J6X timesync sample

1. 功能概述¶

本文主要以J6X Matrix板子为例，介绍四个适用于不同场景的时间同步方案，包括单时间域方案和双时间域方案。目前MCU主线默认支持的是时间源接入J6 MCU的单时间域方案。

注意：由于gPTP需要在AUTOSAR BSW中实现，因此对于不包括AUTOSAR BSW的地平线交付软件，本文列举的gPTP功能需要客户自行实现，地平线不负责交付。 此外，实际芯片存在多个网卡，本文sample重点以网卡0中的phc0为例进行说明，其他网卡以此类推。

1.1. 软件架构说明¶

1.1.1. 时间源接入MCU的单时间域方案¶

上图时间同步流程总结如下：

• 外部gptp master设备作为整个J6X的时间源；

• 首先通过MCU侧gptp时间同步将gptp master的时间同步给MCU侧的Stbm(PHC)，该过程持续进行；

• gptp master的时间同步给Stbm(PHC)之后，MCU timesync软件将该时间同步给RTC；

• 接下来Acore timesync_sample软件将RTC时间同步到Acore网卡和Linux系统时间。

特性说明：

• RTC硬件实体位于MCU侧，Acore可以通过影子寄存器读取到MCU RTC时间，但是没有写权限；

• RTC支持给图中的CIM和CAN打硬件时间戳；

• Acore 网卡可以发出PPS，触发LPWM进行曝光同步。

1.1.2. 时间源接入Acore的单时间域方案¶

上图时间同步流程总结如下：

• 外部gptp master设备作为整个J6X的时间源；

• 首先通过ptp4l软件将gptp master的时间同步给Acore侧的网卡；然后通过phc2sys将网卡时间同步给Linux系统时间，该过程持续进行；

• 接下来通过Acore timesync_sample软件将网卡时间同步给MCU侧RTC和Stbm(PHC)。

特性说明：

• RTC支持给图中的CIM和CAN打硬件时间戳；

• Acore 网卡可以发出PPS，触发LPWM进行曝光同步。

1.1.3. 时间源接入MCU的双时间域方案¶

上图时间同步流程总结如下：

• gptp master作为整个J6X的时间源；

• gptp master的时间首先通过gptp同步到MCU的Stbm(PHC)，该过程持续进行；

• gptp master的时间同步给Stbm(PHC)之后，MCU侧timesync软件将Stbm(PHC)的时间同步给RTC，该过程只同步一次；

• 之后，Acore timesync_sample软件一边将Stbm(PHC)的时间同步给Acore Linux系统时间，一边将RTC时间同步给Acore网卡时间。

特性说明：

• RTC硬件实体位于MCU侧，Acore可以通过影子寄存器读取到MCU RTC时间，但是没有写权限；

• RTC支持给图中的CIM和CAN打硬件时间戳；

• Acore 网卡可以发出PPS，触发LPWM进行曝光同步。

1.1.4. 时间源接入Acore，MCU使用xgmac时间的同步方案¶

上图时间同步流程总结如下：

• gptp master作为整个J6X的时间源；

• gptp master的时间首先通过gptp同步到Acore xgmac；

• gptp master的时间同步给Acore xgmac之后，MCU侧timesync软件将xgmac的时间同步给Stbm(Gpt)。

特性说明：

• xgmac硬件实体位于Acore侧，MCU可以通过影子寄存器读取到xgmac时间。

1.2. 代码位置及目录结构¶

2. Acore编译¶

2.1. 编译环境¶

2.2. 编译说明¶

3. MCU编译¶

3.1. 编译环境¶

3.2. 编译说明¶

• 对于编译product（product镜像是指完整的AUTOSAR产品镜像，需要您根据自己的工程场景自行补充BSW/RTE/SWC等相关源码）

3.3. 注意事项¶

地平线提供的MCU镜像中默认没有打开ptp至RTC连续同步的功能，而是默认ptp至RTC只同步一次时间，这是通过宏 PRODUCT_IMAGE 的定义实现的。这部分的配置在 Service/TimeSync/src/Hobot_TimeSync.c 文件中，内容如下：

