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Steve专栏
以纳秒(及亚毫微秒)计数的“白兔”
来源:  时间:2015-07-20  浏览量:4139

  由Seven Solutions公司Javier Díaz博士(首席执行官)、RafaelRodríguez-Gómez(首席技术官)和Eduardo Ros博士(首席运营官)联合撰写

  (节选自Xcell Journal最新发布的文章)

  欧洲核研究组织——欧洲核子研究委员会(CERN)推出了一项基于以太网的技术(代号“白兔”),旨在满足高速精确计时的需要。该技术已广泛分布于许多应用程序中,包括100 G以太网和5 G移动通信网络、智能电网、高频交易及地理定位系统。“白兔”以《爱丽丝梦游奇境》故事中的兔子命名,其基于并且兼容标准的机制,如PTPv2 (IEEE-1588v2)和同步以太网,但对其稍加修正又可以实现亚毫微秒的精准性。“白兔”本身便可在远程链接中进行自我校正,并可将时间分配至大量的设备中,且不会对设备产生的很大的影响。

  起初,由位于西班牙格拉纳达的Seven Solutions公司协助设计“白兔”产品,其设计不仅包含电子产品,也涵盖固件和门逻辑。同时,公司还基于该技术提供定制化服务和交钥匙解决方案。“白兔”技术作为以太网技术的延展,是否可能出现在下一个高精度框架配置文件的精准时间协议标准(IEEE-1588v3)中,这正在进行详尽的评估。标准化将促使“白兔”技术与其它各种不同的技术进行融合。

  “白兔”涵盖了大量的机制,以便在以太网扩展框架内优化其计时精度(以此保持以太网通信结构)。其将PTP、同步以太网和数字双混频时差(DMTD)相位跟踪集为一体。Seven Solutions公司新发布的WR-ZEN开发板则展示了“白兔”的关键元素如何集中在一款产品中。

  Seven Solutions公司基于Zynq的“白兔”WR-ZEN开发板

  WR-ZEN开发板基于Xilinx’s Zynq-7000全可编程SoC,包括“白兔”内核(WRC)以及可以提供高精度时钟的千兆以太网MAC。而WRC中应用的同步机制包含以下元素:

  • 频率同步(同步性):使用SyncE同步将时钟编码在数据链路中。为确保所有的节点都使用相同的频率,采用一种基于本地晶振并遵照外部时钟方式恢复光链路时钟的原理(译者注:自同步方式,CDR恢复数据)。

  • 相位同步:将节点的物理时钟转发到主控端,反之亦然。这样,主控端可以将信号的相位(来自于从动装置)与自己的相位进行比较。偏差应等于信号通过光纤的传播时间(可通过PTP测量)。获得此信息后,主控端可以判断其本身的时钟与从动装置时钟的相位差异,并要求从动装置将相位转换至与主控端相同的值。在FPGA门逻辑中使用DMTD便可完成上述过程。

  • 时间同步:这是使用PTPv2协议可达到的结果。其结果是测量链接传播时间及提供全球传播时间。“白兔”也考虑到,在用于每个通信传输的双向光纤中,因利用不同的波长会引起不对称的传播时间,为此,其进一步完善了PTP标准协议的精准度。由于频率和相位在先前是同步的,因此我们能保证“白兔”网络下所有设备的全球时间概念。

  注释:本文是节选。想了解Xcell Journal最新发布的全文,请点击此处
原文链接:http://forums.xilinx.com/t5/Xcell-Daily-Blog/White-Rabbit-When-Every-Nanosecond-and-Subnanosecond-Counts/ba-p/598108

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