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什么是IRIG-B码对时 IRIG-B(inter-range instrumentationgroup-B)码是一种时间同步标准，通常用于精确的时间测量和数据同步，广泛应用于电力、通信、航空等领域。 IRIG-B码为每秒一帧的时间串码，一帧串码中包含100个码元，频率为1KHz，即每个码元占用10ms时间。IRIG-B码基本的码元为"0"码元、"1"码元和"P"码元，"0"码元和"1"码元对应的脉冲宽度为2ms和5ms，"P"码元为位置码元，对应的脉冲宽度为8ms，IRIG-B码信息的基本码元的示意图如下所示。
) w0 G+ r$ w% ]图1
' k+ e# X* J9 k下图为一帧的IRIG-B码脉冲序列结构示意图。连续两个"P"码元表示整秒的开始，第二个"P"码元的脉冲前沿为“准时”参考点，定义其为"Pr"。每10个码元有一个位置码元，共有10个，定义其为P1，P2，…，P9，P0。IRIG-B码时间格式的时序为秒、分、时、天，所占信息位分别为：秒7位、分7位、时6位、天10位，其位置在P0 ~ P5之间。 通常，从"Pr"开始对码元进行编号，分别定义为第0，1，2，…，99码元，则“秒”信息位于第1、2、3、4、6、7、8码元，“分”信息位于第10、11、12、13、15、16，17码元，“时”信息位于第20、21、22、23、25、26码元，“天”信息位于第30、31、32、33、35、36、37、38、40、41码元。
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图2
4 v+ a1 d M! S" K1 @IRIG-B码对时应用场景 IRIG-B码对时可应用于继电保护装置、电力RTU、电力录波器、通讯管理机、电能质量在线监测等领域。创龙科技已基于TI AM62x异构多核处理器实现IRIG-B码对时方案，降低了终端用户的开发难度，缩减了研发时间，可快速进行产品方案评估与技术预研。 ; R# P3 i1 b' _' H, r6 |+ j+ ^
图3 RIG-B码对时的实现常见方案一般基于FPGA或mcu实现，具体方案实现方式如下。 （1）基于FPGA实现 ; d" l! i' Y, m& ~; A6 }) X& L
为达到IRIG-B码与时间信号输入、输出的精确同步，采用现代化靶场的IRIG-B码编码和解码的原理，从工程的角度出发，提出了使用现场可编程门阵列(FPGA)来实现IRIG-B码编码和解码的设计方案和体系结构，设计中会涉及到几个不同的时钟频率，FPGA对时钟的同步性具有灵活性、效率高、且功耗低，抗干扰性好的特点。结果表明，FPGA能够确保为从设备提供同源的时钟基准，使时钟与信号的延迟控制在200ns以内，从而得到了IRIG-B码与时间精确同步的效果。 但是，基于FPGA实现IRIG-B码开发难度较大，时间投入较多，开发成本将会较高，不利于产品的快速上市。 （2）基于MCU实现
7 B m( @% D2 @# ]; iMCU(Micro Control Unit)即微控制单元，通过MCU核心可实现解析IRIG-B码时序并提取时间信息，再将时间信息同步至其他核心。 基于MCU实现IRIG-B码开发方案结构简单、开发成本较低、同步精度较高，可满足多种工业应用场景要求。 ; h5 B5 _9 {1 a+ L }/ d M) G$ Q6 _
AM62x IRIG-B码对时方案 本章节主要描述创龙科技基于TI AM62x的MCU(Cortex-M4F)核心实现IRIG-B码信号解析功能。 AM62x内部集成Cortex-A53 + Cortex-M4F核心，可使用Cortex-M4F实现IRIG-B码对时功能，无需增加额外的MCU成本。并且，通过内部MCU实现IRIG-B码对时功能方案，硬件设计简单，有利于快速开发产品。 （1）案例说明 卫星时钟同步装置（厂家：南京诺煌电气科技有限公司，型号：YS-DN-100）通过GPS天线模块获取标准时间信息并输出IRIG-B码信号，经评估板板载RS485芯片转换成电平信号后传输至Cortex-M4F核心，Cortex-M4F核心通过读取GPIO引脚电平，解析IRIG-B码时序并提取时间信息，再通过TI-RPMsg机制将时间信息发送至Cortex-A53核心打印时间信息。系统框图如下所示。 * P- V% y+ A0 B9 s7 h* ?: K, o+ f
