时间敏感网络(TSN)是IEEE提出的具有实时性和确定性的以太网新技术。随着应用的不断推广和性能要求的不断提高,TSN网络对时钟同步精度的要求也在不断提高。只有网络节点之间同步精度越高,TSN网络中基于时间门控的调度协议执行的准确度才会越高,TSN网络的整体性能才会越好。为了进一步提高TSN网络节点之间的时钟对时精度,进而满足TSN网络中时间门控精度的要求,本文着重研究了IEEE 802.1AS协议,并在实验室开发的原型TSN网络系统的基础上,从降低CPU运行负载以提高同步系统同步稳定性和降低报文传输时延以提高时间同步精度这两个关键点入手,对同步系统架构进行重整,在软件和硬件两方面都提出了改进措施,从而可以在原平台的软硬件架构基础上实现了系统同步性能提升。主要内容分为如下两方面:(1)通过嵌入式协处理器分担主控CPU计算负载,提高同步系统计算相应能力。TSN网络的控制层面不仅仅运行着802.1AS协议进程(改进的gPTP),还有MRP、MVRP和MSRP等协议进程、设备功能配置和性能监测程序、以及802.1Qbv协议的配置和控制界面程序等。当这些程序同时运行时,CPU承受的负载较重。由内核的进程调度算法原理得知,此时的gPTP进程得到的时间片被滞后执行,这会造成时钟调整被延误(产生跨秒操作)和(CPU负载过高导致的)时间误差计算错误的情况,从而导致同步系统对时变得不可靠。以解决此问题为目标,本文设计出了基于MicroBlaze软核的时间同步系统,把常规同步任务交给MicroBlaze来运行。在这个系统设计中,MicroBlaze只需要执行同步协议即可,不必和系统控制层面的其它进程去竞争CPU资源。而且因为MicroBlaze对下层寄存器的访问不需要经历内存映射这一层面,所以MicroBlaze对MAC层的寄存器访问比CPU单板更加直接,因而访问速度会更加迅速。通过实现TSN网络中gPTP进程的快速运行和配置,时钟同步的精度和稳定性有了显著的提高。(2)通过降低同步报文在系统中的传输时延,缩短端节点间时延测量的时间,增加时钟误差调整的频次,从而提高系统时间的同步精度。在原TSN原型系统中,802.1AS协议规定每秒钟执行一次“Pdelay报文时延测量”。但实际系统中只能4秒钟才能进行一次时延测量。这在一定程度上降低了时钟的同步精度,尤其在主时钟性能不佳的情况下。其主要原因就是系统中报文传输时延较高,报文经过了多次复制。为了解决这个问题,本文引入LwIP协议栈,可以从Microblaze的数据链路层截取报文,大幅减少报文复制,大大缩短了报文传输时延,从而得以通过增加时间调整的频次,提高系统同步精度。本文按照设计方案搭建了测试系统,在实验室中经过长时间的测试,并对得出的实验数据进行了分析。在实验室的环境下,对比不同的CPU负载,基于MicroBlaze的TSN同步系统改进方案在同步精度上均有不同程度提升。