AutoSAR中的时钟同步机制

ZHAOHUI 2023-09-27 发布于上海

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Fig 1

AutoSar CP中的时间同步部分主要由Stbm，TimeSyncOverEth和底层的以太网模块组成。

底层的以太网模块主要负责收发报文和时间戳。

如果系统设计决定使用网卡NIC的时钟作为全局的时钟源，则网卡硬件需要在Sync等报文进出网口的时候，使用自身的时钟给这些报文打时间戳，并把这些时间戳提供给上层的TimeSyncOverEth。

要注意这里打时间戳不是说把时间戳打到Sync等报文上。而是记录下这个时间点，并通过别的接口单独提供给TimeSyncOverEth

系统设计不使用网卡NIC的时钟作为全局时钟源的情况暂时不讨论。

Stbm和TimeSyncOverEth模块共同完成1588或802.1as协议。总的来说，TimeSyncOverEth偏重于报文的收发和从报文中计算出时间值。Stbm偏重于将TimeSyncOverEth计算出来的时间和ECU的具体结合。

Fig 1展示了这些模块之间的关系，Eth NIC负责通信和使用自身的HwClock对报文打时间戳。同时VirtualLocalTime也可以使用Eth NIC中的HwClock作为时钟来源。Virtual Local Time中的HwCounter会从Eth NIC中读取HwClock的值。SwCounter的作用就是扩展HwCounter的计数范围，所以基本上将Virtual Local Time中的SwCounter和HwCounter一起看作一个大寄存器就好了。

注意VirtualLocalTime和NIC中的HwClock都没有具体的UTC时间信息，只是简单的timer读数。

TimeSyncOverEth模块收到各个报文后，根据Sync中的时间值，FollowUp中的correction和相应的Pdelay值，计算出真实的时间值，并把这个时间值和相应的时间戳（即相应的Sync报文到达网口的时候NIC记录下的timer读数）给到Stbm。计算过程详见1588/802.1AS。

Fig 2

Stbm的内部逻辑可综合参考Fig 1和Fig 2。我觉得我画的Fig 1比autosar的Fig 2更容易理解一点。

Stbm内部主要的概念有三个，一个是Virtual Local Time，一个是Synchronized Time Base，一个是Offset Time Base。

上面已经说过，Virtual Local Time没有具体的UTC时间，只是一个软硬结合的大计时器，只能用来记录时间的流逝（也就是计时器读数的增长），而不能表示具体的时间。

具体的UTC时间的表示是Synchronized Time Base和Offset Time Base维护的。其中Offset Time Base的时间是从Synchronized Time Base的时间加上一个offset得到的，其余没有什么特别。所以初步理解的时候主要看Synchronzied Time Base。下面简称Time Base。

Autosar的Stbm允许维护32个不同的Time base，主要是备份用。在系统层面，一个Timebase会对应系统中的一个Time domain。

各个Timebase的主要任务就是维护Virtual Local Time和具体的UTC时钟之间的关系。不同的time base会和不同的time master同步，不同的time master频率不一样，所以不同time base对时间的“理解”也不一样。这里的“理解”包含两个意思，一个是时间的绝对值，一个是时间走的快慢。比如，time base 1认为virtual local time +10，UTC时间就+1ms，time base 2认为virtual local time +12，UTC时间+1ms。这样的区别是因为time base 1和time base 2同步到了不同的time master上了。

Fig 3

Fig 3对于理解Stbm的工作原理更有帮助。

在Fig 3中可以看到，NIC在timer读数=8的时候收到了Sync报文，最终TimeSyncOverEth将“time = 10.11，LocalTime = 8”这样的信息给到了Stbm。所以现在Stbm的TimeBase1知道，“在Virtual Local Time =8（同时NIC HwClock也是8）的时候，实际时间是10.11”