本文圍繞跨域時(shí)間同步技術(shù)展開，作為智能汽車 " 感知 - 決策 - 執(zhí)行 - 交互 " 全鏈路的時(shí)間基準(zhǔn)，文章介紹了 PTP、gPTP、CAN 等主流同步技術(shù)及特點(diǎn)，并以黑芝麻智能武當(dāng) C1296 芯片為例，通過多方式同步實(shí)現(xiàn)多域高精度對齊，消除時(shí)鐘信任鴻溝的實(shí)測效果。

智能汽車的核心是通過多維度感知、實(shí)時(shí)決策和精準(zhǔn)控制實(shí)現(xiàn)輔助駕駛與智能交互，而這一切的前提是 " 時(shí)間基準(zhǔn)一致 "，由于不同傳感器采集數(shù)據(jù)的頻率、機(jī)制不同，只有在時(shí)間基準(zhǔn)一致的情況下，數(shù)據(jù)融合、控制反饋才能準(zhǔn)確進(jìn)行，時(shí)間基準(zhǔn)不一致的情況下就會產(chǎn)生環(huán)境感知錯誤、目標(biāo)跟蹤紊亂、控制指令錯誤、系統(tǒng)協(xié)調(diào)混亂等情況。時(shí)間同步技術(shù)看似基礎(chǔ)，卻是保障智能汽車安全、高效運(yùn)行的 " 隱形骨架 "。

時(shí)間同步：分布式系統(tǒng)的 " 隱形時(shí)鐘管家 "

時(shí)間同步技術(shù)是指通過硬件、協(xié)議或算法，使多個獨(dú)立系統(tǒng)、設(shè)備或節(jié)點(diǎn)的時(shí)鐘基準(zhǔn)保持一致（或誤差控制在可接受范圍）的技術(shù)體系。其核心是消除不同時(shí)鐘源的 " 時(shí)間偏差 "，確保數(shù)據(jù)采集、傳輸、處理在 " 統(tǒng)一時(shí)間維度 " 上有效關(guān)聯(lián)。

從精度維度看，時(shí)間同步技術(shù)可覆蓋從毫秒級（ms）到納秒級（ns）的需求，常見實(shí)現(xiàn)方式包括：

衛(wèi)星授時(shí)（如 GPS、北斗，提供絕對時(shí)間基準(zhǔn)，精度達(dá)幾十納秒）。

網(wǎng)絡(luò)協(xié)議同步（如 NTP 用于毫秒級同步，PTP/IEEE 1588 用于微秒至納秒級同步）。

硬件時(shí)鐘校準(zhǔn)（如通過晶振 + 算法修正漂移，確保短期穩(wěn)定性）。

時(shí)間同步對智能汽車的作用：核心技術(shù)基石

智能汽車是 " 多傳感器融合 + 車聯(lián)網(wǎng)交互 + 輔助駕駛決策 " 的復(fù)雜系統(tǒng)，時(shí)間同步技術(shù)是智能汽車 " 感知 - 決策 - 執(zhí)行 - 交互 " 全鏈路的 " 時(shí)間基準(zhǔn)錨點(diǎn) "，對內(nèi)，它保障多傳感器數(shù)據(jù)融合的準(zhǔn)確性，避免因時(shí)間偏差導(dǎo)致的感知錯誤；對外，它支撐車聯(lián)網(wǎng)交互的可靠性，確保 V2X 信息的實(shí)時(shí)性與有效性；對安全，它是輔助駕駛決策與執(zhí)行的 " 時(shí)序保障 "，直接關(guān)系到車輛與行人的安全。具體作用體現(xiàn)在以下場景：

