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隨著SOC技術(shù)、IP技術(shù)以及集成電路技術(shù)的發(fā)展，RISC軟核處理器的研究與開發(fā)設(shè)計(jì)開始受到了人們的重視。基于FPGA的RISC軟核處理器在各個(gè)行業(yè)開始得到了廣泛的應(yīng)用，特別是在一些基于FPGA的嵌入式系統(tǒng)中有著越來越廣泛的應(yīng)用前景。 該論文在研究了大量國(guó)內(nèi)外技術(shù)文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，總結(jié)了RISC處理器發(fā)展的現(xiàn)狀與水平。認(rèn)真分析了RISC處理器的基本結(jié)構(gòu)，包括總線結(jié)構(gòu)，流水線處理的原理，以及流水線數(shù)據(jù)通路和流水線控制的原理；并詳細(xì)分析了該設(shè)計(jì)采用的指令集——MIPS指令集的內(nèi)在結(jié)構(gòu)。設(shè)計(jì)出了一個(gè)32位RISC軟核處理器，這個(gè)軟核處理器采用五級(jí)流水線結(jié)構(gòu)，能完成加法、減法、邏輯與、邏輯或、左移右移等算術(shù)邏輯操作，以及它們的組合操作。通過軟件仿真和在Altera的FPGA開發(fā)板上進(jìn)行驗(yàn)證，證明了所設(shè)計(jì)的32位RISC處理器能準(zhǔn)確的執(zhí)行所選用的MIPS指令集，運(yùn)行速度能達(dá)到30MHz，功能良好。 通過對(duì)所設(shè)計(jì)對(duì)象特點(diǎn)及其可行性的研究，選用了Altera公司QuartusⅡ軟件作為設(shè)計(jì)與仿真驗(yàn)證的環(huán)境。在設(shè)計(jì)方法上，該課題采用了自頂向下的設(shè)計(jì)方法。在設(shè)計(jì)過程中采用了邊設(shè)計(jì)邊驗(yàn)證這種設(shè)計(jì)與驗(yàn)證相結(jié)合的設(shè)計(jì)流程，大大提高了設(shè)計(jì)的可靠性。該課題在設(shè)計(jì)過程中還提出了兩個(gè)有效的設(shè)計(jì)思路：第一是在32位寄存器的設(shè)計(jì)中利用FPGA的內(nèi)部RAM資源來設(shè)計(jì)，減少了傳輸延時(shí)，提高了運(yùn)行速度，并大大減少了對(duì)FPGA內(nèi)部資源的占用；第二是在系統(tǒng)架構(gòu)上采用了柔性化的設(shè)計(jì)方法，使得設(shè)計(jì)可以根據(jù)實(shí)際的需求適當(dāng)?shù)脑鰷p相應(yīng)的部件，以達(dá)到需求與性能的統(tǒng)一。這兩個(gè)方法都有效地解決了設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的問題，提高了處理器的性能。
上傳時(shí)間： 2013-07-21
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現(xiàn)代IC設(shè)計(jì)中，隨著設(shè)計(jì)規(guī)模的擴(kuò)大和復(fù)雜度的增長(zhǎng)，驗(yàn)證成為最嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)之一。在現(xiàn)代ASIC設(shè)計(jì)中，很難用單一的驗(yàn)證方法來對(duì)復(fù)雜芯片進(jìn)行有效的驗(yàn)證，為了將設(shè)計(jì)錯(cuò)誤減少到可接受的最小量，需要將一系列的驗(yàn)證方法和工具結(jié)合起來。 在64位全定制嵌入式CPU設(shè)計(jì)過程中，使用了多種驗(yàn)證技術(shù)和方法，并將FPGA驗(yàn)證作為ASIC驗(yàn)證的重要補(bǔ)充，加強(qiáng)了設(shè)計(jì)正確的可靠性。 論文首先介紹了64位CPU的結(jié)構(gòu)，結(jié)合選用的Xilinx的Virtex
