自动驾驶汽车激光雷达如何做到与GPS时间同步?( 二 ) _GPS

（3）从端口向主端口发送Delay_Req报文，同步记录下Delay_Req发送的时间t3 。主端口收到报文后，记录下收到的时间t4 。
（4）紧接着主端口将t4时间放到Delay_Resp报文发送给从端口，从端口收到此报文后就可以解析出t4，并由此得到第一个方程式：t3+网络延时-时钟偏差=t4 。两个未知数，两个方程组，应用初中数学知识可以解出：网络延时=[(t2-t1)+(t4-t1)]/2，时钟偏差=[(t2-t1)-(t4-t3)]/2 。
gPTPgPTP（generalized Precision Time Protocol，广义精确时间同步协议），基于PTP（IEEE 1588v2）协议进行了一系列优化，形成了更具有针对性的时间同步机制，可以实现μs级的同步精度。
gPTP定义有两种设备类型，Time-aware-end Station和Time-aware Bridge 。每种设备都具有本地时钟，本地时钟都是通过晶振的振荡周期进行度量的，设备内部硬件计数器负责对振荡周期进行计数。设备中用来发布时间同步报文的网络端口称为主端口，用来接收时间同步报文的端口称为从端口。
（1）Time-aware-end Station，既可以作为主时钟，也可以作为从时钟。
（2）Time-aware Bridge，既可以作为主时钟，也可以作为桥接设备，类似交换机。桥接类设备在收到gPTP报文后，会请报文搓个澡，然后再送出去。而报文在桥接设备内搓澡消耗的时间，称为驻留时间。gPTP要求桥接设备必须具有测量驻留时间的能力。
下图展示了一个简单的gPTP系统，包含一个时钟源、1个主时钟，2个桥接设备，4个从时钟。主时钟是系统内的时间基准，一般具有更高精度的本地时钟，同时需要能够被高精度准时钟源授时。主时钟在系统内可以动态分配，也可以预先分配（对于车载固定拓扑应用场景，多采用预先分配的原则）。

文章插图
gPTP中规定的主时钟动态分配机制为BMCA(Best Master Clock Algorithm，最佳主时钟选择算法) 。系统上电唤醒之后，系统所有设备都可以通过发送一条报文来参与主时钟竞选，报文中含有各自设备的时钟信息。每一个参选设备都会比较自己的时钟信息和其它设备的时钟信息，并判断是否具有优势，如果不具有，则退出竞选，直到综合能力最强的武林盟主诞生。
02 同步过程gPTP定义有两类报文，事件类型报文（包括Sync、Pdelay_Req、Pdelay_Resp三条）和一般类型报文（包括Follow_UP、Pdelay_Resp_Follow_UP二条）。gPTP定义设备工作在网络七层模型中的第二层数据链路层的MAC（Media Acess Control，媒介访问控制）子层。
当设备MAC层接收或发送事件类型报文时，会触发对硬件计数器进行采样，从而获得时钟振荡周期计数值，结合时钟振荡频率及基准时间，可获得此时的时间戳。而一般类型报文仅用来携带信息，不会触发内部硬件计数器的采样操作。
时钟偏差测量gPTP定义的五条报文中，Sync和Follow_UP为一组报文，周期发送，主要用来测量时钟偏差。Sync由主端口发送，在报文离开主端口MAC层时，触发主端口记录此时的时间戳t1 。从端口MAC层收到Sync报文后会记录此时的时间戳t2 。随后，主端口将t1值附到Follow_UP报文里发送给从端口。

文章插图
如果没有网络传输延迟或延迟、可以忽略，则从端口将本地时钟值加上时钟偏差（t1-t2的值）就完成时间同步，也就没有后面的碎碎念了。但是对于μs级时间同步精度的gPTP来说，传输延迟显然无法视若不见。
传输延迟测量gPTP采用P2P（Peer to Peer）的方法来测量传输延迟。在P2P方法中，测量的是相邻设备间的传输延迟，报文不允许跨设备传输，这也就要求gPTP网络内的所有设备都需要支持gPTP功能。同时定义一组独立的报文专门负责传输延迟测量，分别为周期发送的Pdelay_Req、Pdelay_Resp和Pdelay_Resp_Follow_UP 。

文章插图
从端口首先发送Pdelay_Req报文，标志传输延迟测量的开始，在报文离开从端口MAC层时，触发从端口记录此时的时间戳t3 。主端口MAC层收到Pdelay_Req报文后会记录此时的时间戳t4，随后，主端口通过Pdelay_Resp报文将值t4发送给从端口，同时在Pdelay_Resp报文离开主端口的MAC层时，触发主端口记录此时的时间戳t5，从端口MAC层收到Pdelay_Resp报文后记录此时的时间戳t6 。随后，相同的套路，主端口通过Pdelay_Resp_Follow_Up报文将值t5发送给从端口。至此，一次传输延迟测量过程已经结束。在假设路径传输延迟是对称的前提下，可由如下公式计算相邻设备间的传输延迟。