確保多傳感器數(shù)據(jù)融合的準(zhǔn)確性

保障車聯(lián)網(wǎng)（V2X）交互的可靠性

支撐高精度定位與路徑規(guī)劃

提升輔助駕駛決策與執(zhí)行的安全性

滿足數(shù)據(jù)記錄與追溯的合規(guī)性

時(shí)間同步技術(shù)在智能汽車典型場景中的應(yīng)用主要時(shí)間同步技術(shù)方案

常見的時(shí)間同步包括：PTP（精確時(shí)間協(xié)議，Precision Time Protocol），gPTP（廣義 PTP，Generalized PTP），CAN（控制器局域網(wǎng)，Controller Area Network）時(shí)間同步，ToD/PPS（時(shí)間日期 / 秒脈沖，Time of Day/ Pulse Per Second），NTP（網(wǎng)絡(luò)時(shí)間協(xié)議，Network Time Protocol）等。

PTP

PTP 時(shí)間同步基于 IEEE 1588 標(biāo)準(zhǔn)，通過主從節(jié)點(diǎn)間的時(shí)間戳交互，實(shí)現(xiàn)納秒級精度的時(shí)間同步。PTP 同步流程通過四次握手計(jì)算時(shí)間偏差（Δ）和鏈路延遲（Delay）：

PTP 時(shí)間同步流程 Sync：主時(shí)鐘發(fā)送同步報(bào)文，記錄發(fā)送時(shí)間 t1。Follow_Up：主時(shí)鐘補(bǔ)發(fā) t1，從時(shí)鐘接收后計(jì)算 t1 + Delay + Δ = t2。Delay_Req：從時(shí)鐘發(fā)送延遲請求，記錄發(fā)送時(shí)間 t3。Delay_Resp：主時(shí)鐘補(bǔ)發(fā) t4，從時(shí)鐘計(jì)算 t3 + Delay - Δ = t4。

其關(guān)鍵機(jī)制包括：

邊界時(shí)鐘（BC）：作為時(shí)間中繼節(jié)點(diǎn)，同步上游主時(shí)鐘并向下游分發(fā)時(shí)間。

透明時(shí)鐘（TC）：交換機(jī) / 路由器記錄報(bào)文在設(shè)備內(nèi)的駐留時(shí)間（Correction Field），補(bǔ)償鏈路不對稱性。

雙步模式：主時(shí)鐘通過 Sync 報(bào)文發(fā)送時(shí)間戳，F(xiàn)ollow_Up 報(bào)文補(bǔ)發(fā)精確時(shí)間，適用于非硬件時(shí)間戳設(shè)備。

在 PTP 時(shí)間同步中，有 E2E（End - to - End，端到端）和 P2P（Peer - to - Peer，對等）兩種不同的延遲測量機(jī)制，其中，E2E 部署簡單（中間設(shè)備無需支持 PTP）、成本低、兼容性好，但是同步精度較低（誤差易累積），故障排查困難（無法定位中間設(shè)備問題），難以滿足高精度場景；P2P 同步精度高（逐段測量延遲，納秒級），故障定位清晰（可追溯具體鏈路 / 設(shè)備），適合復(fù)雜高精度場景。但部署復(fù)雜、成本高，兼容性要求嚴(yán)格。PTP 同步常用于工業(yè)自動化（高精度控制）、電力系統(tǒng)（智能電網(wǎng)同步）、音視頻同步（AVB）、5G 基站同步。

gPTP

gPTP 時(shí)間同步基于 IEEE 802.1AS 標(biāo)準(zhǔn)，專為以太網(wǎng)時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)（TSN）設(shè)計(jì)，優(yōu)化低延遲場景下的同步效率。gPTP 關(guān)鍵技術(shù)包括：

Peer Delay 機(jī)制：測量相鄰設(shè)備間的單向延遲，要求網(wǎng)絡(luò)設(shè)備支持透明時(shí)鐘或邊界時(shí)鐘。

TDMA 調(diào)度：結(jié)合 802.1Qbv 時(shí)間感知整形，實(shí)現(xiàn)周期性數(shù)據(jù)的無沖突傳輸，確保 μ s 級同步精度。

gPTP 同步常用在車載以太網(wǎng)（輔助駕駛傳感器同步）、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IIoT 設(shè)備低延遲協(xié)同）、實(shí)時(shí)音視頻傳輸（如 AVB 音頻系統(tǒng)）。

gPTP 時(shí)間同步流程

Pdelay_Req：Requester 發(fā)送 Pdelay_Req 報(bào)文并標(biāo)記該報(bào)文發(fā)出時(shí)刻的時(shí)間戳 t1。

