来源;END china ADI公司 Jiang Wu | Robert Peloquin
简介
IEEE 1588标准诞生于2002年，主要定义网络分布式时钟的同步协议。测试与测量、电信和多媒体流处理等许多不同应用，都开始首选这种时钟同步方法。这种标准化时钟同步法成本效益高，支持异构系统，并可提供纳秒级同步精度。
本文介绍原版IEEE 1588-2002标准以及更新版本IEEE 1588-2008中的改进内容。由于IEEE 1588在一些目标应用中越来越重要，因此ADSP-BF5181Blackfin
嵌入式处理器中也集成专用硬件来支持IEEE 1588。本文将概要介绍其功能，并通过一个示例来展示利用ADSP-BF518处理器解决方案获得的时钟同步性能结果。
现在几点了？
大多数系统都需要利用本振来维护自己的时间概念。图1显示硬件和软件如何组合，在系统内产生时间信息。
图1. 本地计时
系统内的硬件和软件资源均可使用此时间信息。对于硬件，振荡器时钟会产生一个或多个物理时钟信号（时钟输出），并可利用这些时钟信号驱动或触发系统的其它部分。软件中维护的时间通常称为“系统时间”。系统时间可以用时钟脉冲数或秒/纳秒的形式表示。系统软件利用振荡器时钟脉冲数及其频率信息得出时间，并提供“应用程序编程接口”(API)函数，软件的其它部分可以使用这些函数检索并设置时间。如果需要绝对时间，则所提供的时间将与预定义时间点，即基准时间点相关联。
时钟同步
许多应用要求两台独立的设备以同步方式工作。如果每台设备仅依靠自己的振荡器，则各振荡器的特性与工作条件差异将会限制时钟同步工作的能力。一些简单可行的解决方案可以克服这些限制，包括：
所有设备共用一个物理振荡器。这种方法仅对距离很近的分布式系统可行；高频时钟信号无法实现长距离可靠传输。
所有设备均使用特性几乎完全相同的振荡器。由于很难获得几乎完全一样的振荡器，并确保性能不随时间飘移，因此这种方法不可行。更重要的是，各振荡器的工作条件并不相同。
如果所有设备均通过一个通信网络（例如以太网）互连，则这些设备可以通过网络交换时间消息，根据单个“主”时钟动态调整各自的时钟。利用传统的时间同步协议——“网络时间协议”(NTP)，系统中的每台设备根据它从NTP时间服务器获取的时间信息调整其时钟。然而，该协议只能实现毫秒级同步精度。
IEEE 1588定义了一个新协议，能够实现纳秒级同步精度。下面讨论该标准如何实现这种水平的时钟同步。
IEEE 1588有何作用
IEEE 1588标准定义了一种时间同步协议，适用于地理位置分散但通过某种通信技术（例如以太网）互连的设备。设备之间通过交换时序消息，从而保持相同的绝对系统时间（用秒和纳秒表示）。
要实现此目标，一个直观的方法是将一台具有“最佳”（最精确）时钟的设备指定为“主时钟”设备，让它向其它设备广播其时间。其它设备将会调整各自的时间，与主时钟所发送的时间保持一致。不过，这种解决方案也有几点不足：
主时钟设备无法以极短的间隔广播时间，因此“从”时钟设备必须使用自己独立的“低劣”振荡器，在主时钟设备的两次广播之间插入时间点。这将导致主时钟更新周期之间的同步精度下降。
广播路径难免存在延迟，延迟幅度取决于通信技术，例如物理信号沿导线从一台设备传输至另一台设备所需的时间。这种延迟会进一步扩大主时钟与各从时钟之间的失调。
主时钟设备与各从时钟设备之间的广播路径存在差异，这会进一步降低各从时钟设备之间的同步精度。
IEEE 1588要求通过测量路径延迟，解决第二个和第三个问题。它还要求待调整的从时钟与主时钟保持步调一致，从而减轻第一个问题。如果可能，使用更小的广播间隔和更高质量的振荡器，可以进一步减轻第一个问题。
IEEE 1588如何测量通信延迟
IEEE 1588-20022 定义了四种消息Sync、Followup、DelayReq和DelayResp，用来测量前向（主时钟至从时钟）和后向（从时钟至主时钟）路径的通信延迟。更新版本IEEE 1588-2008,3还提供其它机制，新增三种消息：PdelayReq、PdelayResp和 PdelayRespFollowup来测量“点对点延迟”。
这些消息中，Sync、DelayReq、PdelayReq和PdelayResp是所谓“事件”消息，在离开和到达一台设备时必须加上“时间戳”（记录本地时间）。给分组加上时间戳的方法有两种：
1. 消息由软件处理时出现软件时间戳。通常出现在消息的接收/发送“中断服务程序”(ISR)中，该时间戳为系统时间的当前值。
2. 消息实际到达或离开设备时出现硬件时间戳。该时间戳操作由硬件执行，硬件会维护自己的连续时间信息。
两种时间戳方法均为IEEE 1588所接受，但硬件时间戳的精度明显更高，如下文所述。