Adaptive AUTOSAR——Time Synchronization（VRTE 3.0 R21-11）

15 Time Synchronization

15.1 What is Time Synchronization?

时间同步是自适应平台基础中的一个功能集群。时间同步通过库向应用程序提供C++ API，该库作为RTA-VRTE入门套件的一部分提供，并与应用程序链接以访问该功能。

本版本包含非常少量的时间同步文档。因此，本章不完整或不正确，将在下一版本中扩展。

15.2 Responsibilities

在自适应平台中，时间同步功能集群支持通过事件的时间协调在多个目标ECU之间分配功能。

协调可以包括跟踪事件（及时）和同时触发不同目标ECU上的事件。

时间同步建立一个或多个时基资源，这些时基资源形成使用标准化网络协议gPTP（Generalized Precision Time Protocol）与其他目标ECU同步的主或从时间参考。自适应应用程序使用所提供的C++ API访问时基资源，从而可以协调它们的活动。

15.3 Operation

同步网络由一个时间主机和一个或多个时间从机组成。

时间主机使用标准化的时间分配协议将全局时基分配给从机。Time Slave使用接收到的时间值来更新和维护其自己的本地时间，然后自适应应用程序可以通过时间同步API使用该本地时间。

一个系统可以由多个Time Master节点组成——每个节点都为一个独立同步的网络提供服务。此外，时间网关节点可以被配置为在一个时间分配网络上充当从节点，在第二个网络上充当主节点，从而转发同步时间。

15.3.1 Generalized Precision Time Protocol

AUTOSAR时间同步使用通用精确时间协议（gPTP）来同步时间主机和时间从机之间的时钟。

gPTP包括四条消息：

1.从主设备到从设备的同步请求，请求从设备进行同步。

2.从主ECU到从ECU的后续消息，包含主ECU上的时间戳。
3.从从属设备到主设备的延迟请求，请求主设备发送响应。
4.从主设备到从设备的延迟响应消息。

最初，主时钟和从时钟是不同步的，这意味着这两个时钟之间没有关系。

主设备的初始同步消息由从设备接收

从设备只是使用其本地尚未同步的时钟记录接收时间（t2）。

主控台的后续消息包含使用主控台时钟记录的同步消息的传输时间（t1）。

在从设备接收时，记录的传输时间（主时钟）和接收时间（从时钟）可由从设备上的时间同步使用，以确定两个时钟之间的差异🔺C，从而执行初始同步。

在同步/后续消息之后，两个时钟的差异仅在于消息从主设备传输到从设备所花费的时间；

消息的传播延迟（🔺P）。

t4 不等于 t5

t4 = t5 + 🔺P .

为了测量这种传播延迟，从设备发送一个延迟请求，它将自己时钟上的时间记为t6。

当主设备接收到消息时，它将其时钟记为t7，然后将其发送给从设备，从设备现在可以使用t6和t7中的差来计算延迟。

因为Slave的时钟已经落后于在先前同步期间引入的传播时间P，所以t6和t7之间的差实际上是2🔺P，因为在发送延迟请求时引入了另一个🔺P。

总时间🔺C+🔺P通过考虑消息传播时间延迟以及初始时钟差，使从时钟能够与主时钟精确同步。然而随着时间的推移，主时钟和从时钟会自然地漂移。为了避免漂移变得重要，协议包括定期重新同步，以确保主时钟和从时钟保持同步。

如果你看不懂上面的介绍，也可以看下面的图片介绍 gPTP

这样就完成了ECU1与ECU2的时间同步。

15.4 Implementation

如前所述，在分布式系统中关联不同事件时，不同自适应应用程序和/或ECU之间的时间同步至关重要，以便能够及时跟踪此类事件或在准确的时间点触发它们。因此，AUTOSAR为自适应应用程序提供了时间同步API，以便它们可以检索与其他ECU同步的时间信息。此API由TSync客户端库librb-TSync.so实现，该库必须与任何想要使用同步时间的应用程序链接。

15.4.1 rb-tsyncd

RTA-VRTE入门套件还包括一个TSync提供程序守护程序rb-tsyncd。这是一个守护进程，它根据配置文件创建SynchronizedTimeBaseProvider，并使用当前硬件时间更新这些时基。

当使用-c命令行选项启动提供程序守护程序时，会指定适当的JSON配置文件。TSync提供程序包中包含一个示例配置文件。请注意，一旦TSync守护进程使用FlatCFG获取其配置，-c选项最终将被删除。

