PPS Tester测量原理和实施方法

怿星科技发布了新品PPS Tester，这是一款基于1PPS方法的时间同步精度测试设备。PPS Tester由硬件模块ETS2110和上位机软件ePPSTester构成。本文将围绕此设备的应用场景，介绍相关概念和设备使用方法。

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”。

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。

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。

方法	原理	优势	缺陷
1PPS	被测件在整数秒输出PPS脉冲信号，比较秒脉冲上升沿相位差，即可得到被测件同步精度	○ 成熟的测试方法，测试简单 ○ 测试只需要示波器	○实施此测试方法，容易引入固定误差 ○ 需要硬件支持PPS输出 ○ 被测件需要尽可能接近 ○ 使用示波器，不适用于大规模测试
Ingress Method	使用Signaling报文报告最近一次收到Sync报文时的全局时间或同步精度	○ 利用已有的网络实时测试 ○ 除报告测试结果外，不需要额外的实施手段	○ 同步精度取决于接收Sync报文的时刻 ○ 从节点存在报告虚假结果的可能
Reverse Sync	从节点发送反向Sync报文，测试设备计算链路延迟，并根据反向Sync报文计算从节点同步精度	○ 测试设备计算同步精度，不依赖于从节点的报告 ○ 利用已有的网络进行测试 ○ 可以应用于集成交换机设备的测试 ○ 不需要额外的报文格式，可以利用现有的Sync发送代码	○ 需要从节点或交换机支持多时钟域，发送反向Sync报文 ○ 系统测试实现方式复杂 ○ 需要专用测试设备

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：

序号	ECU名称	脉冲宽度（ms）	PPS信号电压（v）	是否主节点	同步精度限值（ns）	硬件通道号
1	CCU	100	3.3	是	300	CH1
2	FZCU	100	3.3	否	300	CH2
3	LZCU	200	5	否	300	CH5
4	RZCU	200	5	否	300	CH6

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；

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：

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

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

  ▪ 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