.. _Livox时间戳同步: Livox设备时间同步 ============================ 时间同步说明 ------------ Livox设备支持3种时间同步方式： **PTP**：IEEE 1588v2.0 PTP 网络协议同步； **GPS**：秒脉冲+GPRMC时间数据，组成GPS时间同步方式； **PPS**：秒脉冲同步，需要上层应用程序通过其他途径（如：uart）获取每个脉冲的时间信息，并修正点云时间。目前仅LiDAR支持这种同步方式，且由于用法较为复杂，不推荐用户使用这种方式进行LiDAR时间的同步。 不同设备支持的同步方式： ======================================= ======================================= 设备 支持的同步方式 --------------------------------------- --------------------------------------- Livox LiDAR 1.PTP v2 2.GPS 3.PPS（不推荐PPS） Livox Hub 1.PTP v2 2.GPS ======================================= ======================================= 同步原理 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ PTP时间同步原理 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^ 同步过程使用IEEE 1588v2.0 PTP的Delay request-response机制（two steps），Livox设备作为slave端，和master时钟设备进行ptp时间同步。 .. image:: ../../image/timesync/ptp_1588.png master和slave时钟通过Sync、Follow_Up、Delay_Req、Delay_Resp这几个数据包的交互，得到t1、t2、t3、t4时间，通过如下计算得到传输路径延迟和两时钟的偏移： 传输路径延时： .. math:: Delay = [(t4 – t1) – (t3 – t2)]/2 时间偏移： .. math:: Offset = (t2 - t1) - Delay = [(t2 – t1) + (t3 – t4)]/2 GPS时间同步原理 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^ GPS时钟源的PPS端口每秒发送一次硬件脉冲（PPS信号），随后数据端口发送一次对应这个脉冲上升沿的时间信息（GPRMC格式）。 Livox设备接收到PPS信号上升沿，并由GPRMC数据解析出正确的时间信息后，会设置点云时间为GPS时间，并保持此时间基准持续累加，来实现和GPS设备的时间同步。 - Livox Hub可以直接接收RS485电平的GPRMC信号； - Livox LiDAR无法直接接收GPRMC信号，需要将GPRMC数据端口接入PC，然后通过sdk协议发送给雷达； .. image:: ../../image/timesync/gps_sync.png PPS信号和GPRMC信号的时序要求： ======================================= ======================================= ======================================= ======================================= 时间 描述 有效范围 推荐值 --------------------------------------- --------------------------------------- --------------------------------------- --------------------------------------- t0 相邻两次秒脉冲上升沿的间隔 900 ms ~ 1100ms 1000 ms t1 秒脉冲的高电平时间 5 ms ~ 900 ms 10 ms ~ 200 ms t2 GPRMC的传输时间（波特率：9600bps） ≈ 70 ms 70 ms t3 GPRMC数据开始发送相对于脉冲上升沿的延迟 0 ms ~ 900 ms 0 ms ~ 430 ms ======================================= ======================================= ======================================= ======================================= 应用场景 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ **PTP:** 在没有GPS和PPS硬件信号的情况下，PTP v2可用于Livox LiDAR/Hub和其他设备之间的时间同步。这种方法所需要的外部硬件支持最少，只需要在整个网络中有一个master时钟设备即可。 **GPS:** Livox Hub接入多个LiDAR时可以使用这种同步方式，Livox Hub需要接入GPS接收器的PPS信号，以及GPRMC格式的时间信号，此时LiDAR点云时间会自动修正成GPS时间。 Livox LiDAR也可以使用GPS同步，但需要将GPRMC信号接入PC，然后通过SDK协议将时间数据发送给LiDAR。 使用方法 ------------------------ PTP ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ 当Livox LiDAR或者Hub连接到有ptp master时钟的网络中时，设备会自动同步自己的时间到主时钟。 **第一步：检查网络中的master时钟是否正常：** PC上配置主时钟的方法可参考附录 :ref:`PTP` 如果网络中有Sync、Follow_Up这两个数据，则说明存在PTP master时钟源，且正常工作： .. image:: ../../image/timesync/wireshark_ptp.png **第二步：连接Livox LiDAR/Hub** 通过网线正常连接Livox LiDAR/Hub即可，无需额外接线。 **第三步：如何查看设备在使用PTP 1588同步** 1、通过查看点云数据包头中的timestamp_type数据， `点云数据协议 `_ 如果timestamp_type为1，则说明设备正在进行PTP时间同步： +----------------+-----------+------------+ | timestamp_type | data_type | 时间类型 | +================+===========+============+ | 1 | uint64_t | 纳秒（ns） | +----------------+-----------+------------+ 2、或者在Livox Viewer上位机中，查看Settings选项，下图的Sync State表明Hub在使用ptp 1588同步。 .. image:: ../../image/timesync/viewer_ptp.png .. note:: - PTP同步优先级最高，当PTP、PPS或GPS同时可用时，会优先使用PTP网络同步； - 不支持具有多个主时钟的网络环境； - 百纳秒精度； GPS ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ 为了兼容其他厂商的LiDAR硬件，Livox设备也支持GPS时间同步。 由于Livox有不同种类的硬件（LiDAR/Hub），在使用GPS同步时，可以将硬件接口分为3类： 1. 使用Livox Hub； 2. 使用Livox Converter 1.0连接的LiDAR（如：Mid-40、Mid-100）； 3. 使用Livox Converter 2.0连接的LiDAR（如：Tele-15、Horizon）； 下面将分别介绍如何使用这3种接口进行GPS时间同步。 Livox Hub ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^ **硬件连接** 如果GPS模块的时间信号和PPS信号是RS485电平，直接将线接入Hub的GPS时间同步口（GPS sync port）即可。 如果GPS模块的时间信号和PPS信号是TTL电平，则需要进行如下的电平转换后，才能将信号接入Hub的GPS时间同步口（GPS sync port）。 .. image:: ../../image/timesync/gps_ttl_hub.png .. note:: Hub使用GPS同步时，不需要进行SDK软件的配置。 Livox Converter 1.0 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^ 目前默认使用Livox Converter 1.0的设备有： 1. Mid-40 2. Mid-100 **硬件连接** 将GPS模块的时间信号（GPRMC）通过TTL转usb模块接入PC，PPS信号接入LiDAR转接盒同步口（Sync Port）。 .. image:: ../../image/timesync/gps_ttl_mid.png 如果GPS模块输出的PPS为RS485电平的信号，则上图可以省略TTL转485模块。 **软件配置** 由于需要PC接收GPRMC数据，然后通过SDK协议发送给LiDAR，对产品的固件版本有如下要求： - Mid firmware version: >= **v03.07.0000** - SDK version >= **v2.1.0** **使用ROS driver的情况** 1、按照上面的介绍正确连接硬件； 2、查看接入PC的usb模块的端口名称，例如 ``/dev/ttyUSB0``\ ，添加到 `livox_lidar_config.json `__ 文件中“timesync_config”的“device_name”，然后将“enable_timesync”配置为 ``true``\ ，波特率“baudrate_index”可以参考 `Livox_ros_driver `_ 来配置具体数值 :: "timesync_config": { "enable_timesync": true, "device_name": "/dev/ttyUSB0", "comm_device_type": 0, "baudrate_index": 2, "parity_index": 0 } 3、运行launch file； **只使用SDK的情况** 下面的链接是实现GPRMC数据接收和解析，并通过SDK协议发送给LiDAR的程序： `Livox_SDK_UTC同步 `_ Livox Converter 2.0 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^ 目前包装盒中标配使用Livox Converter 2.0的设备有： 1. Horizon 2. Tele-15 **硬件连接** 将GPS模块的时间信号（GPRMC）通过TTL转usb模块接入PC，PPS信号接入LiDAR转接盒同步口（Sync Port）。 .. image:: ../../image/timesync/gps_ttl_horizon.png **软件配置** 由于需要PC接收GPRMC数据，然后通过SDK协议发送给LiDAR，对产品的固件版本有如下要求： - Horizon firmware version: >= **v06.06.0000** - Tele-15 firmware version: >= **v07.09.0000** - SDK version >= **v2.1.0** **使用ROS driver的情况** 1、按照上面的介绍正确连接硬件； 2、查看接入PC的usb模块的端口名称，例如 ``/dev/ttyUSB0``\ ，添加到 `livox_lidar_config.json `__ 文件中“timesync_config”的“device_name”，然后将“enable_timesync”配置为 ``true``\ ，波特率“baudrate_index”可以参考 `Livox_ros_driver `_ 来配置具体数值 :: "timesync_config": { "enable_timesync": true, "device_name": "/dev/ttyUSB0", "comm_device_type": 0, "baudrate_index": 2, "parity_index": 0 } 3、运行launch file； **只使用SDK的情况** 下面的链接是实现GPRMC数据接收和解析，并通过SDK协议发送给LiDAR的程序： `Livox_SDK_UTC同步 `_ 状态检查 ~~~~~~~~~~~~~~ 1、通过查看点云数据包头中的timestamp_type数据，`点云数据协议 `_ 如果timestamp_type为3，则说明设备正在进行GPS时间同步： +----------------+----------------+-------------+ | timestamp_type | data_type | 时间类型 | +================+================+=============+ | 3 | UTC（8 Bytes） | UTC时间格式 | +----------------+----------------+-------------+ UTC时间格式： .. image:: ../../image/timesync/utc_time.png 2、或者在Livox Viewer上位机中，查看Settings选项，下图的Sync State表明Hub在使用GPS同步。 .. image:: ../../image/timesync/viewer_gps.png .. note:: - 通常情况下，GPS模块接收到GPS信号，才能正常输出PPS信号和时间信号。在使用时，需要确保GPS信号是稳定的； - 目前时间信号只支持GPRMC/GNRMC这两种格式； - 1 us级别精度 PPS ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ **由于这个用法较为复杂，不建议使用这种同步方式** Livox LiDAR每次接收到PPS信号的上升沿后，会将当前时刻的点云时间置为0，然后重新开始计时直到下一个PPS脉冲到来。我们可以利用这个特性，来实现PPS脉冲对LiDAR时间的同步。 下面是实现这个流程的伪代码： .. code:: c // PPS Time Synchronization static uint64_t lidar_time_last; static uint64_t lidar_time_real; // 1. Read the PPS rising edge time, Unit is nanosecond. uint64_t pps_time_ns = get_pps_rising_nsecond(); // 2. Read LiDAR point time, Unit is nanosecond. uint64_t lidar_time = get_lidar_pack_time(); // 3. Update real time. if (lidar_time < lidar_time_last) { //LiDAR time jump indicates the generation of PPS rising edge. lidar_time_real = pps_time_ns + lidar_time%(1000000000); } else { lidar_time_real += lidar_time - lidar_time_last; } //Update history lidar_time_last = lidar_time; .. note:: 用戶需要通过其他方式获得PPS上升沿的时间信息，对应上述代码中的get_pps_rising_nsecond()接口。 附录 ------------ .. _PTP: 配置PTP主时钟 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ 参考： `The Linux PTP Project `_ 下载，编译和安装： .. code:: bash git clone http://git.code.sf.net/p/linuxptp/code linuxptp cd linuxptp make sudo make install 如果要让ptp4l正常工作，需要系统的Linux kernel version 3.0或者更新版本。通过下面的指令来检查网卡是否支持软件/硬件时间戳功能（如：查询网卡 ‘eth0’ 的状态）。 .. code:: bash ethtool -T eth0 下图的例子中，表明eth0网卡支持硬件时间戳。 .. image:: ../../image/timesync/ptp_support.png 下图的例子中wlan0网卡不支持硬件和软件时间戳，linuxptp/ptp4l不能正常工作。 .. image:: ../../image/timesync/ptp_not_support.png 运行如下指令，开启ptp4l的master时钟功能： .. code:: bash sudo ptp4l -i eth0 -l 6 -m 如果网络中出现 ``Sync Message`` 数据，说明ptp4l程序的master时钟功能正常运行： .. image:: ../../image/timesync/wireshark_ptp.png 可以使用如下命令让系统时间和PTP硬件时钟同步: 如果需要更多相关的信息, 请参考 `phc2sys链接 `__ .. code:: bash sudo phc2sys -c eth0 -s CLOCK_REALTIME -O 0 完成以上步骤，即可通过ptp4l实现雷达时间和PC本地系统时间的同步。