Pdelay_Resp：Responder 接收 Pdelay_Req 報(bào)文并標(biāo)記該報(bào)文到達(dá)時(shí)刻的時(shí)間戳 t2，隨后 Responder 發(fā)送 Pdelay_Resp 報(bào)文并標(biāo)記該報(bào)文發(fā)出時(shí)刻的時(shí)間戳 t3，Pdelay_Resp 報(bào)文攜帶時(shí)間信息 t2，Requester 接收 Pdelay_Resp 報(bào)文并標(biāo)記該報(bào)文到達(dá)時(shí)刻的時(shí)間戳 t4。

Pdelay_Resp_Follow_Up：Responder 發(fā)送 Pdelay_Resp_Follow_Up 報(bào)文并攜帶 t3 時(shí)間信息。

時(shí)間偏差（Δ）和鏈路延遲（Delay）:

CAN 時(shí)間同步

CAN 總線作為分布式控制網(wǎng)絡(luò)，時(shí)間同步依賴消息周期性與時(shí)間戳機(jī)制，精度約微秒級。CAN 時(shí)間同步是基于消息的同步：

主節(jié)點(diǎn)周期性發(fā)送同步消息（如包含時(shí)間戳的特定 ID 幀）。

從節(jié)點(diǎn)通過接收消息的時(shí)間間隔調(diào)整本地時(shí)鐘（頻率同步），或直接采用消息中的時(shí)間戳（相位同步）。

CAN 時(shí)間同步流程實(shí)現(xiàn)方式

無專用協(xié)議：通常依賴應(yīng)用層自定義邏輯，而非標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議棧。

挑戰(zhàn)：CAN 總線帶寬有限（最高 1Mbps），同步消息頻率受限，精度低于 PTP/gPTP。

CAN 時(shí)間同步常用在車載電子（ECU 分布式控制，如引擎、剎車系統(tǒng)協(xié)同）、工業(yè)現(xiàn)場總線（低速傳感器網(wǎng)絡(luò)）。

ToD/PPS 同步

ToD/PPS 同步將 ToD 和 PPS 組合使用，PPS 提供秒級對齊，ToD 提供完整時(shí)間信息，兩者結(jié)合實(shí)現(xiàn)高精度同步（如 GPS 接收機(jī)同時(shí)輸出 PPS 和 NMEA 時(shí)間數(shù)據(jù)）。

ToD 和 PPS

ToD（時(shí)間日期）：通過串口（如 RS-232/485）或網(wǎng)絡(luò)（如 NTP）傳輸具體時(shí)間，精度取決于傳輸延遲（毫秒級～秒級）。

PPS（秒脈沖）：硬件信號（如 TTL 電平）每秒發(fā)送一個脈沖，上升沿對應(yīng)精確秒起始點(diǎn)，精度可達(dá)納秒級（依賴硬件時(shí)鐘源，如 GPS、原子鐘）。

以 GNSS 方式為例的 ToD/PPS 同步過程

接口與協(xié)議

物理層：PPS 為差分或單端電平信號，ToD 常用 ASCII 格式（如 NMEA 0183）或二進(jìn)制協(xié)議（如 IRIG-B）。

同步流程：設(shè)備通過 PPS 校準(zhǔn)秒邊界，通過 ToD 更新時(shí)間戳，消除累計(jì)誤差。

ToD/PPS 同步常用在金融系統(tǒng)（交易時(shí)間戳）、電信基站（GPS 同步）、工業(yè)設(shè)備（外部基準(zhǔn)時(shí)間源接入）。