上傳時(shí)間： 2013-04-24
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正交頻分復(fù)用(OFDM)技術(shù)是一種多載波數(shù)字調(diào)制技術(shù)，具有頻譜利用率高、抗多徑干擾能力強(qiáng)、成本低等特點(diǎn)，適合無線通信的高速化、寬帶化及移動(dòng)化的需求，將成為下一代無線通信系統(tǒng)(4G)的核心調(diào)制傳輸技術(shù)。 本文首先描述了OFDM技術(shù)的基本原理。對(duì)OFDM的調(diào)制解調(diào)以及其中涉及的特性和關(guān)鍵技術(shù)等做了理論上的分析，指出了OFDM區(qū)別于其他調(diào)制技術(shù)的巨大優(yōu)勢(shì)；然后針對(duì)OFDM中的信道估計(jì)技術(shù)，深入分析了基于FFT級(jí)聯(lián)的信道估計(jì)理論和基于聯(lián)合最大似然函數(shù)的半盲分組估計(jì)理論，在此基礎(chǔ)上詳細(xì)研究描述了用于OFDM系統(tǒng)的迭代的最大似然估計(jì)算法，并利用Matlab做了相應(yīng)的仿真比較，驗(yàn)證了它們的有效性。 而后，在Matlab中應(yīng)用Simulink工具構(gòu)建OFDM系統(tǒng)仿真平臺(tái)。在此平臺(tái)上，對(duì)OFDM系統(tǒng)在多徑衰落、高斯白噪聲等多種不同的模型參數(shù)下進(jìn)行了仿真，并給出了數(shù)據(jù)曲線，通過分析結(jié)果可正確評(píng)價(jià)OFDM系統(tǒng)在多個(gè)方面的性能。 在綜合了OFDM的系統(tǒng)架構(gòu)和仿真分析之后，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了基于FPGA的OFDM調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)。首先根據(jù)802.16協(xié)議和OFDM系統(tǒng)的具體要求，設(shè)定了合理的參數(shù)；然后從調(diào)制器和解調(diào)器的具體組成模塊入手，對(duì)串/并轉(zhuǎn)換，QPSK映射，過采樣處理，插入導(dǎo)頻，添加循環(huán)前綴，IFFT/FFT，幀同步檢測(cè)等各個(gè)模塊進(jìn)行硬件設(shè)計(jì)，詳細(xì)介紹了各個(gè)模塊的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)過程，并給出了相應(yīng)的仿真波形和參數(shù)說明。其中，針對(duì)定點(diǎn)運(yùn)算的局限性，為系統(tǒng)設(shè)計(jì)并自定義了24位的浮點(diǎn)運(yùn)算格式，參與傅立葉反變換和傅立葉變換的運(yùn)算，在系統(tǒng)參數(shù)允許的范圍內(nèi)，充分利用了有限資源，提高了系統(tǒng)運(yùn)算精度；然后重點(diǎn)描述了基于FPGA的快速傅立葉變換算法的改進(jìn)、優(yōu)化和設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)，針對(duì)原始快速傅立葉變換FPGA實(shí)現(xiàn)算法運(yùn)算空閑時(shí)間過多，資源占用較大的問題，提出了帶有流水作業(yè)功能、資源占用較少的快速傅立葉變換優(yōu)化算法設(shè)計(jì)方案，使之運(yùn)用于OFDM基帶處理系統(tǒng)當(dāng)中并加以實(shí)現(xiàn)，結(jié)果滿足系統(tǒng)參數(shù)的需求。最后以理論分析為依據(jù)，對(duì)整個(gè)OFDM的基帶處理系統(tǒng)進(jìn)行了系統(tǒng)調(diào)試與性能分析，證明了設(shè)計(jì)的可行性。 綜上所述，本文完成了一個(gè)基于FPGA的OFDM基帶處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、仿真和實(shí)現(xiàn)。本設(shè)計(jì)為OFDM通信系統(tǒng)的進(jìn)一步改進(jìn)提供了大量有用的數(shù)據(jù)。