4 c/ S, y8 Q E+ o6 [% R) d% c& a
图4
/ Z9 z* w& N4 m$ E6 w! z（2）案例测试
! ^8 [; i) V% w- g0 G0 m# V/ r本案例需在开阔场地进行测试，请确保卫星时钟同步装置的RUN指示灯处于常亮状态（表示设备工作正常），否则请检查GPS天线连接是否正常。0 X" ]9 [, i! x/ m
由于评估底板RS485_2 UART5为Cortex-A53核心的外设，因此请通过飞线的方式将RS485芯片(U30)的pin3引脚连接至EXPROT接口(J11)的pin4引脚（即Cortex-M4F核心GPIO）。卫星时钟同步装置输出的IRIG-B码信号经评估底板RS485_2 UART5接口后，再经过EXPROT接口(J11)的pin4引脚输入至Cortex-M4F核心。 q+ K- J& D4 m8 K
图5 图6 % `( ~. B. K- `# y7 V& }
请将卫星时钟同步装置的ANT接口连接至GPS天线模块，将卫星时钟同步装置OUT1接口的“+端子”连接至评估板的RS485_2 UART5接口“A2端子”、OUT1接口的“-端子”连接至评估板的RS485_2 UART5接口“B2端子”，硬件连接如下图所示。
( u( ?3 v5 S, d( @4 |图7 请将本案例"dts\bin\"目录下的tl62x-evm.dtb设备树文件拷贝至Linux系统启动卡"/boot/"目录下，替换原有的tl62x-evm.dtb设备树文件。然后将案例bin目录下的am62-mcu-m4f0_0-fw文件、irig_b_decode可执行程序拷贝至Linux系统启动卡文件系统"/home/root/"目录下。 " j: T0 {, D0 }" S7 n3 k ?
图8 ! V* {' G' s4 s) O+ g
评估板上电，从Linux系统启动卡启动，依次执行如下命令，更新Cortex-M4F核心固件，并重启评估板。
( i7 O# q. _: z4 |- f( ^8 x: ^Target#rm /lib/firmware/am62-mcu-m4f0_0-fw Target#cd /lib/firmware/ Target#ln -sf /home/root/am62-mcu-m4f0_0-fw am62-mcu-m4f0_0-fw Target#sync Target#reboot
R0 O( r# P- N1 k* W4 R$ V& d
图9 执行如下命令，查询Cortex-M4F核心与remoteproc对应关系。 备注：Cortex-M4F核心对应的RemoteProc Name为5000000.m4fss。 Target#head /sys/class/remoteproc/remoteproc*/name
3 m9 [; B) x; R3 Q; j9 F图10 # h5 D* B6 e. m. e/ e0 ]
根据查询结果，执行如下命令查看Cortex-M4F核心程序运行日志，确认Cortex-M4F核心运行状态。 Target#cat /sys/kernel/debug/remoteproc/remoteproc0/trace0 : J G; Q* Z l, C
图11 Target#./irig_b_decode -h 备注：rproc_id：核心ID。Cortex-M4F核心ID为9，默认ID为0。 图12
# o/ q Q, E9 ?4 ?' m% w9 e# I6 I执行如下命令，解析IRIG-B码时序并提取时间信息，可看到串口终端打印当前日期如下图所示。 Target#./irig_b_decode -r 9 5 c+ N4 C! P: S1 g6 d/ ]1 R
图13
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发表于 2024-3-8 19:02