NTP 同步

NTP 工作在應(yīng)用層，一般基 UDP 協(xié)議（端口號 123），采用客戶端 - 服務(wù)器架構(gòu)實(shí)現(xiàn)時(shí)間同步。其核心通過時(shí)間戳交換計(jì)算時(shí)間偏差和網(wǎng)絡(luò)延遲，典型的 NTP 交互過程包含四次報(bào)文傳輸。

NTP 同步層次化結(jié)構(gòu)采用 Stratum 等級體系來確定時(shí)間源的層級。Stratum0 為最精確的時(shí)間源，通常是原子鐘或衛(wèi)星時(shí)間接收器；Stratum1 服務(wù)器直接與 Stratum0 設(shè)備相連；Stratum2 服務(wù)器從 Stratum1 獲取時(shí)間，依此類推。層級越低，時(shí)間精度越高，一般局域網(wǎng)內(nèi) NTP 同步精度可達(dá) 5ms ，廣域網(wǎng)中精度為幾十毫秒。

NTP 廣泛應(yīng)用于互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)、企業(yè)辦公網(wǎng)絡(luò)、日志管理等場景。例如，在大型網(wǎng)站服務(wù)器集群中，通過 NTP 確保各服務(wù)器時(shí)間一致，便于日志分析和用戶行為追蹤；在企業(yè)辦公網(wǎng)絡(luò)中，為計(jì)算機(jī)、打印機(jī)等設(shè)備提供統(tǒng)一時(shí)間基準(zhǔn)。

NTP 時(shí)間同步流程

各同步方案技術(shù)對比

時(shí)間同步評價(jià)指標(biāo)

時(shí)間同步技術(shù)的測量與評價(jià)需圍繞 " 同步精度 "" 穩(wěn)定性 "" 可靠性 " 等核心維度展開，不同場景（如智能汽車、工業(yè)控制、通信網(wǎng)絡(luò)）的指標(biāo)側(cè)重略有差異，但基礎(chǔ)指標(biāo)體系一致。以下是時(shí)間同步技術(shù)的關(guān)鍵測量評價(jià)指標(biāo)：

精度指標(biāo)

用于衡量時(shí)間同步的 " 準(zhǔn)確性 "，即兩個時(shí)鐘的時(shí)間偏差程度：

時(shí)間偏差（Time Offset）：兩個時(shí)鐘（如本地時(shí)鐘與參考時(shí)鐘）在同一時(shí)刻的時(shí)間差值，公式為：偏差 = 本地時(shí)鐘值 - 參考時(shí)鐘值。時(shí)間偏差直接反映同步誤差的絕對值，是最基礎(chǔ)的精度指標(biāo)。例如，智能汽車傳感器同步要求偏差≤ 1 μ s，否則會導(dǎo)致數(shù)據(jù)融合錯位。

同步精度（Synchronization Accuracy）：經(jīng)過同步后，系統(tǒng)中所有時(shí)鐘與參考時(shí)鐘的最大允許偏差范圍。單位：納秒（ns）、微秒（μ s）、毫秒（ms）等，根據(jù)場景需求而定（如智能汽車多傳感器融合需≤ 100ns，V2V 通信需≤ 1ms）。

穩(wěn)定性指標(biāo)

用于衡量時(shí)間同步的 " 長期一致性 "，即時(shí)鐘偏差隨時(shí)間的波動程度。

時(shí)鐘漂移（Clock Drift）：時(shí)鐘因硬件（如晶振）誤差導(dǎo)致的頻率偏移，表現(xiàn)為時(shí)間偏差隨時(shí)間逐漸增大的速率（單位：ppm，即百萬分之一）。

抖動（Jitter）：短時(shí)間內(nèi)（如毫秒級）時(shí)鐘偏差的隨機(jī)波動，通常用偏差值的標(biāo)準(zhǔn)差表示。抖動反映同步的短期穩(wěn)定性。例如，智能汽車 V2X 通信中，抖動過大會導(dǎo)致信息接收時(shí)間不確定，影響實(shí)時(shí)決策。

