【JETSON+FPGA+GMSL+AI】自动驾驶与移动机器人的摄像头如何实现高精度时间同步？

RGB点云图（来源于网络）

在自动驾驶、机器视觉等领域，多传感器协同感知是系统可靠运行的核心，无论是定位导航、构建地图、还是障碍物检测，都必须依赖摄像头和其他传感器(如激光雷达、IMU等)的数据融合。而时间同步在数据融合中扮演了关键的角色，特别是在自动驾驶、移动机器人等高速运动场景中,对同步性要求更高，通常需要达到1毫秒(ms,1e-3s)以内精度。

英伟达 Jetson AGX Orin 凭借高算力与灵活扩展性，成为自动驾驶、移动机器人等领域的主流计算平台。然而，如何实现接入Orin平台的摄像头高精度同步仍是关键挑战。

当前，市面主流的摄像头方案各有特点：USB 摄像头即插即用，但连接不稳定，无同步机制，易丢帧；网络摄像头适配性好，但需额外同步信号，且传输时延长（约 100ms）；GMSL 摄像头连接稳定，低时延，支持同步信号透传，同步精度理论上可达微秒(μs,1e-6s)级，是自动驾驶、机器人视觉传感器的优选方案。

当GMSL 摄像头接入 Jetson AGX Orin 平台时，通常利用 Orin 内置定时器生成触发信号，经 FPC 排线传输至解串器，再通过 GMSL 链路透传控制摄像头曝光。

Orin主机软件驱动同步示例图

GMSL 2协议具有高达6Gbps的传输带宽，支持点对点链路通信，硬件信号直接收发的机制，确保主机发出的硬件触发信号以极低的时延（<20μs）到达设备端（例如摄像头），同时多路设备接收到的触发信号时间差非常小（<2μs）。

GMSL摄像头时间同步逻辑示意图

注：τ 是触发信号（Trigger）到Sensor曝光控制信号（FSYNC）的传输延迟 < 20μs；ΔT是两相机间 Trigger 信号到达 CMOS 的时间差 < 2μs，体现了GMSL 具备低时延与高同步性的特点。

GMSL摄像头两路外同步曝光Trigger时序实测图

然而，在Jetson Orin系统里，通常使用PWM（脉宽调制）信号或GPIO脉冲作为触发信号。PWM可以输出固定频率（例如30Hz）的周期信号，更适合作为摄像头的触发控制信号。但摄像头因内部采用多帧融合工作机制，对时序要求极为严格，控制信号精度需达到微秒级，否则易出现丢帧、错帧等问题。而在Jetson Orin系统中，除非使用专门的硬件控制PWM时序，否则其精度无法满足摄像头的要求。

解决方案与技术架构

此前已推出配套 Jetson AGX Orin 的视觉开发套件，结合在视觉传感与自动驾驶领域的技术积累，创新性地提出“硬件触发 + 协议授时”组合策略，打造跨平台、高精度时间同步解决方案，覆盖从多路摄像头同步到多传感器融合的全场景需求。

微秒级视觉同步：硬件触发，规避系统延迟

同步盒高精度同步示例图

核心机制： CS300同步盒可生成 10-120Hz 高精度触发信号，精度达亚微秒级，经 GMSL 通道传递至摄像头以控制曝光同步。

同时，CS300同步盒还支持外接同步信号源并进行分频处理，例如将 IMU 输出的 200Hz 同步信号分频至 20Hz，实现与摄像头的同步。

关键优势： 绕过Jetson AGX Orin主机软件层及操作系统调度，彻底消除由此引入的抖动和延迟，实现稳定可靠、亚微秒级别的视觉设备硬件同步，并且支持摄像头与外部传感器的同步控制。

系统级时钟对齐：PTP授时，构建统一时间基准

由于不同传感器硬件特性与传输链路差异（例如激光雷达通常支持 PTP 授时并自带时间戳，而摄像头与 IMU 则无），因此为满足多传感器的高精度融合需求，需构建统一的系统级时间基准。而CS300同步盒支持PTP 和 gPTP 主/从模式，可作为精准时钟源。

CS300同步盒授时同步示例图

核心机制： CS300同步盒与Jetson AGX Orin（配置为PTP从时钟）、支持PTP的激光雷达等传感器，共同构建分布式时间同步网络。

关键优势： 通过PTP协议实现系统内所有设备（Orin、摄像头、LiDAR、IMU等）的高精度时钟溯源与对齐，授时精度优于10微秒(μs)，确保多源数据融合时具备严格的时空一致性。对于非PTP设备（如普通摄像头），其触发时刻或采集数据的时间戳可基于此统一时钟基准进行对齐。

方案优势与应用价值

基于 Jetson AGX Orin 平台打造的时间同步方案，通过 “硬件触发 + 协议授时” 的组合策略，实现了从高精度同步到多传感器融合的灵活覆盖，同时具备三大核心价值：

1.场景适配性：支持多种同步模式，能够满足从消费级到车规级的差异化需求，在精度与成本之间达到良好平衡，且具备跨平台适用能力。

2.开发便捷性：提供适配摄像头的完整驱动与配置，支持 V4L2 协议及 ROS 框架，配套 SDK 可快速完成摄像头参数设置与同步控制，显著缩短开发周期。

3.可靠性保障：采用硬件级同步机制与抗干扰设计，可确保在复杂车载环境下稳定运行，为系统的可靠工作提供坚实保障。

目前，时间同步方案已在自动驾驶多传感器融合、移动机器人导航等对时空一致性要求严苛的领域得到广泛应用，为高可靠感知系统提供了坚实的底层技术支撑，助力相关行业的技术升级与发展。