利用DP83640实现网络系统的时钟同步(3)

ｑｅＲ＿为须必是的之代而取，段字

ＣｏｍｐｕｔｅｒＫｎｏｗｌｅｄｇｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ电奠知氓与技术第５卷第３１期（２００９年１１月）

２）Ｄｅｌａｙ—Ｒｅｑ消息处理

对于Ｄｅｌａｙ消息。ＤＰ８３６４０不支持将ｌａｔｅｎｃｙ办１１到Ｄｅｌａｙ＿Ｒｅｑ消息的ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎＦｉｅｌｄＤｅｌａｙ＿Ｒｅｑ消息纪录入１３和出口的时间值，这些时间值用来确定其滞留时问ｌａｔｅｎｃｙ，并将其加到ＤｅＩａｙ—Ｒｅｓｐ消息的ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎＦｉｅｌｄ字段。

从以上分析可以看到。应用ＤＰ８３６４０可以精确地计算在栈内的滞留时间，同步效果更加精确。

１．４利用ＤＰ８３６４０进行频率纠正和相位对准

通常分布式系统中各个节点上的时钟，是用一个晶振驱动的计数器来计量的。一般情况下两台计算机的晶振频率是不同的．导致ｔｒｌ＇ｐ时钟也以不同频率计数．在这里我们可以把晶振驱动的本地时钟看作硬件时钟Ｈ（ｔ），对此硬件时钟进行采样形成软件时钟Ｓ“），ｓ（０用来为ＰＴＰ节点提供时间基准，即ＰＴＰ时钟。以此ＰｒｒＰ时钟为基础的Ｐ１阳计数器｝己录着时间值。ＤＰ８３６４０能有效地调节采样频率和进行相位对准，同时还能在物理电路上保证品振的精确性。

ＤＰ８３６４０具有几个内部时钟，包括本地参考时钟，一个被恢复的以太网接收时钟，一个Ｐ１’Ｐ时钟（其时间值记录在Ｐ１甲ｒＩＤＲ寄存器中），一个内部的ＰＴＰ数字计数器，一个可以控制数字计数器和ＰｒｒＰ时钟速率（频率）的逻辑（参见图７）。

外部晶振或振荡器对本地参考时钟提供激励。本地参考时钟成为器件中所有时钟的核心。Ｉ）Ｐ８３６４０能够将主Ｉ珊时钟和主Ｐ】【＇Ｐ计数器相位对准，再将本地参考时钟锁频到ｔｒＦＰ主时钟上。可以用下式简单的表述其过程：主本地时钟一＋ＰＴＰ主时钟一主计数器一８ｖｎｃ报文时间一恢复主本地时钟一从时钟节点本地时钟一ＰｒＰ从时钟一从计数器。

从接收的ＰＩ．Ｐ数据包中恢复接收时钟．并锁定到对接点中的发送时钟。在正常【作时利用ＩＥＥＥ１５８８盯Ｐ包，通过控制速率调节逻辑将从器件中的ＰＴＰ时钟和计数器与主器件巾的胛Ｐ时钟和计数器相匹配；。将从系统的Ｐ１限时钟和计数器锁定到主系统的ＦＩＴ时钟和计数器，ＤＰ８３６４０通过有效调节硬件时钟，达到主从时钟的频率锁定和相化对准。ｔ３１（罔８为原理示意罔）

图７ＤＰ８３６４０内部时钟图８频率锁定和相住对准示意图

ＴＲＤＨ和ＤＰ８３６４０采用ＰＴＰ速率（频率）控制寄存器（ＰＴＰ—ＲＡＴＥＨ和Ｐ１ＥＲＡ７ｔＥｌ．）和ＰＴＰ临时速毕控制寄存器（ｍ

Ｐ】［’ＰＴＲＤＬ）来调节ＩｙＩ’Ｐ速率。具体采用哪种方式与主从时钟之问的频率差异有关，例如在开始同步时时间值相差较大。可通过固定速率纠正，当相差很小时转为临时速率纠正。

固定速率纠正可按如下方式编程：

１）将速率方向（０ｘ８０００表示更高，０ｘ００００表示更低）和该值的上１０位写入矾’Ｐ．ＲＡ饨Ｈ寄存器巾。

２）将时间差值的低１６位写入Ｐ１１Ｐ－ＲＡＴＥＬ寄存器。在速率丐到胛Ｐ－ＲＡｑ’ＥＬ时乍效。

举例说明：假设主时钟上次同步后的计数器读数为ａ，从时钟自上次同步后计数器读数也为ａ。经过２秒，主时钟计数器记录的ｓｙｎｃ报文发送时间为ｂ。从时钟计数器记录的接收时间为Ｃ，那么就有：

