CN117278190B - 时间同步单元、方法、芯片架构、网络设备及介质 - Google Patents

Abstract

本说明书公开了一种时间同步单元、方法、芯片架构、网络设备及介质。时间同步单元与时间敏感网络中的其他TSN协议单元连接；时间同步单元包括通用精确时间协议模块、时间切换输出模块；通用精确时间协议模块包括至少一个时钟实例，用于向时间切换输出模块输出实例时间信息；时间切换输出模块基于实例时间信息进行平滑切换，得到时钟同步状态信息；时钟同步状态信息用于表明通用精确时间协议模块内时钟的切换状态以及时钟对应的时间信息，以及用于指示其他TSN协议单元进行时间切换的方式和时机。由此，其他TSN协议单元可以参考时钟同步状态信息自行决定何时进行时钟源切换，减少由于突然切换时钟源而导致的时间偏差和跳变的情况。

Description

时间同步单元、方法、芯片架构、网络设备及介质

技术领域

本说明书涉及时间敏感网络技术领域，尤其涉及一种时间同步单元、方法、芯片架构、网络设备及介质。

背景技术

时间敏感网络（Time-Sensitive Networking，TSN）也可以称为时效性网络，是由（Institute of Electrical and Electronics Engineers，IEEE）802.1工作组的时间敏感网络任务组进行研究的标准。该标准强调传输的超低延迟以及高可用性，能够很好的解决传统以太网交换芯片带来的网络不确定性的问题。

目前，相关技术中主要采用软件协议实现时间敏感网络TSN的时间同步，例如通过IEEE 802.1as-Rev协议来实现时间同步。该协议能够支持多域，且能够实现时间同步的冗余备份，并对外提供一个时钟输出。然而，由于该协议内部某个域的时间同步出现问题时，会无缝切换到其他时间同步域。这种对外同一的时钟输出和时间同步域的无缝切换，时间同步自身的状态信息和各域时间信息对TSN其他协议不可见，可能导致门控和抢占出现偏差和跳变。

发明内容

本说明书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，本说明书的第一个目的在于提出一种时间同步单元。

本说明书的第二个目的在于提出一种芯片架构。

本说明书的第三个目的在于提出一种时间同步方法。

本说明书的第四个目的在于提出一种时间同步装置。

本说明书的第五个目的在于提出一种网络设备。

本说明书的第六个目的在于提出一种计算机可读存储介质。

为达到上述目的，本说明书第一方面实施例提出了一种时间同步单元。该时间同步单元应用于时间敏感网络TSN，所述时间同步单元与所述时间敏感网络中的其他TSN协议单元连接；所述时间同步单元包括通用精确时间协议模块、时间切换输出模块；其中，所述通用精确时间协议模块，包括至少一个时钟实例，用于通过所述时钟实例向所述时间切换输出模块输出实例时间信息；所述时间切换输出模块，用于接收所述实例时间信息，并基于所述实例时间信息进行平滑切换，得到时钟同步状态信息；其中，所述时钟同步状态信息用于表明所述通用精确时间协议模块内时钟的切换状态以及所述时钟对应的时间信息，以及用于指示所述其他TSN协议单元进行时间切换的方式和时机。

另外，根据本说明书上述实施例的，还可以具有如下的附加技术特征：

根据本说明书的一个实施例，所述时间同步单元还包括与所述通用精确时间协议模块连接的多域自动发送模块，用于针对多个时间域自动发送指定类型的目标报文；其中，除所述目标报文之外的其他报文通过与所述时间同步单元连接的中央处理单元进行发送；所述目标报文的发送频率高于所述其他报文的发送频率。

根据本说明书的一个实施例，所述多域自动发送模块，用于针对所述多个时间域自动发送SYNC报文和Followup报文。

根据本说明书的一个实施例，所述时间同步单元还包括与所述通用精确时间协议模块连接的入处理模块，用于向所述通用精确时间协议模块输出SOF探测信号对应的以太网帧，以使所述通用精确时间协议模块对探测到所述SOF探测信号的SOF时刻进行锁存。

根据本说明书的一个实施例，所述时间同步单元还包括与所述入处理模块连接的帧分析模块，用于判断接收到的以太网帧是否为入方向需要处理的事件类型报文或者一般类型报文；其中，所述事件类型报文与所述一般类型报文的处理方式不同。

根据本说明书的一个实施例，所述时间同步单元还包括与所述帧分析模块连接的域时间查询模块，用于在接收到所述入方向需要处理的事件类型报文的情况下，在所述至少一个时钟实例中确定与所述事件类型报文对应的目标时钟实例，并将所述事件类型报文对应的SOF时刻更新至所述目标时钟实例上。

根据本说明书的一个实施例，所述时间同步单元连接有中央处理单元，通过所述中央处理单元设置时间域标识与时钟实例之间的映射关系；所述事件类型报文对应有目标域标识；所述域时间查询模块，还用于根据所述映射关系查找到所述目标域标识对应的目标时钟实例。

根据本说明书的一个实施例，所述目标时钟实例基于所述SOF时刻、所述事件类型报文携带的时间戳、时间偏差、延迟、补偿计算所述时间同步单元提供的系统对外时间。

根据本说明书的一个实施例，所述时间同步单元还包括与所述域时间查询模块、所述帧分析模块分别连接的入事件帧处理模块，用于在所述帧分析模块接收到所述事件类型报文的情况下，根据所述域时间查询模块输出的系统对外时间更新所述事件类型报文中的时间戳。

根据本说明书的一个实施例，所述时间同步单元还包括与所述入事件帧处理模块、所述通用精确时间协议模块分别连接的出事件帧处理模块，用于在发送报文时向所述通用精确时间协议模块输出触发信号，以通过所述通用精确时间协议模块获取报文发送时间。

根据本说明书的一个实施例，所述出事件帧处理模块与所述多域自动发送模块连接；所述出事件帧处理模块连接有具有SOF识别功能的以太网物理层模块。

根据本说明书的一个实施例，所述时间同步单元还包括与所述入事件帧处理模块连接的上送模块，所述上送模块与中央处理单元间之间进行时间信息和报文的传输。

根据本说明书的一个实施例，所述入处理模块连接有具有SOF识别功能的以太网物理层模块。

根据本说明书的一个实施例，所述时间同步单元还包括与所述通用精确时间协议模块连接的锁相环和守时模块，用于接收并行输出多个时间域校准后的频率信号和时间信号，以提供系统时钟或者线路时钟。

根据本说明书的一个实施例，所述时间同步单元还包括与所述通用精确时间协议模块连接的时间质量检测模块，用于接收任一时钟实例的频率偏差信息和时间偏差信息，根据所述频率偏差信息和所述时间偏差信息对所述任一时钟实例进行时间质量的检测。

根据本说明书的一个实施例，所述时间质量检测模块，还用于利用加权平均法对多个时钟实例的频率偏差信息和时间偏差信息进行比较，以进行时间质量的检测。

为达到上述目的，本说明书第二方面实施例提出了一种芯片架构。该芯片架构应用于时间敏感网络TSN，所述芯片架构包括第一方面实施例中任一项所述的时间同步单元。

另外，根据本说明书上述实施例的，还可以具有如下的附加技术特征：

根据本说明书的一个实施例，所述芯片架构还包括与所述时间同步单元连接的中央处理单元，所述中央处理单元，用于配置下发和处理时间相关信息和报文，以及用于配置报文时间戳的位置。

根据本说明书的一个实施例，所述芯片架构还包括与所述时间同步单元连接的以太网物理层模块。

根据本说明书的一个实施例，所述以太网物理层模块具备SOF探测功能，所述以太网物理层模块，用于在探测到SOF探测信号后向所述时间同步单元的通用精确时间协议模块输出网络收包信号。

为达到上述目的，本说明书第三方面实施例提出的一种时间同步方法。该时间同步方法应用于时间敏感网络TSN的时间同步单元中，所述时间同步单元与所述时间敏感网络中的其他TSN协议单元连接，所述时间同步单元包括通用精确时间协议模块、时间切换输出模块；所述通用精确时间协议模块，包括至少一个时钟实例；所述方法包括：通过所述时钟实例向所述时间切换输出模块输出实例时间信息；通过所述时间切换输出模块接收所述实例时间信息，并基于所述实例时间信息进行平滑切换，得到时钟同步状态信息；其中，所述时钟同步状态信息用于表明所述通用精确时间协议模块内时钟的状态以及所述时钟对应的时间信息，以及用于指示所述其他TSN协议单元进行时间切换的方式和时机。

另外，根据本说明书上述实施例的，还可以具有如下的附加技术特征：

根据本说明书的一个实施例，所述时间同步单元还包括与所述通用精确时间协议模块连接的多域自动发送模块；所述方法还包括：通过所述多域自动发送模块针对多个时间域自动发送指定类型的目标报文；其中，除所述目标报文之外的其他报文通过与所述时间同步单元连接的中央处理单元进行发送；所述目标报文的发送频率高于所述其他报文的发送频率。

