括：

提取所述同步报文中的报文发送时间和报文接收时间；

根据所述报文发送时间、所述报文接收时间和预设的延时值确定所述时钟偏差。

21.根据权利要求16所述的TSN时钟同步方法，其特征在于，在完成时钟同步后，将所述同步数据通过发包接口发送至系统主节点，以对所述交换机进行参数配置，其中，所述同步数据包括TSN配置参数。

22.根据权利要求21所述的TSN时钟同步方法，其特征在于，所述TSN配置参数包括Qbv流量调度算法、Qci安全协议中至少一种的基本配置参数。

23.根据权利要求16所述的TSN时钟同步方法，其特征在于，根据所述同步报文中的标志位确定是否将所述时间校准模块的工作状态和所述时钟偏差封装成确认报文后反馈给所述目标以太网模块。

24.根据权利要求23所述的TSN时钟同步方法，其特征在于，所述确认报文的格式包括：报文发送序列号和状态，其中，所述状态包括：根据所述时钟偏差和异常状态中的至少一种。

25.根据权利要求16-24中任一项所述的TSN时钟同步方法，其特征在于，所述同步报文的格式包括报文发送序列号、报文类型、延时值、发送时戳、TSN配置参数中的至少一种。

26.根据权利要求25所述的TSN时钟同步方法，其特征在于，所述报文类型包括：所述同步报文中是否携带TSN配置参数、配置参数类型、是否需要发确认报文中的至少一种。

27.根据权利要求25所述的TSN时钟同步方法，其特征在于，所述延时值包括：发送延时、接收延时和线路延时。

28.根据权利要求18所述的TSN时钟同步方法，其特征在于，接收外部控制芯片的所述控制信号，并根据所述控制信号确定所述主时钟。

29.一种计算机可读存储介质，其特征在于，其上存储有TSN时钟同步程序，该TSN时钟同步程序被处理器执行时实现根据权利要求16-28中任一项所述的TSN时钟同步方法。

30.一种芯片，其特征在于，包括如权利要求1-15中任一项所述的TSN时钟同步系统。

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