如果需要打开 ptp 至 RTC 连续同步的功能，在 Hobot_TimeSync.c 文件开头处 undef 宏 PRODUCT_IMAGE。用户可以根据自己需要只保留一组自己需要的配置，时间同步其他场景的配置也是同理。

4. 运行¶

4.1. 支持平台¶

MatrixV1P1 J6P/H

4.2. 板端部署及配置¶

需要做好如下准备工作：

• 烧写好支持MCU侧时间同步服务的MCU固件。

• 若需要运行gptp时间同步，需要保证网络连通。

• 为了防止Linux操作系统自带时间同步服务产生干扰，需要执行如下命令关闭Linux自带时间同步服务。

4.3. 运行指南¶

注意，如下Log仅供参考，用户实际运行的Log和本文Log可能会有一些小差异，以实际运行为主。

4.3.1. 时间源接入MCU的单时间域方案¶

MCU侧通过宏PRODUCT_IMAGE默认关闭了ptp至RTC连续同步的功能，详细修改方式请参考上述注意事项章节。

刷写启动后，在Linux控制台执行如下命令，第一条命令设置log等级，允许输出打印到控制台。第三条命令启动时间同步程序，将MCU RTC时间同步到Acore系统时间和网卡时间。

关键参数说明：

-s 1：同步系统时间（默认）； -s 0：不同步系统时间

-e 1：使用调频机制（默认）； -e 0：使用调幅机制

-p 1：同步网卡1的时间； -p 0：同步网卡0的时间（默认）

-w：设置Linux系统时间误差的报警阈值（默认值1000000，单位：ns）

-n：设置网卡时间误差的报警阈值（默认值100000，单位：ns）

注意：开启调频伺服控制后，PI算法会被启用进行频率调节，实现高精度时间同步并防止时间回退或者跳变。如果时间源跳变幅度较大，用户可能需要修改sample代码中的比例增益Kp和积分增益Ki防止调节过冲或者过缓。

Acore 时间同步log如下：

Acore log说明：

“snapshot”字段为MCU网卡发出PPS秒脉冲时各个clock对应的硬件时间戳；“PPS fetch infobuf time”字段为Acore PPS驱动捕获到的系统时间； “offset”字段为Acore系统时间、网卡时间与MCU侧RTC的时间差。

注意：

上述命令通过PPS机制抓取网卡时间、RTC时间、Linux系统时间在同一时刻的时间戳，计算出offset后对网卡时间和Linux系统时间进行校准，从而将RTC时间持续同步到另外两个clock。注意，当操作系统处于极端负载时， 由于网卡通过硬件自动抓取时间戳，因此其精度不受到系统中断响应延迟影响。但是Linux系统时间为抽象出来的软件时间，由PPS驱动在中断服务程序里面抓取时间快照，因此在大压力下受到中断响应延迟影响存在误差。

优化方法：通过执行“./timesync_sample -p 0 -e 0 -s 0 -w 1000000 -n 100000”命令将RTC时间先同步到网卡时间，然后通过执行“phc2sys -c CLOCK_REALTIME -s eth0 -O 0 -m”命令再将网卡时间同步到系统时间。

MCU时间同步log如下：

此外还有EthTSyn模块的调试log：

EthTSyn的log会在每次接收到ptp报文的时候出现，和时间同步的log没有固定的顺序关系。

MCU log说明：

“TimeKeeperRTC and TimeKeeperStbmPhc Offset” 表明 RTC 使用 Stbm(PHC) 时间同步时的offset。

“EthTsyncSlave Diff” 表示是时间同步的offset；“0: 0 0 638” 分别对应 “负数：secondsHi=0，seconds=0， nanoseconds = 638”, 即时间同步offset为-638ns。