根据本说明书的一个实施例，所述目标报文包括SYNC报文和Followup报文。

根据本说明书的一个实施例，所述时间同步单元还包括与所述通用精确时间协议模块连接的入处理模块；所述方法还包括：通过所述入处理模块向所述通用精确时间协议模块输出SOF探测信号对应的以太网帧，以使所述通用精确时间协议模块对探测到所述SOF探测信的SOF时刻进行锁存。

根据本说明书的一个实施例，所述时间同步单元还包括与所述入处理模块连接的帧分析模块、与所述帧分析模块连接的域时间查询模块；所述方法还包括：在所述帧分析模块检测到所述入方向需要处理的事件类型报文的情况下，通过所述域时间查询模块在所述至少一个时钟实例中确定与所述事件类型报文对应的目标时钟实例，并将所述事件类型报文对应的SOF时刻更新至所述目标时钟实例上。

根据本说明书的一个实施例，所述事件类型报文对应有目标域标识；所述在所述至少一个时钟实例中确定与所述事件类型报文对应的目标时钟实例，包括：根据所述目标域标识在时间域标识与时钟实例之间的映射关系中进行查找，得到所述目标域标识对应的目标时钟实例。

根据本说明书的一个实施例，所述时间同步单元还包括与所述域时间查询模块、所述帧分析模块分别连接的入事件帧处理模块；所述方法还包括：在所述帧分析模块检测到所述事件类型报文的情况下，所述入事件帧处理模块根据所述域时间查询模块输出的所述系统对外时间更新所述事件类型报文中的时间戳。

根据本说明书的一个实施例，所述时间同步单元还包括与所述入事件帧处理模块、所述通用精确时间协议模块分别连接的出事件帧处理模块；所述方法还包括：在发送报文时，所述出事件帧处理模块向所述通用精确时间协议模块输出触发信号，以通过所述通用精确时间协议模块获取报文发送时间。

根据本说明书的一个实施例，所述时间同步单元还包括与所述通用精确时间协议模块连接的锁相环和守时模块；所述方法还包括：通过锁相环和守时模块接收并行输出多个时间域校准后的频率信号和时间信号，以提供系统时钟或者线路时钟。

根据本说明书的一个实施例，所述时间同步单元还包括与所述通用精确时间协议模块连接的时间质量检测模块；所述方法还包括：所述时间质量检测模块接收任一时钟实例的频率偏差信息和时间偏差信息，根据所述频率偏差信息和所述时间偏差信息对所述任一时钟实例进行时间质量的检测。

为达到上述目的，本说明书第四方面实施例提出的一种时间同步装置。该时间同步装置应用于时间敏感网络TSN的时间同步单元中，所述时间同步单元与所述时间敏感网络中的其他TSN协议单元连接，所述时间同步单元包括通用精确时间协议模块、时间切换输出模块；所述装置包括：时间输出模块，用于通过所述时钟实例向所述时间切换输出模块输出实例时间信息；时钟同步处理模块，用于通过所述时间切换输出模块接收所述实例时间信息，并基于所述实例时间信息进行平滑切换，得到时钟同步状态信息；其中，所述时钟同步状态信息用于表明所述通用精确时间协议模块内时钟的状态以及所述时钟对应的时间信息，以及用于指示所述其他TSN协议单元进行时间切换的方式和时机。

为达上述目的，本说明书第五方面实施例提出的一种计算机可读存储介质。其上存储有时间同步程序，所述时间同步程序被处理器执行时实现根据第三方面中任一项所述的时间同步方法。

为达上述目的，本说明书第六方面实施例提出的一种网络设备。该网络设备包括至少一个处理器；以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行如第三方面中任一项所述的时间同步方法。

通过上述实施例，本说明书实施例的时间同步单元通过在通用精确时间协议模块和其他TSN协议单元之间配置一个时间切换输出模块，可以实现时间同步单元和其他TSN协议单元之间的流抢占关联互动。并且，在通用精确时间协议模块中的时钟实例切换时钟源的情况下，可通过时间切换输出模块向其他TSN协议单元输出时钟同步状态信息。时钟同步状态信息包括时钟的切换状态以及时钟对应的时间信息，以及用于指示其他TSN协议单元进行时间切换的方式和时机。其他TSN协议单元在接收到时钟同步状态信息的情况下，可以参考时钟同步状态信息自行决定何时进行时钟源切换，减少由于突然切换时钟源而导致的其他TSN协议单元发生时间偏差和跳变的情况。

本说明书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，或通过本说明书的实践了解到。

附图说明

图1为根据本说明书实施例的时间同步单元的结构框图；

图2为根据本说明书一个实施例的时钟实例的结构框图；

图3a为根据本说明书一个实施例的时间同步单元的结构框图；

图3b为根据本说明书一个实施例的芯片架构的结构框图；

图4为根据本说明书实施例的时间同步方法的流程图；

图5为根据本说明书一个实施例的时间同步方法的流程图；

图6为根据本说明书实施例的网络设备的结构框图。

具体实施方式

下面详细描述本说明书的实施例，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，旨在用于解释本说明书，而不能理解为对本说明书的限制。

时间敏感网络（Time-Sensitive Networking，TSN）也可以称为时效性网络，是由（Institute of Electrical and Electronics Engineers，IEEE）802.1工作组的时间敏感网络任务组进行研究的标准。该标准强调传输的超低延迟以及高可用性。TSN主要应用于各种支持低延时及基于时间同步数据传输的以太网协议，可能的应用包括在需要实时监控或是实时反馈的工业自动化、工业互联网、智能制造，或者结合实时影音串流以及实时控制串流的整合性网络等场景。

传统以太网交换芯片是基于存储转发技术实现数据处理和交换。存储转发技术固有的抖动和时延会造成网络的不确定性，因此并不适用于实时性和确定性要求较高的场景。时间敏感网络TSN技术能够通过时钟同步（IEEE 802.1as-Rev）、流量调度（IEEE802.1Qbv）、流抢占（IEEE 802.1Qbu）、流量监控（IEEE 802.1Qci）等一系列技术解决网络实时性与确定性的关键问题，提高速动性。TSN技术非常适合处理周期性数据，保证网络传输确定性。因为网络传输的确定性得到保障，延迟可以认为是一个常量。同时，TSN技术还能满足信息技术（IT：information technology）和操作技术（OT：operation technology）融合的工业场景。

目前，相关技术中主要采用软件协议来实现TSN的时间同步，例如：通过IEEE802.1as或IEEE 802.1as-Rev两种协议来实现TSN时间同步。其中，IEEE 802.1as协议仅支持单时钟域，不具备冗余备份的能力，一旦同步出现问题，TSN其他功能只能依赖本地守时时间进行时间控制，无法达到全网协同，随着时间推移其准确性和精度会逐渐降低。IEEE802.1as-Rev协议能够支持多域。其中，域（domain）指的是具有相同时钟同步要求和配置的设备的集合。每个域内的设备通过时间同步协议进行时钟同步，以确保它们之间具有相近的时间值。且IEEE 802.1as-Rev协议能够实现时间同步的冗余备份，并对外提供一个时钟输出。若IEEE 802.1as-Rev协议内部某个域的时间同步出现问题，其可以无缝切换到其他时间同步域。这种无缝切换时间同步域的过程对TSN其他协议不可见，大大提高了时间同步的可靠性和准确性。

IEEE 802.1as-Rev协议中对于时间同步域的切换是在自身的时间模块进行切换的，切换之后网络中的其他模块直接使用切换后的时钟源。因此，由于IEEE 802.1as-Rev协议的这种对外统一的时钟输出和无缝切换，其时间同步自身的状态信息和各域时间信息对TSN其他协议不可见，可能会导致门控和抢占出现偏差和跳变。这种偏差和跳变会对TSN协议产生以下影响：（1）流量调度Qbv、流量监控Qci参数配置的下发时间和生效时间都会比较系统当前时间，如果系统当前时间发生偏移或跳变会影响协议下发时间和生效时间。（2）协议发包和抢占时依据时间进行调度，跳变和偏差会引起流量调度Qbv、流量监控Qci、流抢占Qbu的性能抖动。（3）流量调度Qbv和流量监控Qci开门剩余时间是否够发送最后一帧，时间跳变和偏差会影响该项功能的检测和判定。

通用精确时间协议（IEEE 1588 Generalized Precision Time Protocol，GPTP）是一种时钟同步协议，能够在网络中实现高精度的同步，以满足实时通信的需求。GPTP通常用于交换机或路由器之间，通过发出时间戳和同步信息，保证不同设备的时钟进行同步。本说明书实施例结合通用精确时间协议解决了IEEE 802.1as-Rev协议能够引发偏差和跳变的问题。

