【摘 要】
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在通信领域高精度的时间同步就意味着高速的数据传输,随着5G基站的建设、5G网络的普及以及量子通信的发展,对时间同步的需求已达到纳秒级或亚纳秒级。已有的精确时间同步协议（PTP）虽然能够达到亚微秒级精度,但是对于时间同步需求达到数十纳秒或亚纳秒级的科研领域,PTP协议显然不能满足要求。因此,本文提出并实现了基于ZYNQ平台上的亚纳秒时间同步技术——White Rabbit技术（WR）。WR技术是在P
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在通信领域高精度的时间同步就意味着高速的数据传输,随着5G基站的建设、5G网络的普及以及量子通信的发展,对时间同步的需求已达到纳秒级或亚纳秒级。已有的精确时间同步协议（PTP）虽然能够达到亚微秒级精度,但是对于时间同步需求达到数十纳秒或亚纳秒级的科研领域,PTP协议显然不能满足要求。因此,本文提出并实现了基于ZYNQ平台上的亚纳秒时间同步技术——White Rabbit技术（WR）。WR技术是在PTP技术上的扩展,结合了同步以太网及数字双混频技术,通过对主从时钟链路间的非对称延迟持续的高精度测量校准,从而使时钟同步精度在PTP技术上提升一个量级,达到亚纳秒级。ZYNQ技术平台是ARM和FPGA相结合的全可编程片上系统;实现WR技术时可以在PL（Programmable Logic,可编程逻辑）中实现实时的WR技术堆栈,在具有硬化的ARM双核处理系统（PS）中运行嵌入式Linux系统。本主要设计工作如下:1、在研究了PTP协议、同步以太网技术以及数字双混频技术的原理后,建立了WR技术的链路模型,计算推导了链路延迟的不对称参数;2、选择Zynq XC7Z030芯片作为主控芯片,在PL中用硬件描述语言（VHDL）实现物理网关及WRPC关键技术,同时结合AXI总线的可编程逻辑架构,实现PS端和PL端中的IP核通信;3、在PS中移植Linux系统及WRPC驱动,在Linux系统下开发并实现WR技术的上层协议及相关自定义逻辑模块;4、最后通过主从时钟模块输出秒脉冲信号（PPS）,精确测试出主从时钟同步的时间差在1ns以内,实现了亚纳秒的时间同步精度。综上,本文利用ZYNQ ARM+FPGA全可编程的芯片架构实现了亚纳秒时间同步,避免了为实现WR技术的上层协议牺牲FPGA逻辑资源,为将来拓展亚纳秒时间同步系统的功能需求提供了新的设计方案。
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