基于AM62X+FPGA/MCU的B码对时定制化整机解决方案

news2025/1/20 13:23:27

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。

图1

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。

图2

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。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。

图3

常见IRIG-B码对时实现方案

IRIG-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

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

MCU(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。

AM62x IRIG-B码对时方案

本章节主要描述基于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。

图4

（2）案例测试

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。

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。

图5

图6

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。

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。