请参阅图1，本说明书实施例提出了一种时间同步单元的结构框图。该时间同步单元100应用于时间敏感网络TSN。时间同步单元100与时间敏感网络中的其他TSN协议单元200连接。时间同步单元100包括通用精确时间协议模块110、时间切换输出模块120。其中，通用精确时间协议模块110包括至少一个时钟实例，用于通过时钟实例向时间切换输出模块输出实例时间信息。时间切换输出模块120，用于接收实例时间信息，并基于实例时间信息进行平滑切换，得到时钟同步状态信息。其中，时钟同步状态信息用于表明通用精确时间协议模块内时钟的切换状态以及时钟对应的时间信息，以及用于指示其他TSN协议单元进行时间切换的方式和时机。

在时间敏感网络TSN中可以包括不同的TSN域。TSN域的划分是根据TSN中网络设备端口配置的TSN域（domain）标识（identification，ID）确定的。例如，两个不同的端口的TSN域标识相同，表明上述两个端口属于同一TSN域；两个不同端口的TSN域标识不同，表明所述两个端口分别属于不同的TSN域。网络设备的端口可以配置TSN域标识，不同的端口可以配置不同的TSN域标识。网络设备端口的TSN域标识可以通过静态配置，也可以通过中央处理单元发送配置信息进行配置，还可以通过其他方式进行配置，本申请对TSN域的配置方式不作限制。

因为IEEE 802.1as-Rev协议可以支持多个域的时间同步处理，因此，本说明书实施例的时间同步单元100可以支持多个时间域。时间域是指一组具有相同的时钟同步要求和配置的时钟实例的集合。时钟实例是指网络中的一个具体的时钟源或时钟设备。每个时钟实例有一个唯一的标识符，它对应于一个特定的时钟源或设备。时钟实例负责生成时间同步信息，并将其分发给网络中的其他设备。时间域可以理解为一个逻辑分组，其对应的时钟实例应该保持在一定的时间同步误差范围内。

所以，时钟实例和时间域之间的关系可以总结为：一个时间域可以包括一个或多个时钟实例。一个时钟实例可以存在于一个或多个时间域中，但它在每个域内的时间同步是独立进行的，不同时间域内的同一时钟实例可能具有不同的时间同步要求和配置。本说明书的实施例中，时间域和时钟实例的对应关系可以通过中央处理单元发送配置信息进行配置，还可以通过其他方式进行配置，不作限制。

在本说明书的实施例中，时间同步单元100包括通用精确时间协议模块110，通用精确时间协议模块110包括至少一个时钟实例（RTC实例）。在时间同步单元接收到以太网帧或者发出以太网帧的情况下，通用精确时间协议模块110中对应的时钟实例进行时钟同步、时间戳同步等处理，并将计算后的各时钟的实例时间信息发送给时间切换输出模块120。其中，实例时间信息可以包括时钟的时间值以及是否进行时钟源的优化或切换的相关信息。

时间切换输出模块120接收到通用精确时间协议模块110发送的实例时间信息后，对各实例时间信息进行平滑切换处理和优化输出，确定时钟同步状态信息。并将时钟同步状态信息发送给其他TSN协议单元。其中，时钟同步状态信息用于表明通用精确时间协议模块内时钟的切换状态以及时钟对应的时间信息。其中，切换状态用于表明通用精确时间协议模块内的时钟是否切换了时钟源；时间信息用于表明通用精确时间协议模块内的时钟切换到了哪个时钟源。时钟同步状态信息还用于指示其他TSN协议单元进行时间切换的方式和时机。

若通用精确时间协议模块内的时钟发生了时钟源切换，在其他TSN协议单元在接收到时钟同步状态信息的情况下，可参考时钟同步信息自行决定何时进行时钟源切换。示例性地，若其他TSN协议单元在接收到时钟同步状态信息时，处于闲置状态，则可以直接依据时间信息和切换方式信息等来进行时钟源的切换，以实现时钟同步的目的。若其他TSN协议单元在接收到时钟同步状态信息时，正处于发包状态或收包状态，则其他TSN协议单元可以依据时钟同步状态信息自行决定时钟源的切换时机，例如，在本次发包结束后执行时钟源的切换。这种方式可以减少由于其他TSN协议单元正在使用切换前的时间戳信息，而通用精确时间协议模块内的时钟突然切换时钟源导致的其他TSN协议单元发生时间偏差和跳变的情况。

通过上述实施例，本说明书实施例的时间同步单元通过在通用精确时间协议模块和其他TSN协议单元之间配置一个时间切换输出模块，可以实现时间同步单元和其他TSN协议单元之间的流抢占关联互动。并且，在通用精确时间协议模块中的时钟实例切换时钟源的情况下，可通过时间切换输出模块向其他TSN协议单元输出时钟同步状态信息。时钟同步状态信息包括时钟的切换状态以及时钟对应的时间信息，以及用于指示其他TSN协议单元进行时间切换的方式和时机。其他TSN协议单元在接收到时钟同步状态信息的情况下，可以参考时钟同步状态信息自行决定何时进行时钟源切换，减少由于突然切换时钟源而导致的其他TSN协议单元发生时间偏差和跳变的情况。

在本说明书的一些实施例中，时间同步单元还包括与通用精确时间协议模块连接的多域自动发送模块，用于针对多个时间域自动发送指定类型的目标报文。其中，除目标报文之外的其他报文通过与时间同步单元连接的中央处理单元进行发送。目标报文的发送频率高于其他报文的发送频率。

时间同步单元除了能够接收报文之外，还能用于发送报文。一般情况下，时间同步单元针对多个时间域需要发送的报文都可以通过中央处理单元来进行发送。然而，由于本说明书实施例中的通用精确时间协议模块支持多时间域，可对多时间域并行进行时钟计算。在多个时间域并行计算时，多个时间域需要发送指定类型且频率较高的目标报文，这样会使得中央处理单元利用率会加倍增加，导致对中央处理单元的利用率过高产生卡顿等问题。

因此，针对多个时间域自动发送的指定类型的频率较高的一些事件报文，本说明书在时间同步单元专门集成了多域自动发送模块，用于针对多个时间域自动发送指定类型的目标报文。除目标报文之外的其他报文依旧通过与时间同步单元连接的中央处理单元进行发送。目标报文的发送频率高于其他报文的发送频率。通过这种方式可以很好的解决中央处理单元利用率过高的问题。

在本说明书的一些实施例中，多域自动发送模块用于针对多个时间域自动发送SYNC报文和Followup报文。

在IEEE 802.1AS-Rev标准中，SYNC报文和Followup报文是用于实现时钟同步的关键报文。这两种报文在时间敏感网络中的时钟同步协议中起着重要作用。

其中，SYNC报文用于在时间敏感网络中传播主时钟的时间信息。主时钟是网络中的主要时间源，其他设备的时钟会根据主时钟进行同步。SYNC报文会周期性地广播主时钟的时间戳，通知其他设备当前的主时钟值。接收到SYNC报文的设备可以根据这个时间戳来调整本地时钟，以保持与主时钟的同步。Followup报文是用于在SYNC报文后进行更精确的时钟同步。它提供了一个在SYNC报文发出后的较短时间窗口内，主时钟的准确时间戳。接收到Followup报文的设备可以根据这个时间戳更精确地调整本地时钟。Followup报文帮助减小SYNC报文引入的时间误差。

SYNC报文和Followup报文的周期性广播以及提供精确时间戳的特性，是实现时间敏感网络中高精度时钟同步的关键机制。通过使用这些报文，不同设备可以根据主时钟保持相近的时间值，从而满足实时应用对于时间一致性和精度的要求。

由于SYNC报文和Followup报文的特性，这两种报文成为时间同步单元发送频率相对较高的报文，因此，可以配置多域自动发送模块专门用于自动发送SYNC报文和Followup报文。

在本说明书的一些实施例中，时间同步单元还包括与通用精确时间协议模块连接的入处理模块，用于向通用精确时间协议模块输出SOF探测信号对应的以太网帧，以使通用精确时间协议模块对探测到SOF探测信号的SOF时刻进行锁存。

SOF（Start-of-Frame）探测信号是一种用于识别和定位数据帧起始位置的信号。当以太网设备接收到SOF探测信号时，它会知道以下数据帧的开始，并准备接收后续的数据。SOF探测信号允许接收方正确地解析和处理数据帧，并确保多个设备在共享物理媒介上进行数据传输时不会发生冲突。需要注意的是，SOF探测信号仅用于数据帧的起始位置标识，而不包含实际的数据。一旦SOF探测信号被检测到，接收方就会开始接收后续的数据帧，并根据数据帧的帧头信息进行进一步的处理。

本说明书的实施例中，对于报文的接收可通过提前探测报文的SOF探测信号来实现对以太网帧的接收。在探测到SOF探测信号的时刻可以表示接收到报文的时刻，因此，需要将SOF探测信号的SOF时刻进行锁存，作为报文的接收时刻。