“Stbm(PHC) Time”表示Stbm(PHC)时间；“0 1706384759 571938043” 分别对应 “secondsHi=0，seconds=1706384759， nanoseconds = 571938043”。

“Rtc Time” 表示RTC时间。

“ptp ori_t: 0 946686871s.707313482ns, cor_t: 0 0s.125718394ns” 表示从ptp报文获取的原始时间和偏移校正时间，分别对应“ptp 原始时间：secondsHi=0，seconds=946686871 nanoseconds = 707313482， 校正时间：secondsHi=0，seconds=0 nanoseconds = 125718394”。ptp的原始时间和校正时间两者之和就是ptp报文传递的真实时间。

注意，实际交付的软件不包含gPTP功能，此处EthTSync 和 Stbm(PHC)相关的打印，仅为地平线内部功能演示。

4.3.2. 时间源接入Acore的单时间域方案¶

MCU侧在Service/TimeSync/src/Hobot_TimeSync.c代码中进行如下配置修改：

MCU侧的修改需要注意 PRODUCT_IMAGE 宏的影响，详细内容请参考上述注意事项章节。

此外，还应该注意的是，此方案中MCU不应该作为Slave接入EthTSyn服务或者CanTSyn服务，否则会造成Stbm(PHC)时间异常。

目前MCU工程默认配置是作为Slave接入EthTSyn服务，因此需要在MCU侧的HorizonBswTask.c文件进行如下修改：

• 在Target/Target_J6PH/Target-hobot/target/HorizonBswTask.c文件（请根据具体工程查找对应路径）中删除EthTSyn_MainFunction函数。如果没有该函数请忽略即可。

刷写启动后，执行如下命令，第一条命令设置log等级，允许输出打印到控制台；第二条命令启动ptp时间同步，将外部ptp master时间同步到Acore网卡； 第三条命令将网卡时间同步到Linux系统时间；第五条命令启动时间同步程序，将Acore网卡时间同步给MCU侧RTC和Stbm(PHC)。

关键参数说明：

-p 1：同步网卡1的时间； -p 0：同步网卡0的时间（默认）

-r：将Acore网卡时间同步给MCU RTC时间

Acore时间同步log如下：

Acore log说明： “snapshot”字段为MCU网卡发出PPS秒脉冲时各个clock对应的硬件时间戳； “PPS fetch infobuf time”字段为Acore PPS驱动捕获到的系统时间； “timesync ipc send data succeed”提示说明Acore网卡时间戳成功发送给MCU，由MCU侧进行时间同步，时间同步质量在MCU侧查看。

MCU时间同步log如下：

此外还有EthTSyn模块的调试log：

EthTSyn的log会在每次接收到ptp报文的时候出现，和时间同步的log没有固定的顺序关系。需要注意的是，Acore的单时间域方案中，MCU不从EthTSyn获取时间。因此可以忽略EthTSyn的log。

MCU log说明：

“Get Time From Acore success” 表明 MCU 从 Acore 拿时间成功。

“TimeKeeperRTC and TimeKeeperIPC Offset” 与 “TimeKeeperStbmPhc and TimeKeeperIPC Offset”，分别表明在同步时，RTC 和 Stbm(PHC)分别使用IPC时间同步时的offset。

“ptp ori_t: 0 946686871s.707313482ns, cor_t: 0 0s.125718394ns” 表示从ptp报文获取的原始时间和偏移校正时间，分别对应“ptp 原始时间：secondsHi=0，seconds=946686871 nanoseconds = 707313482， 校正时间：secondsHi=0，seconds=0 nanoseconds = 125718394”。ptp的原始时间和校正时间两者之和就是ptp报文传递的真实时间。