主时钟频率＝（ｂ—ａ）／２ｓ．

从时钟频率＝（ｃ—ａ）／（２ｓ＋ｄｅｌａｙ）。

（从时钟频率一主时钟频率），主时钟频率＝ｄｐｐｍ（百万分之一），

ｄｘｌ０－Ｓｘ２／（ｂ—ａ）＝ｅ．

将ｅ的单位转化为亚毫微秒，假设其十六进制值为０ｘ２５４ＤＣ４。那么就可依下述方式实现｜同定速率纠正。

１）将０ｘ００２５写入Ｐ１ｍＲＡ７Ｉ＇ＥＨ。

２１将０ｘ４ＤＣ４写入ＰＴＰＲＡＴＥＬ。

３１ＤＰ８３６４０根据此值调节本地从时钟频率使其等于主时钟频率。

对ＩｒｒＰ临时速率延时寄存器进行编程。在临时速率持续时间（记录在州１１Ｒ—ＤＵＲＬ寄存器中）结束后，胛Ｐ＿＿ＴＭＰ－ＲＡ，ＩＥ位清零，速率纠正数值将切回到固定速率纠正数值。临时速率延时按以下方式配置：

１１临时速率持续时间为一个２６位的数，单位是时钟周期。在默认的８ｎｓ参考时钟周期时，最大持续时间约为５３７—ｍ。

２１将临时速率持续时间的上ｌＯ位写入ＦｒｒＰＴＲＤＨ。

３）将临时速率持续时间的低１６位写入Ｐ１ｒＰＴＲＤＬ。在写该寄存器时临时速率持续时间立即生效，并且会保持恒定，直到通过写寄存器操作进行修改。通常不需要改变临时速率的持续时间。Ｈ临时速率纠正与固定速率纠正的编程方法类似。临时速率在写入ＩｙｒＰ－ＲＡＴＥＩ．寄存器时立即生效，所以在设定临时速率前必须

２测试与结果

实验采用ｉ块ｆｒｅｅ，ｓｃａｌｅ的Ｍ５２３４ＢＣＣ开发板，该开发板采用了ｃｏｌｄｆｉｒｅ系列ＣＰＵ，和ＤＰ８３６４０网络控制器，ＩＥＥＥｌ５８８代码部分由ＩＸＸＡＴ提供。分别对时钟抖动和相位误差进行测试，测试过程如下。

将三块Ｍ５２３４ＢＣＣ开发板通过ＬＡＮ连接．Ｍ５２３４ＢＣＣ与计算机之间通过ＲＳ２３２电缆相连，通过丰时钟输出信号来触发示波器，依靠主触发信号来测最从信号时间。在ＩＥＥＥ１５８８应用中，～般通过将主器件的一个秒脉冲（ＰＰＳ）触发输出连接从器件输出的相应ＰＰＳ信号，来测量同步性能。（如图９所示）。（下转第８６５１页）

本栏目责任编辑：冯蕾８６４４ 霸拥讯曩安全－－ ｔ －一－

第５卷第３１期（２００９年１１月）

系统。以下为本文设计的嵌入式ＩＰｖ６防火墙的软件体系结构（见图２）。

本防火墙软件功能主要由两个部分实现：管理模块和防火墙功能模块。

其中管理模块又分为Ｎ０ｓ管理模块和日志管理模块。ＮＯＳ管理模块山ＰＣ

通过串口＋超级终端或ＲＪ４５口＋７Ｆｅｌｎｅｔ服务对防火墙提供命令行管理界面．Ｃｏｍｐｔａｅｒｆ（ｎＤ刚咖ａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ电脑知识与技术

日志管理模块用于完成日志记录和查询功能。防火墙功能模块基于Ｌｉｎｕｘ的

Ｎｅｍｌｅｒ框架，首先对输入的数据包进行ＩＰｖ６地址合法检测和碎片检测．再由

Ｉｐｔａｂｌｅｓ规则进行包过滤。但是一旦使用了ＩＰｖ６加密选项后．数据足加密传

输的，由于ＩＰｓｅｃ的加密功能提供的是端到端的保护．并且可以任选加密算

法，密钥是不公开的，防火墙根本就不能解密。这样反而容易被黑客利用来

突破防火墙，所以在ＩＰｖ６防火墙中加入了一个加密数据包预处理功能．通过写翥蔫麓萎袈嘉望蓑鬟等蔫差蓁茎篓蠢凳嚣筹羹薰：篓金嚣羹耋

数据包的过滤方式。习功能，对经过受保护主机认口ｒ的连接直接让其通过，对未知加密数据先建图２软件体系结构示意图“一”１”………～。“立连接状态表，发送给受保护主机，等待确认信息，最后根据确认信息决定