標(biāo)簽： FPGA OFDM 調(diào)制解調(diào)器
上傳時(shí)間： 2013-04-24
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本文以Turbo碼編譯碼器的FPGA實(shí)現(xiàn)為目標(biāo)，對(duì)Turbo碼的編譯碼算法和用硬件語言將其實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了深入的研究。 首先，在理論上對(duì)Turbo碼的編譯碼原理進(jìn)行了介紹，確定了Max-log-MAF算法的譯碼算法，結(jié)合CCSDS標(biāo)準(zhǔn)，在實(shí)現(xiàn)編碼器時(shí)，針對(duì)標(biāo)準(zhǔn)中給定的幀長(zhǎng)、碼率與交織算法，以及偽隨機(jī)序列模塊與幀同步模塊，提出了相應(yīng)解決方案；而在相應(yīng)的譯碼器設(shè)計(jì)中，采用了FPGA設(shè)計(jì)中“自上而下”的設(shè)計(jì)方法，權(quán)衡硬件實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度與處理時(shí)延等因素，優(yōu)先考慮面積因素，提高元件的重復(fù)利用率和降低電路復(fù)雜度，來實(shí)現(xiàn)Turbo碼的Max-log-MAP算法譯碼。把整個(gè)系統(tǒng)分割成不同的功能模塊，分別闡述了實(shí)現(xiàn)過程。 然后，基于Verilog HDL 設(shè)計(jì)出12位固點(diǎn)數(shù)據(jù)的Turbo編譯碼器以及仿真驗(yàn)證平臺(tái)，與用Matlab語言設(shè)計(jì)的相同指標(biāo)的浮點(diǎn)數(shù)據(jù)譯碼器進(jìn)行性能比較，得到該設(shè)計(jì)的功能驗(yàn)證。 最后，研究了Tuxbo碼譯碼器幾項(xiàng)最新技術(shù)，如滑動(dòng)窗譯碼，歸一化處理，停止迭代技術(shù)結(jié)合流水線電路設(shè)計(jì)，將改進(jìn)后的譯碼器與先前設(shè)計(jì)的譯碼器分別在ISE開發(fā)環(huán)境中針對(duì)目標(biāo)器件xilinx Virtex-Ⅱ500進(jìn)行電路綜合，證實(shí)了這些改進(jìn)技術(shù)能有效地提高譯碼器的吞吐量，減少譯碼時(shí)延和存儲(chǔ)器面積從而降低功耗。
上傳時(shí)間： 2013-04-24
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建立了雙容水箱系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，采用串級(jí)控制方案對(duì)雙容水箱液位系統(tǒng)進(jìn)行控制，控制算法采用數(shù)字PID。確定了硬件設(shè)備，制作了雙容水箱液位控制系統(tǒng)。采用力控5.0 版組態(tài)軟件，對(duì)整個(gè)液位控制系統(tǒng)進(jìn)行組態(tài)，構(gòu)
標(biāo)簽： 力控組態(tài) 軟件 液位控制系統(tǒng)
上傳時(shí)間： 2013-07-27
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LTC2400是凌特公司生產(chǎn)的一種微功耗、高精度24位A/D轉(zhuǎn)換器,該芯片內(nèi)部集成有振蕩器,工作電壓 2.7-5.5V,積分線性誤差為4ppm,RMS噪聲為0.3ppm,供電電流僅為200A,
標(biāo)簽： 2400 LTC 24位 AD轉(zhuǎn)換器
上傳時(shí)間： 2013-07-07
上傳用戶：dgann
