如何在MCU上通过ToD+PPS 获取同步时间（一）

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基本原理

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在很多工业使用场景中，网络内一些设备终端与设备终端，或设备终端与主控之间需要进行时间同步。比如给传感器数据打时间戳，比如总线的时分复用等场景，相关的设备都需要一个统一的时间。

在同步精度不是很高的场景中，我们可以使用ntp等服务进行同步，精度在ms级别。但如果想达到同步精度在us，甚至ns 级别， IEEE-1588 ， PPS+ToD和 GPS 是常用的标准协议。在很多设备终端采用的是MCU作为主控的，大多数的中低端MCU并没有硬件1588的能力，所以 PPS+ToD 是成为首要选择。

下图列举了一个实用场景，场景中使用分别为飞灵科技的FlySync系列的主时钟和从时钟。

在上图中：

主时钟与GPS进行同步，并作为IEEE 1588的主时钟。
从时钟与主时钟进行同步，同步后输出四路ToD + PPS信号。
四个传感器终端分别与四路ToD + PPS 相连接，用来获取时间。
四个传感器采集数据后，打上时间戳后通过总线发送给PLC。

飞灵科技提供了一个方案，用来解决如何在MCU上通过ToD+PPS 获取同步时间。

基本原理

ToD + PPS 的时序：

ToD 信号在PPS上升沿1ms后发出，并且在500ms 之内发送完成。

获取秒时间。

由上面PPS 和 ToD的介绍可知，我们可以从ToD中直接取到秒时间，然后在每个PPS的上升沿时进行累加即可。

获取纳秒时间。

从PPS 和 ToD中只能获取到整秒时间，为了得到纳秒时间，需要借助一个硬件Timer。使用这个硬件Timer 来获取至上个PPS上升沿以来，已经过去的计数值。

时间校准

以上获取的纳秒时间的精度依赖于给Timer提供时钟的晶振的精度。晶振精度越高，我们获取的时间精度越高。但是不幸的是，一般MCU所使用的晶振精度都很低，并且晶振还有温漂，老化等现象。我们MCU使用的晶振一般偏差在20PPM左右。也就是说，Timer每个1秒的计数周期会有达到20us的偏差。但晶振具有短期稳定性的特点，也就是说，晶振在短期内偏差不会变化很大。所以我们只要计算出这个偏差，就可以使用调整Timer的频率来校准纳秒时间。而这个偏差可以通过测量两个PPS之间的计数值来计算出来。

以上是基本原理，实现过程详见“如何在MCU上通过ToD+PPS 获取同步时间（二）”

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