在本说明书的一些实施例中，入处理模块连接有具有SOF识别功能的以太网物理层模块。

在本说明书的实施例中，入处理事件模块连接有具有SOF识别功能的以太网物理场模块。以太网物理场模块独立于时间同步单元，不属于时间同步单元。在物理层构建多个以太网物理层模块，用于针对GPTP相关报文进行SOF探测信号的探测，探测到SOF探测信号的时刻可以作为报文接收时刻，即收包时刻。如果没有构建以太网物理场模块，在时间同步单元接收报文时，需要入处理模块对报文以太网帧进行解析，通过解析的方式来获取对应的报文数据包。继而将报文数据包输出到通用精确时间协议模块，将解析到报文数据包的时刻进行锁存，作为收包时刻。

由此可见，本说明书实施例通过采用SOF探测技术，不在物理层做报文解析，可以降低实现复杂度，相对已知解析方法，实现了物理层和数据链路层的解耦，简化了实现，降低了延迟，且因为能够及时探测到SOF探测信号，而提高时间精确度。

在本说明书的一些实施例中，时间同步单元还包括与入处理模块连接的帧分析模块，用于判断接收到的以太网帧是否为入方向需要处理的事件类型报文或者一般类型报文。其中，事件类型报文与一般类型报文的处理方式不同。

本说明书实施例的时间同步单元主要用于处理通用精确时间协议GPTP相关的报文的时间同步。通用精确时间协议（IEEE 1588 Generalized Precision Time Protocol，GPTP）是由IEEE802.1AS标准定义。IEEE 802.1AS协议中的报文包含报文级别（Messageclass）和报文种类（Message type）两个属性。部分报文还包含上述两个属性以外的其他属性。

其中，报文级别分为：事件类型报文（Event Message）和一般类型报文（GeneralMessage）。两者主要区别在于事件类型报文在发送和接收过程中会生成时间戳，而一般类型报文不需要生成时间戳。事件类型报文包括：SYNC报文、PdelayReq报文、Pdelay_Resp报文。一般类型报文包括： Announce通知报文、FollowUp跟随报文、Pdelay_Resp_Follow_Up对等延迟相应跟随报文和Signaling信号报文等。

在本说明书的实施例中，时间同步单元会针对事件报文进行时间同步处理，而对一般类型报文的处理过程只包括收包或发包，不会存在时间相关的处理。时间同步单元包括与入处理模块连接的帧分析模块，帧分析模块用于判断接收到的以太网帧是否为入方向需要处理的事件类型报文或者一般类型报文。事件类型报文与一般类型报文的处理方式不同。帧分析模块在确定以太网帧的报文级别后，将不同报文级别的以太网帧进行不同的处理。示例性地，对事件类型报文进行时间戳更新的处理，而将一般类型报文给到中央处理单元或进行发送处理。

在本说明书的一些实施例中，时间同步单元还包括与帧分析模块连接的域时间查询模块，用于在接收到入方向需要处理的事件类型报文的情况下，在至少一个时钟实例中确定与事件类型报文对应的目标时钟实例，并将事件类型报文对应的SOF时刻更新至目标时钟实例上。

在时间同步单元接收到事件类型报文的情况下，事件类型报文所处的时间域需要进行时间同步以及系统对外时间的计算以对事件类型报文进行时间戳更新等处理。因此，在本说明书的实施例中，时间同步单元还包括与帧分析模块连接的域时间查询模块，用于与通用精确时间协议模块配合对事件类型报文进行处理。

在本说明书的实施例中，可以预先配置时间域和时钟实例之间的对应关系。事件类型报文携带有域ID，域ID用于指示事件类型报文属于哪个时间域。在帧分析模块确定接收的报文属于事件类型报文的情况下，将该事件类型报文携带的域ID发送至域时间查询模块。以使域时间查询模块基于域ID查询通用精确时间协议模块所配置的至少一个时钟实例中与该事件类型报文对应的目标时钟实例，并通过域ID查询通用精确时间协议模块锁存的该事件类型报文对应的SOF时刻，并将该SOF时刻更新至目标时钟实例上。

需要说明的是，SOF时刻为通用精确时间协议模块在接收到以太网物理层模块发送的该事件类型报文的SOF探测信号时锁存的时间。在未配置以太网物理层模块的SOF信号探测功能的情况下，SOF时刻为通用精确时间协议模块在接收到入处理模块发送该事件类型报文时锁存的时间。

域时间查询模块将事件类型报文对应的SOF时刻更新至目标时钟实例上，以使时钟实例实现时间同步。

在本说明书的一些实施例中，时间同步单元连接有中央处理单元，通过中央处理单元设置时间域标识与时钟实例之间的映射关系。事件类型报文对应有目标域标识。域时间查询模块，还用于根据映射关系查找到目标域标识对应的目标时钟实例。

时间同步单元可以同步处理不同的时间域。在时间敏感网络TSN中时间域可根据TSN中网络设备端口配置的时间域（domain）标识（identification，ID）来确定。例如，两个不同的端口的时间域标识相同，表明上述两个端口属于同一时间域；两个不同端口的时间域标识不同，表明两个端口分别属于不同的时间域。网络设备的端口可以配置时间域标识，不同的端口可以配置不同的时间域标识。网络设备端口的时间域标识可以通过静态配置，也可以通过中央处理单元发送配置信息进行配置，还可以通过其他方式进行配置。

具体地，在本说明书的实施例中，时间同步单元连接有中央处理单元，时间域与时钟实例时间的对应关系可以通过中央处理单元来进行设置。示例性地，通过中央处理单元设置时间域标识与时钟实例之间的映射关系。事件类型报文中所携带的域ID可以作为时间域标识。时间域标识还可以包括其他能够用于唯一表征事件类型报文所属时间域的标识。事件类型报文对应有目标域标识，域查询模块可根据映射关系查找到目标域标识对应的目标时钟实例。

继而，域查询模块可将通用精确时间协议模块锁存的事件类型报文的SOF时刻更新至目标时钟实例上去。

在本说明书的一些实施例中，目标时钟实例基于SOF时刻、事件类型报文携带的时间戳、时间偏差、延迟、补偿计算时间同步单元提供的系统对外时间。

在本说明书的实施例中，事件类型报文携带有时间戳、时间偏差、延迟等时钟同步过程中的重要时间相关信息。在以太网物理层模块探测到事件类型报文的SOF探测信号后，入处理模块可对事件类型报文进行解析，并将事件类型报文发送给通用精确时间协议模块，以使通用精确时间协议模块基于事件类型报文所携带的时间戳、时间偏差、延迟、补偿以及该事件类型报文对应的SOF时刻计算时间同步单元提供的系统对外时间。

图2为本说明书一个实施例的时钟实例的结构示意图。请参阅图2，一个时钟实例的内部结构包括累加步长单元、累加计数单元、时偏补偿单元以及时间/频率输出单元。

其中，累加步长（Accumulated Step Size）是一个重要的参数，它表示每个时钟周期中的计数器值增加的数量。这个值通常是一个固定的整数，表示时钟的精度和分辨率。

时偏补偿（Time Offset Compensation）：时钟可能受到多种因素的影响，例如温度、电压等，会导致时钟计数速度略微变化。时偏补偿是一种校正机制，用于调整时钟的计数速度，以确保其保持准确。这通常以纠正因素的形式应用于累加步长，以补偿时钟漂移。

累加计数（Accumulated Count）是时钟计数器在一段时间内的总和。它是通过累加步长和时偏补偿来计算的，通常通过一个计数器或寄存器来实现。累加计数反映了从某个起始点到当前时刻的时间经过了多少个累加步长的周期。

时间/频率输出：时钟的主要功能之一是提供时间输出或频率输出。时间输出表示从起始点到当前时刻的经过的时间，通常以秒、毫秒或其他时间单位表示。频率输出表示时钟每秒钟产生的脉冲数，通常以赫兹（Hz）表示。

时钟实例的初始状态包括累加计数器的初始值（通常为0），累加步长（表示计数器每次递增的数量），以及时偏补偿（如果需要校正时钟漂移的话）。

时钟实例开始运行，计数器值开始累加。每次计数器值递增一个累加步长，时间也随之流逝。如果有时偏补偿，它会周期性地应用于累加步长，以校正时钟的漂移。如果需要时间输出，那么时间可以通过累加计数器的值除以累加步长来计算。这将给出从起始点到当前时刻的经过的时间。如果需要频率输出，那么可以测量累加计数器值的变化率，并将其除以累加步长，以获得时钟的频率。这将用于表征时钟实例每秒钟产生多少个脉冲或周期。

在本说明书的实施例中，通用精确时间协议模块获取到事件类型报文的时间戳、时间偏差、延迟后，可基于SOF时刻、时间戳、时间偏差、延迟、补偿以及对应的累加步长来计算得到事件类型报文所处时间域的系统对外时间。

在本说明书的一些实施例中，时间同步单元还包括与域时间查询模块、帧分析模块分别连接的入事件帧处理模块，用于在帧分析模块接收到事件类型报文的情况下，根据域时间查询模块输出的系统对外时间更新事件类型报文中的时间戳。

