PTP精確時間協(xié)議概述

1. 什么是PTP？

PTP（精確時間協(xié)議，Precision Time Protocol）通常指的是 IEEE 1588-2008 版本，是該協(xié)議的第二個發(fā)布版本，且與2002年的版本不兼容。PTP 描述了一種在基于數(shù)據(jù)包的網(wǎng)絡（例如以太網(wǎng)）上分發(fā)時間信息的機制，包括相位、頻率和絕對時間的同步。該機制允許數(shù)據(jù)的傳輸與時間的同步在同一網(wǎng)絡中進行，能夠實現(xiàn)亞微秒級的時間同步精度，并通過最佳主時鐘算法（BMCA）確定主時鐘的優(yōu)先級。

2. 為什么選擇PTP協(xié)議而非其他協(xié)議？

① 相較于PPS（每秒脈沖）：

PPS需要專用的同步網(wǎng)絡，且路徑延遲需手動配置，無法提供絕對時間。它以每秒輸出一次高電平信號的形式存在，不包含具體的日期和時間信息，脈沖寬度通常為100毫秒。通常，GPS模塊可輸出PPS信號，這種信號與通過晶振（OCXO）或銣鐘獲得的穩(wěn)定頻率一起，構成整個系統(tǒng)的主時鐘。在自動駕駛場景中，當車輛進入隧道失去GPS信號時，可以依靠鎖相鐘維持頻率，并在GPS信號恢復后進行校準，PPS和PTP常常結合使用。

② 相較于IRIG-B（相對范圍儀器組時間碼）：

IRIG-B信號以編碼的TTL形式攜帶絕對時間。與每秒脈沖信號相似，IRIG-B并非每秒輸出單個均勻脈沖，而是以構成一秒長的數(shù)據(jù)幀的編碼位進行發(fā)送，每秒傳輸100位時間幀，每個幀位代表一個10毫秒的時間周期。IRIG-B同樣需要專用同步網(wǎng)絡，路徑延遲也必須手動調(diào)節(jié)。

③ 相較于NTP（網(wǎng)絡時間協(xié)議）：

在NTP中，客戶端向NTP服務器發(fā)起時間請求，并計算鏈路延遲和本地時鐘偏移，從而調(diào)整本地時鐘以與服務器同步。與PTP相比，NTP的精度較差，通常能達到5毫秒以內(nèi)的精度，對于一般應用場景已足夠，但對于自動駕駛傳感器的融合以及電力和電信行業(yè)的應用來說，仍顯不足。

3. PTP的局限性

PTP需要硬件支持，工程中所有設備必須支持PTP協(xié)議。由于需要精確計算時間延遲，這通常在MAC層或PHY層進行處理。因此，要實現(xiàn)高精度，網(wǎng)卡必須具備支持PTP的硬件。

例如，TI的DP83630和常見的DP83640芯片支持1588 V2標準。這些PHY芯片的速率一般在100MHz甚至更高，如Nvidia的Xavier NX使用的Marvell 88E1512P或Realtek RTL8211，支持千兆速率。要用到PTP協(xié)議，需要適當?shù)挠布С帧?

4. PTP的應用場景

① 自動化與控制：

用于多軸驅動系統(tǒng)的同步或周期性操作子系統(tǒng)的協(xié)同工作。

② 分布式數(shù)據(jù)采集：

在基于網(wǎng)絡的分布式系統(tǒng)中進行時間相關性分析并記錄時間戳（例如自動駕駛）。

③ 電力系統(tǒng)：

在發(fā)電、輸電和配電過程中，用于控制開關操作和重組網(wǎng)絡活動及事件；此外，在電信網(wǎng)絡中，例如在手機與不同基站切換時的同步。