可靠性與效率指標(biāo)

用于衡量同步技術(shù)的 " 實(shí)用性 " 和 " 魯棒性 "。

同步建立時(shí)間（Synchronization Time）：系統(tǒng)從啟動到達(dá)到目標(biāo)同步精度所需的時(shí)間。對動態(tài)場景至關(guān)重要。例如，智能汽車啟動后需快速完成傳感器同步（如≤ 1 秒），否則自輔助駕駛功能無法及時(shí)激活。

同步保持時(shí)間（Holdover Time）：當(dāng)參考時(shí)鐘（如衛(wèi)星信號）丟失后，系統(tǒng)依靠本地時(shí)鐘維持同步精度的最長時(shí)間。

抗干擾能力：在網(wǎng)絡(luò)延遲、信號丟包、電磁干擾（EMI）等環(huán)境下，維持同步精度的能力?？垢蓴_能力通過丟包率（如 5% 丟包時(shí)的同步偏差變化）、電磁兼容（EMC）測試（如汽車電子環(huán)境下的抗干擾性能）衡量。

資源開銷：同步過程占用的計(jì)算資源（CPU/ 內(nèi)存）和網(wǎng)絡(luò)帶寬。智能汽車域控制器算力有限，需選擇輕量化協(xié)議（如簡化版 PTP），避免資源浪費(fèi)影響核心功能。

場景化衍生指標(biāo)

在智能汽車等特定領(lǐng)域，還需結(jié)合應(yīng)用需求定義細(xì)分指標(biāo)：

跨域同步一致性：智能汽車的感知域、決策域、執(zhí)行域之間的時(shí)鐘偏差（如決策指令與執(zhí)行器響應(yīng)的時(shí)間差）。

V2X 時(shí)間戳有效性：車與車 / 路通信中，時(shí)間戳的可信度（如防止惡意節(jié)點(diǎn)偽造時(shí)間信息導(dǎo)致的安全風(fēng)險(xiǎn)）。

日志時(shí)間可追溯性：車輛行駛數(shù)據(jù)的時(shí)間標(biāo)簽與絕對時(shí)間（如北斗授時(shí)）的偏差，需滿足法規(guī)要求（如歐盟 UN R155 標(biāo)準(zhǔn)）。

C1296 跨域時(shí)間同步的場景實(shí)測

黑芝麻智能武當(dāng) C1296 芯片包括：ADAS 域、IVI 域、功能安全域、實(shí)時(shí)控制域、網(wǎng)關(guān)域、儀表域等多個子系統(tǒng)，以及 CPU、GPU、NPU、ISP、DSP 等多個內(nèi)部模塊。在 C1296 芯片中，提供了豐富的硬件接口，支持硬件戳和硬件 PTP 時(shí)鐘，可以實(shí)現(xiàn)亞微秒級、高精度的時(shí)間同步，各個模塊都有可能作為內(nèi)部的主時(shí)鐘源。此外，C1296 芯片還支持作為 end station 同步到外部時(shí)鐘源，可以對激光雷達(dá)或其他處理器進(jìn)行授時(shí)。

空負(fù)載下 C1296 上各同步方式實(shí)測（單位：ns）

場景 1：使用 switch 域的多樣化時(shí)間同步方式完成時(shí)間同步場景搭建

C1296 芯片網(wǎng)關(guān)域集成多個硬件時(shí)鐘，即可以獨(dú)立使用保證時(shí)鐘隔離也可以硬件同步保持時(shí)鐘一致性，并且網(wǎng)關(guān)域支持多種同步方式：gPTP 時(shí)間同步、CAN 時(shí)間同步、GNSS 時(shí)間同步等，滿足從時(shí)鐘源同步時(shí)間后同時(shí)給其他域及其他外部設(shè)備提供時(shí)間同步功能。