由于事件类型报文用于在整个时间敏感网络中的设备之间进行时钟同步和调整，因此，时间同步单元在接收到事件类型报文的情况下，还需更新事件类型报文的时间戳。

在本说明书的实施例中，时间同步单元配置有与域时间查询模块、帧分析模块分别连接的入事件帧处理模块。帧分析模块接收到事件类型报文的情况下，将事件类型报文的目标时间域标识发送给域时间查询模块并将事件类型报文发送给入事件帧处理模块。域时间查询模块基于映射关系和目标时间域标识在通用精确时间协议模块获取事件类型标识的SOF时刻，并将SOF时刻更新到对应的目标时钟实例以使目标时钟实例计算得到系统对外时间。域时间查询模块接收到通用精确时间协议模块返回的系统对外时间的情况下，将系统对外时间输出给入事件帧处理模块。继而，入事件帧处理模块可基于域时间查询模块输出的事件类型报文对应的系统对外时间更新事件类型报文中的时间戳。

在本说明书的一些实施例中，时间同步单元还包括与入事件帧处理模块、通用精确时间协议模块分别连接的出事件帧处理模块，用于在发送报文时向通用精确时间协议模块输出触发信号，以通过通用精确时间协议模块获取报文发送时间。

在本说明书的实施例中，时间同步单元除了能够接收报文外，还可用于发送报文。尤其是对发送事件类型报文的时间戳处理。由于事件类型报文需要具有时间戳信息，在发送事件类型报文时，时间同步单元需要为报文打上发送时刻对应的时间戳。

具体地，时间同步单元还包括出事件帧处理模块。出事件帧处理模块分别与入事件帧处理模块和通用精确时间协议模块连接。入事件帧处理模块可将事件类型报文或一般类型报文输出给出事件帧处理模块。出事件帧处理模块可在发送报文时，向通用精确时间协议模块输出触发信号，以通过通用精确时间协议模块获取报文发送时间。在出事件帧处理模块检测到发送的报文为事件类型报文的情况下，接收通用精确时间协议模块确定的报文发送时间，并基于报文发送时间更新事件类型报文的时间戳，或者将报文发送时间上送给中央处理单元，以通过中央处理单元更新事件类型报文的时间戳。

在本说明书的实施例中，可通过中央处理单元配置出事件帧处理模块发送的事件类型报文的时间戳位置。示例性地，若事件类型报文属于时间敏感网络中的标准报文协议，则可直接基于其标准协议更新时间戳信息。若事件类型报文属于私有协议，则可通过中央处理单元配置时间戳在报文数据包中的具体位置。例如，可配置时间戳放置在报文数据包的Mac地址后面，或者放置在报文数据包的最后一位。在中央处理单元配置私有协议中时间戳的位置，可以使得私有协议的格式更加灵活。

在本说明书的实施例中，通用精确时间协议模块配置有入事件缓冲区FIFO以及出事件缓冲区FIFO。入事件缓冲区FIFO用于缓存在入方向接收到事件类型报文时各个时钟实例被锁存的接收时刻的SOF时刻。出事件缓冲区FIFO用于缓存在出方向发送事件类型报文时各个时钟实例被锁存的发送时刻。

在本说明书的一些实施例中，出事件帧处理模块与多域自动发送模块连接。出事件帧处理模块连接有具有SOF识别功能的以太网物理层模块。

在本说明书的实施例中，时间同步单元还包括与出事件帧处理模块连接的多域自动发送模块。多域自动发送模块用于将从出事件帧处理模块接收的事件类型报文发送给上级应用或其他GPTP设备。出事件帧处理模块连接有具有SOF识别功能的以太网物理层模块。以太网物理层模块可用于在发送事件类型报文时，探测事件类型报文的SOF探测信号。

在本说明书的一些实施例中，时间同步单元还包括与入事件帧处理模块连接的上送模块，上送模块与中央处理单元间之间进行时间信息和报文的传输。

在一些情况中，上层应用可能需要使用时间同步单元接收的报文信息或者报文的时间信息。因此，在本说明书的实施例中，时间同步单元还包括上送模块，上送模块与入事件帧处理模块连接，且与中央处理单元连接。上送模块可在入事件帧处理模块和中央处理单元之间进行时间信息和报文的传输，将需要中央处理单元处理的时间信息和报文从入事件帧处理模块。

在本说明书的一些实施例中，时间同步单元还包括与通用精确时间协议模块连接的锁相环和守时模块，用于接收并行输出多个时间域校准后的频率信号和时间信号，以提供系统时钟或者线路时钟。

在时间同步单元所处的通信系统中，整个通信系统使用统一的系统时间，因此，时间同步单元在进行时间同步后还需要对外提供系统时钟。因此，在时间同步单元还配置有锁相环和守时模块。锁相环和守时模块在接收到通用精确时间协议模块发送的频率信号和时间信号的情况下，对外提供系统时钟或者线路时钟。

其中，锁相环和守时模块可以分为锁相环模块和守时模块。

锁相环（PLL）模块：接收多个频率信号，即锁相环PLL模块通常能够接收多个不同频率的输入信号。这些输入信号可以来自不同的源，例如晶振、振荡器或其他时钟源。锁相环PLL模块的任务是将其中一个输入信号作为参考信号，并通过调整内部振荡器的频率和相位来使其与参考信号同步以提供系统时钟。一旦锁相环PLL模块与参考信号同步，它可以生成一个稳定的、校准后的系统时钟信号。这个系统时钟信号可以用于整个通信系统中，以确保各个部分的时序一致性和数据传输的稳定性。

守时模块通常能够接收多个来自不同时间实例的时间信号，这些信号可能在网络中传输或来自不同源。这些时间信号可能存在不同的时延和偏差。守时模块可提供线路时钟，守时模块的任务是对接收到的时间信号进行校准和同步，以提供一个线路时钟信号。这个线路时钟信号是一个共享的时钟源，确保不同设备之间的数据传输在时间上是一致的，从而避免数据丢失或冲突。

综上所述，锁相环模块主要用于频率信号同步和生成系统时钟，而守时模块则用于时间信号同步和生成线路时钟。它们都具有校准和同步的功能，但关注的方面和应用场景略有不同。锁相环关注频率同步，用于提供稳定的时钟信号，而守时模块关注时间同步，用于确保不同设备之间的时间一致性。在本说明书的实施例中，可同时使用这两种模块，以确保整个系统具有高度的时钟精确性和数据同步性。

需要说明的是，频率信号和时间信号是通用精确时间协议模块对多个时间域进行校准后确定的。在本说明书的实施例中，多个时间域在工作时互不干扰，但多个时间域可使用同一个时间源。在进行时间同步处理后，通用精确时间协议模块可对多个时间域进行平均处理或者补偿处理等作为校准处理，对外提供统一的时间信息和频率信息。

在本说明书的一些实施例中，时间同步单元还包括与通用精确时间协议模块连接的时间质量检测模块，用于接收任一时钟实例的频率偏差信息和时间偏差信息，根据频率偏差信息和时间偏差信息对任一时钟实例进行时间质量的检测。

在本说明书的实施例中，为了判断当前所使用的时钟源或者要切换的时钟源所提供给时钟实例的时间质量，可在时间同步单元增加时间质量检测模块。时间质量检测模块与通用精确时间协议模块连接，可接收通用精确时间协议模块发送的任一时钟实例的频率偏差信息和时间偏差信息。其中，频率偏差信息可以通过频率信号发送给时间质量检测模块，时间偏差信息可以通过时间信号发送给时间质量检测模块。任一时钟实例的频率偏差信息和时间偏差信息是指任一时钟实例与所使用的时钟源之间的频率偏差情况和时间偏差情况。

在多个时钟实例的时间中，会存在具有明显抖动的时钟实例。时间质量检测模块可根据频率偏差信息和时间偏差信息，通过类似滤波的形式来确定分析对时品质和发现故障，确定抖动较大的时钟实例，从而基于抖动阈值确定时钟实例的时间质量。时间质量检测模块还可将这些抖动较大的时间进行抑制处理，减小抖动较大的时钟实例对系统时钟的计算的影响。

在本说明书的一些实施例中，时间质量检测模块，还用于利用加权平均法对多个时钟实例的频率偏差信息和时间偏差信息进行比较，以进行时间质量的检测。

由于抖动较大的频率偏差信息和时间偏差信息，会影响时钟实例的时间质量，因此，在本说明书的实施例中，时间质量检测模块可利用加权平均法对多个时钟实例的频率偏差信息和时间偏差信息进行加权平均处理，将抖动较大的时间信息抑制掉，并可基于时间信息和加权平均后的值之间的差值确定抖动大小，从而进行时间质量的确定。

对应上述实施例，本说明书还提出了一种芯片架构。该芯片架构应用于时间敏感网络TSN。该芯片架构包括如上述任一项实施例的时间同步单元。请参阅图3a，在一个具体的实施例中，时间同步单元包括：通用精确时间协议模块301、时间切换输出模块302、多域自动发送模块303、入处理模块304、帧分析模块305、域时间查询模块306、入事件帧处理模块307、出事件帧处理模块308、上送模块309、锁相环和守时模块310、时间质量检测模块311。