注意，实际交付的软件不包含gPTP功能，此处EthTSyn 和 Stbm(PHC)相关的打印，仅为地平线内部功能演示。

4.3.3. 时间源接入MCU的双时间域方案¶

MCU侧在Service/TimeSync/src/Hobot_TimeSync.c代码中进行如下配置修改：

MCU侧的修改需要注意 PRODUCT_IMAGE 宏的影响，详细内容请参考上述注意事项章节。

MCU侧在Service/TimeSync/src/TimeKeeper_RTC.c代码中进行如下配置修改：

刷写启动后，执行如下命令，第一条命令设置log等级，允许输出打印到控制台。第三条命令启动时间同步程序，将MCU侧RTC时间和Stbm(PHC)时间分别同步到Acore网卡时间和系统时间。

关键参数说明：

-s 1：同步系统时间（默认）； -s 0：不同步系统时间

-b：将MCU侧Stbm(PHC)时间同步到Acore Linux系统时间

-e 1：使用调频机制（默认）； -e 0：使用调相机制

-p 1：同步网卡1的时间； -p 0：同步网卡0的时间（默认）

-w：设置报警误差阈值（默认值1000000，单位：ns）

-n：设置网卡时间误差的报警阈值（默认值100000，单位：ns）

Acore时间同步log如下：

Acore log说明：

“snapshot”字段为MCU网卡发出PPS秒脉冲时各个clock对应的硬件时间戳； “PPS fetch infobuf time”字段为Acore PPS驱动捕获到的系统时间； “get ipc timesync pack succeed”说明成功从MCU侧获取到IPC报文，里面包含Stbm(PHC)时间和RTC时间； “offset”字段为Acore系统时间、网卡时间与MCU侧Stbm(PHC)时间、RTC的时间差。

MCU侧进行时间同步，时间同步质量在MCU侧查看。

MCU时间同步log如下：

此外还有EthTSyn模块的调试log：

EthTSyn的log会在每次接收到ptp报文的时候出现，和时间同步的log没有固定的顺序关系。

MCU log说明：

“EthTsyncSlave Diff” 表示是时间同步的offset；“0: 0 0 148” 分别对应 “负数：secondsHi=0，seconds=0， nanoseconds = 148”, 即时间同步offset为-148ns。

“Stbm(PHC) Time”表示Stbm(PHC)时间；“0 1706307649 762085354” 分别对应 “secondsHi=0，seconds=1706307649， nanoseconds = 762085354”。

“Rtc Time” 表示RTC时间。

“Send IPC REF”表示MCU通过IPC 将Stbm(PHC)的时间发给了Acore。

“ptp ori_t: 0 946686871s.707313482ns, cor_t: 0 0s.125718394ns” 表示从ptp报文获取的原始时间和偏移校正时间，分别对应“ptp 原始时间：secondsHi=0，seconds=946686871 nanoseconds = 707313482， 校正时间：secondsHi=0，seconds=0 nanoseconds = 125718394”。ptp的原始时间和校正时间两者之和就是ptp报文传递的真实时间。

注意，实际交付的软件不包含gPTP功能，此处EthTSyn 和 Stbm(PHC)相关的打印，仅为地平线内部功能演示。

4.3.4. 时间源接入Acore，MCU使用xgmac时间的同步方案¶

MCU侧在Service/TimeSync/src/Hobot_TimeSync.c代码中进行如下配置修改：

MCU侧的修改需要注意 PRODUCT_IMAGE 宏的影响，详细内容请参考上述注意事项章节。

刷写启动后，需要确认Acore侧对应网卡已启动。如果对应网卡未启动，需要用以下命令进行启动。

MCU时间同步log如下：

此外还有EthTSyn模块的调试log：

EthTSyn的log会在每次接收到ptp报文的时候出现，和时间同步的log没有固定的顺序关系。需要注意的是，此方案中，MCU不从EthTSyn获取时间。因此可以忽略EthTSyn的log。

MCU log说明：

“TimeKeeperStbmGpt and TimeKeeperXgmacShadow Offset” 表明在同步时，Stbm(Gpt)使用xgmac时间同步时的offset。

注意，实际交付的软件不包含gPTP功能，此处EthTSyn 和 Stbm(Gpt)相关的打印，仅为地平线内部功能演示。