在場景 1 中，網(wǎng)關(guān)域一方面作為從時(shí)鐘通過 GPTP（CAN/GNSS）同步方式從時(shí)鐘源同步時(shí)間，另一方面作為主時(shí)鐘通過內(nèi)部 ToD/PPS 方式給 C1296 內(nèi)的其他子系統(tǒng)同步時(shí)間，不僅如此，網(wǎng)關(guān)域還可以通過 gPTP 同步方式給場景內(nèi)的其他支持 gPTP 同步的外設(shè)同步時(shí)間。同時(shí) C1296 的 ADAS 域支持 PTP 時(shí)間同步給 Lidar 等傳感器外設(shè)授時(shí)，實(shí)時(shí)控制域支持 CAN 同步方式給 Radar 等傳感器外設(shè)授時(shí)。

C1296 網(wǎng)關(guān)域給芯片內(nèi)其他子系統(tǒng)進(jìn)行同步時(shí)間時(shí)，會使用到 GTC 單元，GTC（Global Timebase Counter）是在 C1296 內(nèi)部的一個連續(xù)運(yùn)行的 64 位累加計(jì)數(shù)器，以恒定的時(shí)鐘頻率持續(xù)累加。網(wǎng)關(guān)域作為內(nèi)部主時(shí)鐘周期性觸發(fā) PPS 信號并通過 GTC 傳遞到其它各子系統(tǒng)，GTC 同時(shí)鎖存信號到達(dá)時(shí)對應(yīng)的計(jì)數(shù)值。網(wǎng)關(guān)域發(fā)送 PPS 信號成功后會廣播該 PPS 信號的 PHC 時(shí)間和 GTC 鎖存計(jì)數(shù) , 這樣其它各子系統(tǒng)就可以對齊 ToD 和 PPS 時(shí)間實(shí)現(xiàn) ToD/PPS 方式同步。

場景 2：使用輔助駕駛域的豐富接口搭建適配不同的時(shí)間同步場景需求

C1296 芯片 ADAS 域支持硬件戳和硬件 PTP 時(shí)鐘，集成 PTP 時(shí)間同步和 NTP 時(shí)間同步等方式，可以從時(shí)鐘源同步時(shí)間，同時(shí)給其他域和外部終端提供時(shí)間同步功能。ADAS 域提供系統(tǒng)的 SDK 和示例，支持時(shí)間同步方式的開發(fā)定制。

在場景 2 中，ADAS 域一方面作為從時(shí)鐘通過 PTP 同步方式從時(shí)鐘源同步時(shí)間，另一方面作為主時(shí)鐘通過內(nèi)部 ToD/PPS 方式給 C1296 內(nèi)的其他子系統(tǒng)同步時(shí)間，不僅如此，ADAS 域還可以通過 PTP 同步方式給場景內(nèi)的其他外設(shè)如 Lidar 授時(shí)，實(shí)時(shí)控制域支持 CAN 同步方式給 Radar 等傳感器外設(shè)授時(shí)，網(wǎng)關(guān)域支持 gPTP 同步方式給場景內(nèi)的其他支持 gPTP 同步的外設(shè)同步時(shí)間。

C1296 芯片的網(wǎng)關(guān)域、ADAS 域、實(shí)時(shí)控制域等都具有硬件 PTP 時(shí)鐘，支持硬件時(shí)間戳。同步協(xié)議上支持和集成了 gPTP、PTP、CAN、NTP、ToD/PPS 同步等多種同步方式，如此，各個域都可以作為內(nèi)部的主時(shí)鐘源從外部時(shí)鐘源同步時(shí)間并進(jìn)行內(nèi)部時(shí)間同步。此外，各域還支持作為時(shí)鐘源對激光雷達(dá)或其他處理器進(jìn)行授時(shí)。

基于 C1296 芯片，結(jié)合 C1296 跨域時(shí)間同步技術(shù)，可以快速、靈活搭建多域場景的時(shí)間同步解決方案，實(shí)現(xiàn)各域時(shí)間線的高精度對齊，消除多域計(jì)算單元的時(shí)鐘信任鴻溝。

來源：雷鋒網(wǎng)