其中，通用精确时间协议模块301分别与时间切换输出模块302、多域自动发送模块303、入处理模块304、域时间查询模块306、出事件帧处理模块308、锁相环和守时模块310、时间质量检测模块311连接；入处理模块304还与帧分析模块305连接；帧分析模块305还与域时间查询模块306、入事件帧处理模块307分别连接；入事件帧处理模块307还与出事件帧处理模块308、上送模块309分别连接；出事件帧处理模块308还与上送模块309连接。

通用精确时间协议模块301包括至少一个时钟实例，用于通过时钟实例向时间切换输出模块302输出实例时间信息。时间切换输出模块302用于接收实例时间信息，并基于实例时间信息进行平滑切换，得到时钟同步状态信息。时钟同步状态信息用于表明通用精确时间协议模块内时钟的切换状态以及时钟对应的时间信息，以及用于指示其他TSN协议单元200进行时间切换的方式和时机。

多域自动发送模块303用于针对多个时间域自动发送SYNC报文和Followup报文。除SYNC报文和Followup报文之外的其他报文通过与时间同步单元连接的中央处理单元进行发送；SYNC报文和Followup报文的发送频率高于其他报文的发送频率。

入处理模块304用于向通用精确时间协议模块输出SOF探测信号对应的以太网帧，以使通用精确时间协议模块对探测到SOF探测信号的SOF时刻进行锁存。帧分析模块305用于判断接收到的以太网帧是否为入方向需要处理的事件类型报文或者一般类型报文。域时间查询模块306用于在接收到入方向需要处理的事件类型报文的情况下，在至少一个时钟实例中确定与事件类型报文对应的目标时钟实例，并将事件类型报文对应的SOF时刻更新至目标时钟实例上。

入事件帧处理模块307用于在所述帧分析模块接收到事件类型报文的情况下，根据域时间查询模块输出的SOF时刻更新事件类型报文中的时间戳。出事件帧处理模块308用于在发送报文时向通用精确时间协议模块输出触发信号，以通过通用精确时间协议模块获取报文发送时间。

上送模块309与中央处理单元间之间进行时间信息和报文的传输。中央处理单元与时间同步单元连接。锁相环和守时模块310用于接收并行输出多个时间域校准后的频率信号和时间信号，以提供系统时钟或者线路时钟。时间质量检测模块311用于接收任一时钟实例的频率偏差信息和时间偏差信息，利用加权平均法对多个时钟实例的频率偏差信息和时间偏差信息进行比较，以进行时间质量的检测。

关于时间同步单元中各个模块的具体限定可以参见上文中对于时间同步单元的限定，在此不再赘述。

在本说明书的一些实施例中，请参阅图3b，芯片架构还包括与时间同步单元300连接的中央处理单元400。中央处理单元400用于配置下发和处理时间相关信息和报文，以及用于配置报文时间戳的位置。中央处理单元400还用于设置时间域标识与时钟实例之间的映射关系，以使域时间查询模块306根据映射关系查找到目标域标识对应的目标时钟实例。

在本说明书的一些实施例中，请参阅图3b，芯片架构还包括与时间同步单元连接的以太网物理层模块500。

在本说明书的一些实施例中，以太网物理层模块500具备SOF探测功能，以太网物理层模块500用于在探测到SOF探测信号后向时间同步单元的通用精确时间协议模块输出网络收包信号。

在本说明书的实施例中，图3b所示的芯片架构可用于处理时间敏感网络相关的报文。针对事件类型报文，以太网物理层模块500在探测到事件类型报文的SOF探测信号的情况下，向通用精确时间协议模块301输出网络收包信号以锁存SOF时刻。继而，入处理模块304可基于SOF探测信号在接收到事件类型报文的以太网帧，并将以太网帧发送给通用精确时间协议模块，以使通用精确时间协议模块301基于以太网帧中携带的时间戳、时间偏差、延迟、补偿、SOF时刻计算系统对外时间。SOF时刻为探测到SOF探测信号的时刻。在本说明书的实施例中，在以太网物理层模块500采用SOF探测技术，不在物理层做报文解析，可以降低实现复杂度，相对已知方法，实现了物理层和数据链路层的解耦，简化了实现，降低了延迟，且因为能够及时探测到SOF探测信号，而提高时间精确度。

入处理模块304将以太网帧发送给帧分析模块305，帧分析模块305判断接收到的以太网帧是否为入方向需要进行处理的事件类型报文的情况下，将以太网帧携带的时间域ID发送给域时间查询模块306。域时间查询模块306基于预配置的时间域标识与时钟实例之间的映射关系，确定该事件类型报文所处时间域对应的目标时钟实例。继而，在通用精确时间协议模块301中查询得到针对该事件类型报文锁存的SOF时刻，并将SOF时刻更新至目标时钟实例上。

帧分析模块305还用于将以太网帧输出给入事件帧处理模块307，入事件帧处理模块307基于域时间查询模块306发送的事件类型报文的系统对外时间更新该事件类型报文的时间戳信息。若上层应用指示获取该事件类型报文，则入事件帧处理模块307可将该事件类型报文通过上送模块309发送给中央处理单元400，或者，将该事件类型报文通过出事件帧处理模块308发送给其他设备。至此完成对事件类型报文的处理过程。

可以理解的是，在时间同步单元处理事件类型报文的过程中，通用精确时间协议模块301会进行时间同步处理，对多个时间域进行校准，并将校准后的各个时钟实例的时间信号和频率信号发送锁相环和守时模块310，以使锁相环和守时模块310对外提供系统时钟或者线路时钟。时间信号携带有时间偏差信息，频率信号携带有频率偏差信息。通用精确时间协议模块301还发送任一时钟实例的时间信号和频率信号给时间质量检测模块311。以使时间质量检测模块311利用加权平均法对多个时钟实例的频率偏差信息和时间偏差信息进行比较，以进行时间质量的检测。

通用精确时间协议模块301还会将时间同步后的实例时间信息通过时钟实例输出给时间切换输出模块302。时间切换输出模块302用于接收实例时间信息，并基于实例时间信息进行平滑切换，得到时钟同步状态信息。时钟同步状态信息用于表明通用精确时间协议模块内时钟的切换状态以及时钟对应的时间信息，以及用于指示其他TSN协议单元200进行时间切换的方式和时机。时间切换输出模块302将时钟同步状态信息发送至其他TSN协议模块200。其他TSN协议模块200可以参考时钟同步状态信息自行决定何时进行时钟源切换，减少由于突然切换时钟源而导致的其他TSN协议单元发生时间偏差和跳变的情况。

在通用精确时间协议模块301对多个时间域进行时间同步的过程中，会周期性的对外发送SYNC报文和Followup报文，以通过使用这些报文，使得不同设备可以根据主时钟保持相近的时间值，从而满足实时应用对于时间一致性和精度的要求。

由于这两种报文发送频率较高且本说明书实施例可并行处理多个时间域，若通过中央处理单元200进行发送，会使得中央处理单元200利用率过高，导致出现卡顿等问题。因此，本说明书实施例的时间同步单元300配置了多域自动发送模块303专门用于自动发送SYNC报文和Followup报文。多域自动发送模块303从通用精确时间协议模块301获取SYNC报文和Followup报文以及各自的时间戳信息，通过出事件帧处理模块308将这两种报文发送出去。除SYNC报文和Followup报文外，其他报文的发送都通过中央处理单元200进行发送。

除事件类型报文之外，本说明书实施例的时间同步单元还可用于处理一般类型报文。示例性地，在入处理模块304接收到一般类型报文的情况下，将一般类型报文发送给帧分析模块305。帧分析模块305判断该报文属于一般类型报文的情况下，直接将一般类型报文输出给入事件帧处理模块307。由于一般类型报文不需要携带时间戳信息，因此入事件帧处理模块307并不会对一般类型报文进行时间相关的处理。在需要发送给其他设备或者上层应用时，入事件帧处理模块307可通过上送模块309将一般类型报文发送给中央处理单元200，或通过出事件帧处理模块308将一般类型报文发送出去。

在本说明书的实施例中，时间同步单元200还可用于对外发送报文。示例性地，出事件帧处理模块308在发送报文时向通用精确时间协议模块301输出触发信号，以通过通用精确时间协议模块301获取报文的发送时刻。在发送的报文为事件类型报文的情况下，出事件帧处理模块308可通过通用精确时间协议模块301获取的发送时刻为事件类型报文打上时间戳。

在本说明书的实施例中，对于发送的事件类型报文的时间戳位置，可通过中央处理单元进行配置，能够在事件类型报文属于私有协议的情况下，使得时间戳配置更加灵活。

本说明书实施例提出的芯片架构，能够支持快速冗余保护的高精度、高可靠TSN芯片。实现了时间同步单元和其他TSN协议模块的关联互动从而可以在协议参数配置、门控、发送判定等方面提高可靠性和精度。

