PPS Tester测量原理和实施方法

怿星科技发布了新品PPS Tester,这是一款基于1PPS方法的时间同步精度测试设备。PPS Tester由硬件模块ETS2110和上位机软件ePPSTester构成。本文将围绕此设备的应用场景,介绍相关概念和设备使用方法。

什么是时间同步?

时间同步就是采取某项技术措施对网络内各节点的时钟实施高精度“对表”。

为什么车载网络需要时间同步?

某些功能场景需要相关ECU在一致时间下协同工作,如智能汽车传感器数据融合、驾驶数据云端上传、远程监控和诊断。

车载网络时间同步精度要求?

gPTP是车载以太网实现时间同步的主要技术手段,IEEE标准规定7跳内设备之间同步精度可达到±500ns。欲达到此精度,设备硬件和执行软件需要满足一定的条件。不同的汽车功能场景,同步精度需求不同,过高的同步精度需求会提高开发和实施成本,因此,没必要追求过高的同步精度。

怎么测量时间同步精度?

Avnu测试规范推荐了三种测试方法,如下表。可以看出三种测试方法各有利弊,PPS tester基于1PPS方法实现时间同步精度测试,并克服了使用示波器进行测试的部分缺点。

方法

原理

优势

缺陷

1PPS

被测件在整数秒输出PPS脉冲信号,比较秒脉冲上升沿相位差,即可得到被测件同步精度

○ 成熟的测试方法,测试简单

○ 测试只需要示波器

○实施此测试方法,容易引入固定误差

○ 需要硬件支持PPS输出

○ 被测件需要尽可能接近

○ 使用示波器,不适用于大规模测试

Ingress Method

使用Signaling报文报告最近一次收到Sync报文时的全局时间或同步精度

○ 利用已有的网络实时测试

○ 除报告测试结果外,不需要额外的实施手段

○ 同步精度取决于接收Sync报文的时刻

○ 从节点存在报告虚假结果的可能

Reverse Sync

从节点发送反向Sync报文,测试设备计算链路延迟,并根据反向Sync报文计算从节点同步精度

○ 测试设备计算同步精度,不依赖于从节点的报告

○ 利用已有的网络进行测试

○ 可以应用于集成交换机设备的测试

○ 不需要额外的报文格式,可以利用现有的Sync发送代码

○ 需要从节点或交换机支持多时钟域,发送反向Sync报文

○ 系统测试实现方式复杂

○ 需要专用测试设备

1PPS测量方法?

参与时钟同步的ECU在整数秒控制PPS硬件管脚输出PPS脉冲信号,比较从节点与主节点PPS信号上升沿的差值,即可得到各从节点的同步精度。

PPS tester测试 VS 示波器测试

车载网络时间同步系统被测节点数量可达20+,示波器物理通道一般为4路,少数昂贵示波器能够达到8通道,无法满足车载网络系统级测试需求;PPS tester提供24路PPS信号采集通道

▪ 为了实现高精度测试,示波器时间标尺一般为微秒级甚至是纳秒级,而由于示波器存储深度的限制,示波器很难实现长时间高频率信号采集和数据存储,无法实现同步精度的稳定性测试;PPS tester支持24h连续采样,并且实时记录原始采集数据

▪ 从节点与主节点的上升沿相位差,需要测试人员通过手动移动光标,读取各通道光标之间时间差计算得出,人工读取难免有读数误差,需要测试人员进行重复测量和统计,以得到更准确的结果;人工参与度高,无法做到自动化测试;少数高级示波器具备信号自动触发和测量功能,但是价格昂贵;PPS tester能够实时计算和统计同步精度,设备测试精度高达±8ns;同时能够处理信号异常,如信号错误、信号丢失

PPS tester设备使用方法

实施测试前需要调研ECU信息,作为测试输入,示例如下:

序号 

ECU名称

 脉冲宽度(ms

 PPS信号电压(v)

是否主节点

同步精度限值(ns)

硬件通道号 

1

CCU

100

3.3

300

CH1

2

FZCU

100

3.3

300

CH2

3

LZCU

200

5

300

CH5

4

RZCU

200

5

300

CH6

按照下图连接测试系统:

▪ 电源线接12V DC稳压电源,为ETS2110设备供电;

▪ 网线连接计算机,并配置电脑IPv4地址与ETS2110同网段地址,实现ETS2110和ePPSTester的通信;

▪ 按照测试前提表中分配的通道,采集线连接ECU PPS信号输出管脚;

打开ePPSTester上位机软件,新建并保存工程;依据测试前提表,对通道和参数进行配置;同时网络连接设备,下发配置:

点击"开始"测试按键,启动测试,实时监测PPS脉冲信号、同步精度和各通道的统计分析数据

点击"停止"测试按键,测试结束,生成同步精度直方图和测试报告。

  ▪ 同步精度直方图,统计各ECU同步精度的分布情况

  ▪ 测试报告,统计各通道同步精度极值、超限情况以及信号异常

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