15.4.1.1 Configuration

在此版本中，rb-tsyncd不使用FlatCFG来获取配置值。可以使用JSON配置文件启动TSync守护进程，该配置文件允许设置时基列表。

时基有一个名称和一个与其关联的类型字符串（该类型将在本版本中被读取但被忽略）。

时基名称由TSync提供程序用于创建用于保存时基数据的共享内存对象。

该共享内存对象将由库使用，并且可以在初始化时间同步期间创建TsyncIdentifierMap时使用配置文件中提供的名称进行访问（更多信息请参阅第15.5.1节）。

{
 "timebases":[
     {"name" : "/sysclock", "type" : "dummy"},
     {"name" : "/sysclock2", "type" : "also a dummy"}
  ]
}

15.4.2 Virtual Local Time

为了同步两个或多个ECU的时间，有必要改变每个ECU上的时间。然而，ECU上的硬件时钟是只读的，因此时间同步引入了虚拟本地时间，其功能类似于硬件时钟，但增加了轻松更改时间的能力。每个时基都有自己关联的虚拟本地时间。目前，虚拟本地时间必须手动递增。

15.5 Working with Time Synchronization

15.5.1 Initialization

第一步是在时基和SynchronizedTimeBaseConsumer或SynchronizedTime BaseProvider之间建立映射。

在其他软件集群中，AUTOSAR通常会使用端口原型在ISOLAR VRTE中建立这样的映射，但当前的实现在代码中使用显式的TsyncIdentifierMap：

static constexpr uint32_t TB_ID = 42;
static constexpr const char* INSTANCE_SPECIFIER_STR ="/tsync";
static TsyncIdentifierMap time_base_mappings =
{
    { TB_ID, INSTANCE_SPECIFIER_STR }
};

使用实例指定器时要小心：有些方法要求实例指定器的前缀为“/”。

实例化的映射随后由InitializeTimeBaseResource使用。

设置时基资源后，必须使用tsync_Open初始化tsync ptp库：

最后，可以使用TSync_OpenTimeBase函数创建时基：

InitializeTimeBaseResources(time_base_mappings);
TSync_ReturnType ret = TSync_Open();
if(ret != E_OK)
{
    return EXIT_FAILURE;
}

TSync_TimeBaseHandleType timebase = TSync_OpenTimebase(TB_ID);
if(timebase == TSYNC_INVALID_HANDLE)
{
    return EXIT_FAILURE;
}

15.5.2 Creating a SynchronizedTimeBaseConsumer

必须先构造InstanceSpecifier，然后才能生成使用者。在之前创建TsyncIdentifierMap时，我们使用了“/<实例说明符>”，但在这种情况下，不需要前导“/”来创建InstanceSpecifier。

auto data = time_base_mappings[TB_ID].data();
Result<InstanceSpecifier> rs = InstanceSpecifier::Create(data + 1); 
// skip theleading ’/’
if (!rs.HasValue())
{
    return EXIT_FAILURE;
}

SynchronizedTimeBaseConsumer现在可以使用此InstanceSpecifier构建：

SynchronizedTimeBaseConsumer consumer(rs.Value());

And the time can be retrieved with the GetCurrentTime method:

并且可以使用GetCurrentTime方法检索时间：

Timestamp ts = consumer.GetCurrentTime();

15.5.3增加虚拟本地时间

时基的虚拟本地时间可以使用TSync_GetCurrentVirtualLocalTime函数检索。这是通过传入您希望获得虚拟本地时间的时基和指向先前初始化的TSync_VirtualLocalTimeStamp的指针来完成的，该指针将用当前虚拟本地时间更新：

TSync_ReturnType rs = TSync_GetCurrentVirtualLocalTime(timebase, &local_time);
if(rs != E_OK)
{
    return EXIT_FAILURE;
}

必须使用TSync_TimeStampType手动递增时间，如下所示：

timestamp.seconds++;
if(!timestamp.seconds)
{
    // The lower part of the timestamp overflowed
    // so increment the upper part
    timestamp.secondsHi++;
}

然后可以使用TSync_BusSetGlobalTime函数设置时基的时间。

在本例中，我们不需要提供TSync_UserDataType或TSync_MeasurementType，因此使用nullptr。

rs = TSync_BusSetGlobalTime(timebase, 
                            &timestamp, 
                            nullptr,
                            nullptr,
                            &local_time);

if(rs != E_OK)
{
    return EXIT_FAILURE;
}

15.6 AUTOSAR API

15.6.1 SynchronizedTimeBaseProvider

Name ara::tsync::SynchronizedTimeBaseProvider

Entity Type Class

Header ara/tsync/synchronized_time_base_provider.h

Methods SetTime

UpdateTime

GetCurrentTime

SetRateCorrection

GetRateDeviation

GetUserData

RegisterTimeValidationNotification