对应上述实施例，本说明书实施例还提出了一种时间同步方法。该时间同步方法应用于时间敏感网络TSN的时间同步单元中，时间同步单元与时间敏感网络中的其他TSN协议单元连接，时间同步单元包括通用精确时间协议模块、时间切换输出模块。通用精确时间协议模块，包括至少一个时钟实例。请参阅图4，该时间同步方法包括：

S410，通过时钟实例向时间切换输出模块输出实例时间信息。

S420，通过时间切换输出模块接收实例时间信息，并基于实例时间信息进行平滑切换，得到时钟同步状态信息。

其中，时钟同步状态信息用于表明通用精确时间协议模块内时钟的状态以及时钟对应的时间信息，以及用于指示其他TSN协议单元进行时间切换的方式和时机。

关于时间同步方法的具体限定可以参见上文中对于时间同步单元中通用精确时间协议模块的限定，在此不再赘述。

通过上述实施例，本说明书实施例的时间同步单元通过在通用精确时间协议模块和其他TSN协议单元之间配置一个时间切换输出模块，可以实现时间同步单元和其他TSN协议单元之间的时钟关联互动。并且，在通用精确时间协议模块中的时钟实例切换时钟源的情况下，可通过时间切换输出模块向其他TSN协议单元输出时钟同步状态信息。时钟同步状态信息包括时钟的切换状态以及时钟对应的时间信息，以及用于指示其他TSN协议单元进行时间切换的方式和时机。其他TSN协议单元在接收到时钟同步状态信息的情况下，可以参考时钟同步状态信息自行决定何时进行时钟源切换，减少由于突然切换时钟源而导致的其他TSN协议单元发生时间偏差和跳变的情况。

在本说明书的一些实施例中，时间同步单元还包括与通用精确时间协议模块连接的多域自动发送模块。时间同步方法还包括：通过多域自动发送模块针对多个时间域自动发送指定类型的目标报文。其中，除目标报文之外的其他报文通过与时间同步单元连接的中央处理单元进行发送；目标报文的发送频率高于其他报文的发送频率。

在本说明书的一些实施例中，目标报文包括SYNC报文和Followup报文。

在本说明书的一些实施例中，时间同步单元还包括与通用精确时间协议模块连接的入处理模块。时间同步方法还包括：通过入处理模块向通用精确时间协议模块输出SOF探测信号对应的以太网帧，以使通用精确时间协议模块对探测到SOF探测信号的SOF时刻进行锁存。

在本说明书的一些实施例中，时间同步单元还包括与入处理模块连接的帧分析模块、与帧分析模块连接的域时间查询模块。时间同步方法还包括：在帧分析模块检测到入方向需要处理的事件类型报文的情况下，通过域时间查询模块在至少一个时钟实例中确定与事件类型报文对应的目标时钟实例，并将事件类型报文对应的SOF时刻更新至目标时钟实例上。

在本说明书的一些实施例中，事件类型报文对应有目标域标识。在至少一个时钟实例中确定与事件类型报文对应的目标时钟实例，包括：根据目标域标识在时间域标识与时钟实例之间的映射关系中进行查找，得到目标域标识对应的目标时钟实例。

在本说明书的一些实施例中，时间同步单元还包括与域时间查询模块、帧分析模块分别连接的入事件帧处理模块。时间同步方法还包括：在帧分析模块检测到事件类型报文的情况下，入事件帧处理模块根据域时间查询模块输出的系统对外时间更新事件类型报文中的时间戳。

在本说明书的一些实施例中，时间同步单元还包括与入事件帧处理模块、通用精确时间协议模块分别连接的出事件帧处理模块。时间同步方法还包括：在发送报文时，出事件帧处理模块向通用精确时间协议模块输出触发信号，以通过通用精确时间协议模块获取报文发送时间。

在本说明书的一些实施例中，时间同步单元还包括与通用精确时间协议模块连接的锁相环和守时模块。时间同步方法还包括：通过锁相环和守时模块接收并行输出多个时间域校准后的频率信号和时间信号，以提供系统时钟或者线路时钟。

在本说明书的一些实施例中，时间同步单元还包括与通用精确时间协议模块连接的时间质量检测模块。时间同步方法还包括：时间质量检测模块接收任一时钟实例的频率偏差信息和时间偏差信息，根据频率偏差信息和时间偏差信息对任一时钟实例进行时间质量的检测。

结合上述时间同步单元以及时间同步方法，请参阅图5，图3b所示的芯片架构的工作流程可以包括：

S501，以太网物理层模块探测到以太网帧的SOF探测信号后，向通用精确时间协议模块发送网络收包信号，以锁存接收到SOF探测信号时的SOF时刻。

S502，入处理模块接收以太网帧，并将以太网帧发送给通用精确时间协议模块，以是以太网帧对应的目标时钟实例基于以太网帧中携带的时间戳、时间偏差、延迟、补偿和以太网帧对应的SOF时刻计算系统对外时间。

S503，帧分析模块判断接收的以太网帧是否为GPTP事件类型报文。

S504，入事件帧处理模块根据域时间查询模块输出的系统对外时间更新事件类型报文的时间戳并发送给中央处理单元或者出事件帧处理模块。

S505，在需要发送报文的情况下，若出事件帧处理模块检测到是事件类型报文后，基于通用精确时间协议模块确定的发送时刻对事件类型报文进行时间戳更新后发送事件类型报文。

S506，域时间查询模块可基于映射关系对多个时间域的SOF时刻进行查询读取。

S507，通用精确时间协议模块并行输出多个时间域校准后的频率信号和时间信号给锁相环和守时模块、时间质量检测模块、时间切换输出模块。

S508，时间质量检测模块分析对时品质和发现故障。

S509，锁相环和守时模块接收校准后的频率信号和时间信号，提供系统时钟或者线路时钟。

S510，时间切换输出模块对各个时间域的时间进行平滑切换和优化输出，向其他TSN协议模块输出对应时钟同步状态信息。

S511，多域自动发送模块针对多个时间域进行SYNC报文和Followup报文等目标报文的自动化发送。

S512，上送模块将时间信息和报文上送中央处理单元处理。

对应上述实施例，本说明书的实施例还提出了一种计算机可读存储介质。其上存储有时间同步程序，时间同步程序被处理器执行时，实现如上述任意一项的时间同步方法。

根据本说明书实施例的计算机可读存储介质，时间同步程序被处理器执行时，其他TSN协议单元在接收到时钟同步状态信息的情况下，可以参考时钟同步状态信息自行决定何时进行时钟源切换，减少由于突然切换时钟源而导致的其他TSN协议单元发生时间偏差和跳变的情况。

在一些实施方式中，提供了一种网络设备。请参阅图6，该网络设备600包括至少一个处理器610；以及与至少一个处理器610通信连接的存储器620。其中，存储器620存储有可被至少一个处理器610执行的指令，指令被至少一个处理器610执行，以使至少一个处理器610能够执行如上述中任一项的时间同步方法。

其中，存储器620和处理器610采用总线方式连接，总线可以包括任意数量的互联的总线和桥，总线将一个或多个处理器610和存储器620的各种电路连接在一起。总线还可以将诸如外围设备、稳压器和功率管理电路等之类的各种其他电路连接在一起，这些都是本领域所公知的，因此，本文不再对其进行进一步描述。总线接口在总线和收发机之间提供接口。收发机可以是一个元件，也可以是多个元件，比如多个接收器和发送器，提供用于在传输介质上与各种其他装置通信的单元。经处理器610处理的数据通过天线在无线介质上进行传输，进一步，天线还接收数据并将数据传送给处理器610。

处理器610负责管理总线和通常的处理，还可以提供各种功能，包括定时，外围接口，电压调节、电源管理以及其他控制功能。而存储器620可以被用于存储处理器在执行操作时所使用的数据。

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，本说明书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说明书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，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本说明书的描述中，“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。

在本说明书中，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说明书中的具体含义。

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

Claims (32)

1.一种时间同步单元，其特征在于，应用于时间敏感网络TSN，所述时间同步单元采用的TSN协议为时钟同步协议；所述时间同步单元与所述时间敏感网络中的其他TSN协议单元连接；所述时间同步单元包括通用精确时间协议模块、时间切换输出模块；其中，所述通用精确时间协议模块，包括至少一个时钟实例，用于通过所述时钟实例向所述时间切换输出模块输出实例时间信息；

所述时间切换输出模块，用于接收所述实例时间信息，并基于所述实例时间信息进行平滑切换，得到时钟同步状态信息；其中，所述时钟同步状态信息用于表明所述通用精确时间协议模块内时钟的切换状态以及所述时钟对应的时间信息，以及用于指示所述其他TSN协议单元进行时间切换的方式和时机；所述切换状态用于表明所述时钟是否切换时钟源；所述时间信息用于表明所述时钟切换后的时钟源。

2.根据权利要求1所述的时间同步单元，其特征在于，所述时间同步单元还包括与所述通用精确时间协议模块连接的多域自动发送模块，用于针对多个时间域自动发送指定类型的目标报文；其中，除所述目标报文之外的其他报文通过与所述时间同步单元连接的中央处理单元进行发送；所述目标报文的发送频率高于所述其他报文的发送频率。