４总结

该文对ＩＰｖ６防火墙技术做了深入探讨，包括ＩＰｖ６防火墙存网络应用巾的作用及其分类发展趋势，特别是其结构功能和对网络安全的影响。在此基础上，本文设计了基于ＩｎｔｅｌＩＸＰ４２５处理器的嵌入式ＩＰｖ６防火墙。包括硬件体系结构和软件体系结构。随着ＩＰｖ６协议的不断推广使用，包括防火墙在内的网络设备对ＩＰｖ６协议的支持已成为必然的趋势。基于网络处理器的嵌入式ＩＰｖ６防火墙的发展也会越来越成熟。

参考文献：

【ｌ】（美）ＭａｒｃｕｓＧｏｎｃａｌｖｅｓ．防火墙技术指南『Ｍ１．宋书民，朱智强，徐开勇，等，译．北京：机械工业Ｈ｛版社，２０００．

【２】杨富国．网络设备安全与防火墙ＩＭＩ．北京：清华大学出版社，北京交通大学ｍ版社，２００５．

（上接第８６４４页）

参考时钟采用ＦＣＯ２５ＭＨｚ时钟源。以１秒的同步间隔和１０毫秒的临时速率持

续时间，在２５℃室温和３．３Ｖ的ＶＣＣ等正常条件卜．进行测量。使用示波器内部的直

方图功能在特定的延迟时间点捕捉时钟信号的上升沿，并记录直方网的峰峰值和标

准偏差值。如图１０所示，测量时钟信号抖动峰峰值和标准偏差不超过１ｎｓ。

在同样的２５Ｃ室温和３．３Ｖ的ＶＣＣ等条件卜．，通过确定主时钟输出到从时钟输

出引脚的时延＿ｕ『测得对主时钟的同步误差。同步周期设为１秒，临时速率持续时间为

１００毫秒。如图１ｌ所示，时钟相位误差小超过６ｎｓ。图９测试装置连线图

图１０ｌＯ／．Ｌｓ延时抖动直方图图１１的时钟输出相位误差

３总结

该文结合ＩＥＥＥｌ５８８协议和ＤＰ８３６４０以太网控制器初步探讨了协议的同步原理。对延迟时怕ｌ进行了深层次的讨论，结合测试结果得出采用专用的ＩＥＥＥｌ５８８同步以太网芯片要比仅用软件实现ＩＥＥＥｌ５８８协议更加精确，满足大多数以太网应用的同步要求。ＤＰ８３６４０提供ｒ一个高精度的低抖动时钟输出，对于ＩＥＥＥ１５８８主时钟而占是频率对准的。同时也是相位对准的。

参考文献：．

【ｌ】ＩＥＥＥＳｔｄ．１５８８—２００２，ＩＥＥＥｓｔａｎｄａｒｄｆｏｒａＰｒｅｃｉｓｉｏｎｃｌｏｃｋＳｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎＰｒｏｔｏｃｏｌｆｏｒ

【Ｓ】，２００２．

【２１２（２００７）ＮａｔｉｏｎａｌＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ．ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｎａｔｉｏｎａｌ．ｃｏｍ／ａｎ／ＡＮ／ＡＮ一１８３８．ｐｄｆ．

『３】３（２００７）ＮａｔｉｏｎａｌＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ．ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｎａｔｉｏｎａｌ．ｃｏｒｎ／ａｎ／ＡＮ／ＡＮ－１７３０．ｐｄｆ．

【４Ｊ（２００８）ＮａｔｉｏｎａｌＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ．ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｎａｔｉｏｎａｌ．ｃｏｒｎ／ａｎ／ＡＮ／ＡＮ－ｌ７２９．ｐｄｆ．

【５ｊＤＰ８３６４０ｐｒｅｃｉｓｉｏｎＰＨＹＴＥＲ—ＩＥＥＥＩ５８８ｐｒｅｃｉｓｉｏｎｔｉｍｅｐｒｏｔｏｃｏｌｔｒａｎｓｃｅｉｖｅｒｄａｔａｓｈｅｅｔ．ｐｄｆ．

本栏目责任编辑：冯蕾ＮｅｔｗｏｒｋｅｄＭｅａｓｕｒｅｍｅｎｔａｎｄＣｏｎｔｒｏｌＳｙｓｔｅｍｓｔ

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