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基于FPGA的精確時鐘同步方法研究.rar

  • 資源大小:1998 K
  • 上傳時間: 2013-08-04
  • 上傳用戶:xukejia
  • 資源積分:2 下載積分
  • 標(biāo)      簽: FPGA 時鐘同步 方法研究

資 源 簡 介

在工業(yè)控制領(lǐng)域,多種現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)共存的局面從客觀上促進了工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)的迅速發(fā)展,國際上已經(jīng)出現(xiàn)了HSE、Profinet、Modbus TCP/IP、Ethernet/IP、Ethernet Powerlink、EtherCAT等多種工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議。將傳統(tǒng)的商用以太網(wǎng)應(yīng)用于工業(yè)控制系統(tǒng)的現(xiàn)場設(shè)備層的最大障礙是以太網(wǎng)的非實時性,而實現(xiàn)現(xiàn)場設(shè)備間的高精度時鐘同步是保證以太網(wǎng)高實時性的前提和基礎(chǔ)。 IEEE 1588定義了一個能夠在測量和控制系統(tǒng)中實現(xiàn)高精度時鐘同步的協(xié)議——精確時間協(xié)議(Precision Time Protocol)。PTP協(xié)議集成了網(wǎng)絡(luò)通訊、局部計算和分布式對象等多項技術(shù),適用于所有通過支持多播的局域網(wǎng)進行通訊的分布式系統(tǒng),特別適合于以太網(wǎng),但不局限于以太網(wǎng)。PTP協(xié)議能夠使異質(zhì)系統(tǒng)中各類不同精確度、分辨率和穩(wěn)定性的時鐘同步起來,占用最少的網(wǎng)絡(luò)和局部計算資源,在最好情況下能達(dá)到系統(tǒng)級的亞微級的同步精度。 基于PC機軟件的時鐘同步方法,如NTP協(xié)議,由于其實現(xiàn)機理的限制,其同步精度最好只能達(dá)到毫秒級;基于嵌入式軟件的時鐘同步方法,將時鐘同步模塊放在操作系統(tǒng)的驅(qū)動層,其同步精度能夠達(dá)到微秒級。現(xiàn)場設(shè)備間微秒級的同步精度雖然已經(jīng)能滿足大多數(shù)工業(yè)控制系統(tǒng)對設(shè)備時鐘同步的要求,但是對于運動控制等需求高精度定時的系統(tǒng)來說,這仍然不夠。基于嵌入式軟件的時鐘同步方法受限于操作系統(tǒng)中斷響應(yīng)延遲時間不一致、晶振頻率漂移等因素,很難達(dá)到亞微秒級的同步精度。 本文設(shè)計并實現(xiàn)了一種基于FPGA的時鐘同步方法,以IEEE 1588作為時鐘同步協(xié)議,以Ethernet作為底層通訊網(wǎng)絡(luò),以嵌入式軟件形式實現(xiàn)TCP/IP通訊,以數(shù)字電路形式實現(xiàn)時鐘同步模塊。這種方法充分利用了FPGA的特點,通過準(zhǔn)確捕獲報文時間戳和動態(tài)補償晶振頻率漂移等手段,相對于嵌入式軟件時鐘同步方法實現(xiàn)了更高精度的時鐘同步,并通過實驗驗證了在以集線器互連的10Mbps以太網(wǎng)上能夠達(dá)到亞微秒級的同步精度。

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