3.根据权利要求2所述的时间同步单元，其特征在于，所述多域自动发送模块，用于针对所述多个时间域自动发送SYNC报文和Followup报文。

4.根据权利要求2所述的时间同步单元，其特征在于，所述时间同步单元还包括与所述通用精确时间协议模块连接的入处理模块，用于向所述通用精确时间协议模块输出SOF探测信号对应的以太网帧，以使所述通用精确时间协议模块对探测到所述SOF探测信号的SOF时刻进行锁存。

5.根据权利要求4所述的时间同步单元，其特征在于，所述时间同步单元还包括与所述入处理模块连接的帧分析模块，用于判断接收到的以太网帧是否为入方向需要处理的事件类型报文或者一般类型报文；其中，所述事件类型报文与所述一般类型报文的处理方式不同。

6.根据权利要求5所述的时间同步单元，其特征在于，所述时间同步单元还包括与所述帧分析模块连接的域时间查询模块，用于在接收到所述入方向需要处理的事件类型报文的情况下，在所述至少一个时钟实例中确定与所述事件类型报文对应的目标时钟实例，并将所述事件类型报文对应的SOF时刻更新至所述目标时钟实例上。

7.根据权利要求6所述的时间同步单元，其特征在于，所述时间同步单元连接有中央处理单元，通过所述中央处理单元设置时间域标识与时钟实例之间的映射关系；所述事件类型报文对应有目标域标识；

所述域时间查询模块，还用于根据所述映射关系查找到所述目标域标识对应的目标时钟实例。

8.根据权利要求7所述的时间同步单元，其特征在于，所述目标时钟实例基于所述SOF时刻、所述事件类型报文携带的时间戳、时间偏差、延迟、补偿计算所述时间同步单元提供的系统对外时间。

9.根据权利要求6所述的时间同步单元，其特征在于，所述时间同步单元还包括与所述域时间查询模块、所述帧分析模块分别连接的入事件帧处理模块，用于在所述帧分析模块接收到所述事件类型报文的情况下，根据所述域时间查询模块输出的系统对外时间更新所述事件类型报文中的时间戳。

10.根据权利要求9所述的时间同步单元，其特征在于，所述时间同步单元还包括与所述入事件帧处理模块、所述通用精确时间协议模块分别连接的出事件帧处理模块，用于在发送报文时向所述通用精确时间协议模块输出触发信号，以通过所述通用精确时间协议模块获取报文发送时间。

11.根据权利要求10所述的时间同步单元，其特征在于，所述出事件帧处理模块与所述多域自动发送模块连接；所述出事件帧处理模块连接有具有SOF识别功能的以太网物理层模块。

12.根据权利要求9所述的时间同步单元，其特征在于，所述时间同步单元还包括与所述入事件帧处理模块连接的上送模块，所述上送模块与中央处理单元间之间进行时间信息和报文的传输。

13.根据权利要求4所述的时间同步单元，其特征在于，所述入处理模块连接有具有SOF识别功能的以太网物理层模块。

14.根据权利要求1所述的时间同步单元，其特征在于，所述时间同步单元还包括与所述通用精确时间协议模块连接的锁相环和守时模块，用于接收并行输出多个时间域校准后的频率信号和时间信号，以提供系统时钟或者线路时钟。

15.根据权利要求1所述的时间同步单元，其特征在于，所述时间同步单元还包括与所述通用精确时间协议模块连接的时间质量检测模块，用于接收任一时钟实例的频率偏差信息和时间偏差信息，根据所述频率偏差信息和所述时间偏差信息对所述任一时钟实例进行时间质量的检测。

16.根据权利要求15所述的时间同步单元，其特征在于，所述时间质量检测模块，还用于利用加权平均法对多个时钟实例的频率偏差信息和时间偏差信息进行比较，以进行时间质量的检测。

17.一种芯片架构，其特征在于，应用于时间敏感网络TSN，所述芯片架构包括权利要求1至16中任一项所述的时间同步单元。

18.根据权利要求17所述的芯片架构，其特征在于，所述芯片架构还包括与所述时间同步单元连接的中央处理单元，所述中央处理单元，用于配置下发和处理时间相关信息和报文，以及用于配置报文时间戳的位置。

19.根据权利要求17所述的芯片架构，其特征在于，所述芯片架构还包括与所述时间同步单元连接的以太网物理层模块。

20.根据权利要求19所述的芯片架构，其特征在于，所述以太网物理层模块具备SOF探测功能，所述以太网物理层模块，用于在探测到SOF探测信号后向所述时间同步单元的通用精确时间协议模块输出网络收包信号。

21.一种时间同步方法，其特征在于，应用于时间敏感网络TSN的时间同步单元中，所述时间同步单元采用的TSN协议为时间同步协议；所述时间同步单元与所述时间敏感网络中的其他TSN协议单元连接，所述时间同步单元包括通用精确时间协议模块、时间切换输出模块；所述通用精确时间协议模块，包括至少一个时钟实例；所述方法包括：

通过所述时钟实例向所述时间切换输出模块输出实例时间信息；

通过所述时间切换输出模块接收所述实例时间信息，并基于所述实例时间信息进行平滑切换，得到时钟同步状态信息；其中，所述时钟同步状态信息用于表明所述通用精确时间协议模块内时钟的切换状态以及所述时钟对应的时间信息，以及用于指示所述其他TSN协议单元进行时间切换的方式和时机；所述切换状态用于表明所述时钟是否切换时钟源；所述时间信息用于表明所述时钟切换到的时钟源。

22.根据权利要求21所述的方法，其特征在于，所述时间同步单元还包括与所述通用精确时间协议模块连接的多域自动发送模块；所述方法还包括：

通过所述多域自动发送模块针对多个时间域自动发送指定类型的目标报文；其中，除所述目标报文之外的其他报文通过与所述时间同步单元连接的中央处理单元进行发送；所述目标报文的发送频率高于所述其他报文的发送频率。

23.根据权利要求22所述的方法，其特征在于，所述目标报文包括SYNC报文和Followup报文。

24.根据权利要求22所述的方法，其特征在于，所述时间同步单元还包括与所述通用精确时间协议模块连接的入处理模块；所述方法还包括：

通过所述入处理模块向所述通用精确时间协议模块输出SOF探测信号对应的以太网帧，以使所述通用精确时间协议模块对探测到所述SOF探测信的SOF时刻进行锁存。

25.根据权利要求24所述的方法，其特征在于，所述时间同步单元还包括与所述入处理模块连接的帧分析模块、与所述帧分析模块连接的域时间查询模块；所述方法还包括：

在所述帧分析模块检测到入方向需要处理的事件类型报文的情况下，通过所述域时间查询模块在所述至少一个时钟实例中确定与所述事件类型报文对应的目标时钟实例，并将所述事件类型报文对应的SOF时刻更新至所述目标时钟实例上。

26.根据权利要求25所述的方法，其特征在于，所述事件类型报文对应有目标域标识；所述在所述至少一个时钟实例中确定与所述事件类型报文对应的目标时钟实例，包括：

根据所述目标域标识在时间域标识与时钟实例之间的映射关系中进行查找，得到所述目标域标识对应的目标时钟实例。

27.根据权利要求25所述的方法，其特征在于，所述时间同步单元还包括与所述域时间查询模块、所述帧分析模块分别连接的入事件帧处理模块；所述方法还包括：

在所述帧分析模块检测到所述事件类型报文的情况下，所述入事件帧处理模块根据所述域时间查询模块输出的系统对外时间更新所述事件类型报文中的时间戳。

28.根据权利要求27所述的方法，其特征在于，所述时间同步单元还包括与所述入事件帧处理模块、所述通用精确时间协议模块分别连接的出事件帧处理模块；所述方法还包括：

在发送报文时，所述出事件帧处理模块向所述通用精确时间协议模块输出触发信号，以通过所述通用精确时间协议模块获取报文发送时间。

29.根据权利要求22所述的方法，其特征在于，所述时间同步单元还包括与所述通用精确时间协议模块连接的锁相环和守时模块；所述方法还包括：

通过锁相环和守时模块接收并行输出多个时间域校准后的频率信号和时间信号，以提供系统时钟或者线路时钟。

30.根据权利要求22所述的方法，其特征在于，所述时间同步单元还包括与所述通用精确时间协议模块连接的时间质量检测模块；所述方法还包括：

所述时间质量检测模块接收任一时钟实例的频率偏差信息和时间偏差信息，根据所述频率偏差信息和所述时间偏差信息对所述任一时钟实例进行时间质量的检测。

31.一种计算机可读存储介质，其特征在于，其上存储有时间同步程序，所述时间同步程序被处理器执行时实现根据权利要求21至30中任一项所述的时间同步方法。

32.一种网络设备，其特征在于，包括：至少一个处理器；以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行如权利要求21至30中任一项所述的时间同步方法。