智慧型駕駛資料網路時間同步（ptp時鐘伺服器）分析
隨著汽車電子的日益複雜化以及汽車電子電氣架構(eea)的公升級，人們對於聯網智慧型汽車的需求也在逐步上公升，大量先進技術往汽車上應用，如高階駕駛輔助系統(adas)、自動駕駛等，這些新技術也對車載網路的頻寬有了更高的要求。從而使用乙太網技術及**域控制（domain）和區域控制（zonal）架構是下一代車載網路的發展方向。
然而對於自動駕駛技術的實現，涉及到感知、規劃、執行三個層面。由於車輛行駛在未知動態環境中，需要事先構建出環境地圖並在地圖中進行自我定位，這其中涉及到各感測器資料的精確時間同步。然後根據感測器捕獲的原始資料和已有環境場景，規劃車輛從乙個位置到另乙個位置的路徑。最後控制系統發出訊號控制車上的電機或者液壓執行器執行相應的動作。
一、感測器資料同步原理
通過設定唯一的時鐘主機給各類感測器提供相同的基準時間。但是由於各感測器裝置時鐘晶振及資料傳輸路徑不同，需要根據提供的基準時間校準各自的時鐘時間，實現時間同步。最後根據校準後的時間為採集資料加上時間戳資訊，這樣就可以保證同一時刻採集相同的環境資訊。
圖1：感測器時鐘同步原理
那麼，怎麼解決各感測器裝置由於時鐘晶振及資料傳輸路徑等不同，怎麼根據基準時間校準自己的時間？可以使用ptp/gptp協議解決各感測器裝置時間同步的問題！
二、ptp/gptp時鐘同步協議介紹
ptp/gptp時鐘同步協議是基於資料報的時間同步協議。資料傳輸和時間同步使用同一網路，它描述了如何在基於資料報網路(比如乙太網)上分配同步時間(相位、頻率和絕對時間)的機制。時鐘精度達到亞微秒級。
三、相關名詞及概念
▼時鐘節點
構成時間域的各節點稱為時鐘節點。比如自動駕駛數採套件上的各類感測器。協議定義以下三類:
表1：時鐘節點型別圖2：邊界時鐘與透明時鐘區別
▼時鐘節點埠
表2：埠狀態
▼報文型別
表3：報文型別
▼傳輸延遲機制
協議中定義了兩種機制用來測量時間節點埠之間的傳輸延遲。
表4：傳輸延遲機制
p2p機制優化了e2e在實際情況存在網路不對稱造成的誤差。那是不是我們就盡量p2p機制呢？顯然不是！p2p機制要求交換節點都能支援tc或bc模式，否則無法識別和響應pdelay報文，系統內存在大量普通交換機，採用e2e是更好的選擇。
四、時鐘同步原理及傳輸延遲機制區
▼時鐘同步原理
協議的正常執行分為兩個步驟：
建立主從層次；
所有普通時鐘埠通過announce報文和最佳主時鐘(bmca)演算法來建立主從同步層次，處於從狀態與處於主狀態的埠進行同步。在域中，每個埠檢查該埠上接收的所有「announce」訊息的內容,與普通時鐘或邊界時鐘相關埠資料集的內容相比較，以確定時鐘的每個埠的狀態。
同步時鐘。
時差修正，延遲補償。需同步裝置時間(t2) = 基準時間(t1)+鏈路延遲(delay)+時鐘偏差(offset）。
圖3：延遲請求響應機制
延遲請求響應機制步驟：
主節點向從節點傳送sync訊息，並記錄傳送時間t1；
從節點收到該報文後，記錄接收時間t2；
主節點通過以下方式將時間戳t1傳遞給從節點；
▶ one-step方式:時間戳t1嵌入到sync訊息中，對硬體處理能力要求較高，快速往sync報文嵌入時間標籤，以實現高準確性和精度。
▶ two-step方式:將時間戳t1嵌入到follow_up中。
從節點向主節點傳送delay_req報文，用於發起反向傳輸延時的計算，並記錄傳送時間t3；
主節點收到delay_req報文之後，記錄接收時間t4；
主節點將t4嵌入到delay_resp訊息中，從而傳遞給從節點。
此時，從節點便擁有了t1～t4這四個時間戳，假設網路對稱，由此可計算出從節點相對於主節點的時鐘延遲：delay=（t4-t3+t2-t1）/2，時鐘偏差：offset=（t2-t4+t3-t1）/2。
圖4：對等延遲機制
對等延遲機制步驟：
鏈路延遲測量從埠a開始，發出pdelay_req訊息並為pdelay_req訊息生成時間戳t1;
埠b接收pdelay_req訊息，並為該訊息生成時間戳t2;
埠b返回乙個pdelay_resp訊息，並為該訊息生成乙個時間戳t3;
為了最小化兩個埠之間的頻率偏移所造成的錯誤，埠b在收到pdelay_req訊息後盡快返回pdelay_resp訊息；
▶ one-step方式：pdelay_resp嵌入的t2和t3時間戳之間的差值；
▶ two-step方式：pdelay_resp嵌入的t2時間標籤，dealy_resp_follow_up嵌入t3時間標籤。
埠a生成接收pdelay_resp訊息的時間戳t4。埠a然後使用這四個時間戳來計算平均鏈結延遲。delay = [(t2–t1)+(t4–t3)]/2，時鐘偏差：offset=（t2-t4+t3-t1）/2。
▼e2e與p2p區別
e2e機制只能從節點往主節點這個方向計算延遲，而p2p機制可以主從節點兩端計算延遲。如圖5所示。
圖5：e2e和p2p在邊界時鐘區別
e2e機制報文能全部被tc**，而p2p機制獨有的報文不能被**。p2p機制下tc能把停留時間和沿路徑的鏈路延遲之和將報告給從站。e2e機制下tc能把沿路徑的停留時間總和將報告給從站。如圖6所示。
圖6：e2e和p2p在透明時鐘區別
五、應用案例—adas資料採集解決方案
東信在構建精確時間同步系統方面具有豐富的經驗，能夠根據高畫質攝像頭、公釐波雷達、雷射雷達等各類感測器的特性，構建多種型別資料的處理分析系統，並實現資料的精確時間同步。
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