IMX6ULL 的 IEEE 1588 功能

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本文将以 IMX6ULL 为例，描述具体的 IEEE 1588 功能的实现。本文参考了 NXP 官方提供的 RM 手册。

IMX6ULL 为了支持 IEEE 1588 或类似的时间同步协议的实现，MAC 与时间戳模块相结合，以支持精确的输入和输出帧的时间戳。设置 ENETn_ECR[EN1588] 以使能 1588 的支持。
IEEE 1588 功能的概述如下图：

1. Adjustable timer module

可调定时器模块（TSM）实现了自由运行计数器(FRC)，这个 FRC 生成时间戳。FRC 使用时间戳时钟进行操作，可以根据您的系统需求将其设置为任何值。
通过专用的校正逻辑，定时器可以被调整，以允许同步到远程主机，并提供同步的时间参考到本地系统。定时器可以被配置为在一个固定的时间周期后触发中断，以允许软件定时器的同步或执行其他同步的系统功能。
该定时器通常用于实现一秒的周期；因此，其取值范围为 0 ~ (1 × 10⁹)-1。周期事件可以触发中断，软件可以根据需要维护秒和小时的时间值。

1.1 可调定时器的实现

可调计时器由可编程计数器/累加器和校正计数器组成。两个计数器的周期和它们的自增速率都可以自由配置，允许对计时器进行非常精细的调优。

计数器产生当前时间。在每个时间戳的时钟周期中，一个常量值被添加到当前时间中，被编程在 ENETn_ATINC。该值取决于所选的时间戳时钟频率。例如，如果它工作在 125 MHz，则将增量设置为 8 表示 8 ns。
在 ENETn_ATPER 中配置的周期，定义了计数器转换时的模数。在典型的实现中，周期被设置为 1 × 10⁹，以便计数器每秒钟进行一次转换，因此所有时间戳都表示 1 秒周期内的绝对纳秒。当周期到达时，计数器转化将重新开始遵守周期模数。这意味着它并不一定要从 0 开始，而是用数值（Current + Inc - (1 × 10⁹)）加载到计数器，假设周期设置为 1 × 10⁹。
校正计数器完全独立地工作，并随着每个时间戳时钟周期递增 1。当它达到在 ENETn_ATCOR 中配置的值时，它将重新启动并指示定时器使用修正值进行一次增加，而不是正常值。
正常的和校正的增量都在 ENETn_ATINC 中配置。为了加快定时器的速度，可将修正增量设置为大于正常增量值。若要减慢定时器，可将修正增量设置为小于正常增量值。
通过使能 slave 模式（ENETn_ATCR[slave] = 1），计时器被忽略，当前时间由外部模块之一提供。如果系统中有多个模块必须从单个定时器操作，这是很有用的。当使能了 slave 模式时，您仍然必须将 ENETn_ATINC[INC] 设置为主模式的值，因为它用于内部比较。

2. 传输时间戳

只有 1588 事件帧^① 需要在传输时打上时间戳。客户端应用程序（例如，MAC 驱动程序）应该检测 1588 事件帧，并将 TxBD[TS] 与帧一起设置。

① 事件帧包含哪些请参考 PTP 报文格式的《PTPv2 消息类型标识》章节

如果设置了 TxBD[TS]，则 MAC 将在 ENETn_ATSTMP 中记录帧的时间戳。ENETn_EIR[TS_AVAIL] 被设置来表明一个新的时间戳可用。
软件在发送需要时间戳的帧时通过设置 TxBD[TS] 来实现握手过程，然后等待 ENETn_EIR[TS_AVAIL] 来确定时间戳何时可用。然后从 ENETn_ATSTMP 读取时间戳。所有事件帧都将完成这个过程。其他帧不使用 TxBD[TS]，因此，不会干扰时间戳捕获。

3. 接收时间戳

一个数据帧被接收，当 MAC 检测到帧的 SFD（start of frame delimiter）字段时，将锁住该定时器的值，并提供捕获到的时间戳到 RxBD[1588 timestamp]。所有的接收帧都将完成这个过程。

4. 时间同步

可调定时器模块可用于同步节点的本地时钟到远程主节点。它实现了一个自由运行的 32 位计数器，还包含一个额外的校正计数器。
校正计数器增加或减少自由运行计数器的速率，为同步使能计时器非常细粒度的变化，然而在执行校正时只增加非常低的抖动。
应用软件在一个 slave 场景中实现了所需的控制算法，设置校正以补偿本地晶振的漂移，并将定时器锁定到网络上的远程主时钟。
计时器和所有与时间戳相关的信息应该被配置，以显示一秒的真正纳秒值（换句话说，该计时器的周期被配置为一秒）。因此，取值范围从 0 到 (1 × 10⁹) -1。在这个应用程序中，秒计数器是使用一个中断函数在软件中实现的，当纳秒计数器累加到 1 × 10⁹ 时执行中断函数。

5. 输入捕获和输出比较

Input Capture Output Compare block 可以被用来为输入和输出事件提供精确的硬件计时。

5.1 输入捕获

当相应的外部事件发生时，TCCRn 捕获寄存器锁定时间值。一个事件可以是 1588_TMRn 信号的上升、下降或任意边中的一种。事件将导致相应的 TCSRn[TF] 计时器标志被设置，表明已经发生了输入捕获。如果相应的中断通过 TCSRn[TIE] 字段使能，则会产生一个中断。

5.2 输出比较

TCCRn 比较寄存器将加载相应事件应该发生的时间。当 ENET 自由运行计数器的值与 TCCRn 寄存器中的输出比较参考值相匹配时，相应的标志 TCSRn[TF] 被设置，表示已经进行了输出比较。如果 TCSRn[TIE] 使能，则会产生相应的中断。对应的 1588_TMRn 输出信号将根据 TCSRn[TMODE] 被断言。

5.3 DMA 请求

DMA 请求可以通过设置 TCSRn[TDRE] 来使能。当 TCSRn[TF] 定时器标志被设置时，就会生成相应的 DMA 请求。当 DMA 完成时，相应的 TCSRn[TF] 标志被清除。