PPS Tester测量原理和实施方法
技术干货 2023.09.22

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”。


PPS Tester测量原理和实施方法(图1)


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。

PPS Tester测量原理和实施方法(图2)


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。

PPS Tester测量原理和实施方法(图3)


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测量原理和实施方法(图4)


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:

PPS Tester测量原理和实施方法(图5)

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;

PPS Tester测量原理和实施方法(图6)

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:

PPS Tester测量原理和实施方法(图7)

PPS Tester测量原理和实施方法(图8)

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

PPS Tester测量原理和实施方法(图9)

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

PPS Tester测量原理和实施方法(图10)

  ▷ 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

PPS Tester测量原理和实施方法(图11)