基于VN5650的GPTP硬件授时功能

随着以太网技术在汽车电子领域的深入应用，时间敏感网络（Time-Sensitive Networking，TSN）技术也逐渐被广泛采用。TSN是一个庞大的协议簇，最初由AVB（Audio Video Bridging）任务组制定，后由TSN任务组继续完善，目标是确保以太网能够提供确定性通信服务（如时间同步、调度、冗余等）。在TSN协议体系中，gPTP（generalized Precision Time Protocol）负责时间同步部分，对应的标准是IEEE 802.1AS。gPTP基于IEEE 1588（PTP）制定，更准确地说，gPTP是面向以太网/局域网场景的受限且带扩展的PTP配置文件（profile），而非简单的“子集”。

在设备角色上，PTP定义了Ordinary Clock（普通时钟）、Boundary Clock（边界时钟） 和Transparent Clock（透明时钟）等多种实例；而gPTP采用Time-Aware End Station（时间感知端站）与Time-Aware Bridge（时间感知桥）模型：端站在功能上大体对应PTP 的Ordinary Clock，桥在功能上类似受限的Boundary Clock；同时，gPTP不采用Transparent Clock模式，而是统一使用点到点（P2P）的链路时延测量与专用的最佳主时钟算法（Best Master Clock Algorithm，BMCA）选主机制，以满足汽车以太网对时频/相位一致性的严格要求。

01VN5650同步模式

在之前的驱动版本中，VN5650就已支持PTP同步。将驱动升级至最新后，用户可以在Vector Hardware Manager（VHM）看到新增用于配置gPTP硬件授时的Time Sync页面。两种同步有着不同的应用场景：

>PTP同步：和软件同步/硬件同步等方式类似，PTP同步的目的是用于Vector硬件之间的同步，为了确保在同时使用多个硬件设备时有一个公共的时钟，同步精度可达1微秒。在仅有单个Vector硬件设备的情况下无需使用。

>gPTP同步：新增的gPTP同步功能则是用于被测设备的以太网拓扑网络中。当以太网拓扑中需要一个gPTP时钟，VN5650就可以充当这样的角色，作为Switch接入该网络中。该功能属于VN5650硬件层面的功能，可脱离应用软件（如CANoe）直接配置使用。

02gPTP同步配置方法

1.添加测量端口

在VHM的以太网网络配置页面添加一个Switch Segment，并为Switch添加两个物理端口：

2.选择时钟类型

切换至Time Sync页面，此处可根据需求选择gPTP Clock或是AUTOSAR Clock：

>gPTP Clock：遵循IEEE 802.1AS规范，使用BMCA动态选择最优主时钟。

>AUTOSAR Clock：IEEE 1588和IEEE 802.1AS本身并不是为了满足汽车领域的需求而制定的，AUTOSAR Clock在IEEE 802.1AS基础上结合汽车领域的静态框架应用场景设计，去掉了BMCA等机制，报文添加了一些TLV字段（支持VLAN以Domain Number设置）。

3.添加gPTP端口

添加gPTP Clock后，需再添加一个Transmitting Port（匹配到Switch的一个物理端口）和一个Receiving Port（匹配到Switch的一个另物理端口）。

>Transmitting Port：一个Clock中可添加多个Transmitting Port，该端口作为timeTransmitter，用于连接gPTP设备的Slave Port。如果Clock没有配置任何Transmitting Port，则表示Clock作为Ordinary Clock使用。

>Receiving Port：一个Clock中最多添加一个Receiving Port，该端口作为timeReceiver，用于连接gPTP设备的Master Port。如果Clock没有配置Receiving Port，该Clock将成为Grandmaster。

4.同步成功的状态

正确连接物理端口和外部设备后，切换VHM至视图模式，Time Sync页面中的gPTP Clock右上角显示为绿色时钟图标即意味着同步成功。下图中配置成Trasmitting Port的物理端口（Port4）连接了外部gPTP Slave，配置成Receiving Port的物理端口（Port8）连接了外部gPTP Master。

03gPTP通信观测

启动CANoe的测量，打开Trace窗口观察经由Port8和Port4进站出站的报文。

>观测Sync和Follow Up消息：

这里的gPTP master为Two-step时钟，Follow Up记录了Sync消息的发送时间。Port8上会收到由真实的gPTP Master周期发送的Sync和Follow Up消息。Port4发送Follow Up消息给真实的gPTP Slave时会自动在Correction Field字段添加驻留时间（residence time）。

>观测Pdelay Req和Pdelay Resp消息：

Port8会发起链路延迟的测量，发送Pdelay Req消息：

Port4则会回复Pdelay Resp和Pdelay Resp Follow Up消息：

04CANoe的gPTP仿真/测试功能

除此之外，此前CANoe的AVB_IL就在软件层面支持gPTP仿真，配合VN5000系列硬件也可以实现一些gPTP的协议测试。和上文介绍的VN5650的gPTP硬件授时的区别如下：

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