隨著數(shù)字電視技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)字機(jī)頂盒已成為現(xiàn)在模擬電視收看數(shù)字電視節(jié)目必不可少的設(shè)備。而數(shù)字機(jī)頂盒需要在解碼后的模擬視頻信號(hào)上加入屏幕顯示信息(如亮度、色度、信息服務(wù)菜單等)以提供給觀眾良好的界面和靈活的人機(jī)交互。 v屏幕顯示系統(tǒng)(OSG，On-Screen-Graphics)解決了現(xiàn)有模擬電視無法實(shí)現(xiàn)的疊加屏幕顯示信息的問題，提供同步輸出疊加有各種圖形、文字的電視節(jié)目圖像的功能，其中最主要的部分是OSD(On-Screen-Display)，即屏幕顯示單元。OSD將疊加的位圖圖像分為多個(gè)OSD塊，一般定義為矩形區(qū)域。每個(gè)矩形區(qū)域，例如臺(tái)標(biāo)、參數(shù)調(diào)節(jié)框、字幕等，都有獨(dú)立的4色、16色或256色顏色查找表。同時(shí)OSG系統(tǒng)也支持真彩模式。OSD塊經(jīng)由編碼/混合器與視頻圖像進(jìn)行alpha混合后輸出到電視屏幕上。 本文詳細(xì)介紹了應(yīng)用FPGA設(shè)計(jì)包括屏幕顯示單元在內(nèi)的OSG系統(tǒng)的思路和設(shè)計(jì)過程，描述了模塊的劃分與功能仿真。在論文前半部分，本文給出了圖文屏幕顯示系統(tǒng)各子單元的工作流程，接著論文的后半部分，給出了詳細(xì)的模塊接口說明和硬件實(shí)現(xiàn)。
上傳時(shí)間： 2013-07-27
上傳用戶：萬有引力
近年來，人們對(duì)無線數(shù)據(jù)和多媒體業(yè)務(wù)的需求迅猛增加，促進(jìn)了寬帶無線通信新技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用。正交頻分復(fù)用 (Orthogonal Frequency Division Multiolexing，OFDM)技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各種高速寬帶無線通信系統(tǒng)中。然而 OFDM 系統(tǒng)相比單載波系統(tǒng)更容易受到頻偏和時(shí)偏的影響，因此如何有效地消除頻偏和時(shí)偏，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的時(shí)頻同步是 OFDM 系統(tǒng)中非常關(guān)鍵的技術(shù)。 本文討論了非同步對(duì) OFDM 系統(tǒng)的影響，分析了當(dāng)前用于 OFDM 系統(tǒng)中基于數(shù)據(jù)符號(hào)的同步算法，并簡(jiǎn)單介紹非基于數(shù)據(jù)符號(hào)同步技術(shù)。基于數(shù)據(jù)符號(hào)的同步技術(shù)通過加入訓(xùn)練符號(hào)或?qū)ьl等附加信息，并利用導(dǎo)頻或訓(xùn)練符號(hào)的相關(guān)性實(shí)現(xiàn)時(shí)頻同步。此算法由于加入了附加信息，降低了帶寬利用率，但同步精度相對(duì)較高，同步捕獲時(shí)間較短。 隨著電子芯片技術(shù)的快速發(fā)展，電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化 (Electronic DesignAutomation，EDA) 技術(shù)和可編程邏輯芯片 (FPGA/CPLD) 的應(yīng)用越來越受到大家的重視，為此文中對(duì) EDA 技術(shù)和 Altera 公司制造的 FPGA 芯片的原理和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行了闡述，還介紹了在相關(guān)軟件平臺(tái)進(jìn)行開發(fā)的系統(tǒng)流程。 論文在對(duì)基于數(shù)據(jù)符號(hào)三種算法進(jìn)行較詳細(xì)的分析和研究的基礎(chǔ)上，尤其改進(jìn)了基于導(dǎo)頻符號(hào)的同步算法之后，利用 Altera 公司的 FPGA 芯片EP1S25F102015 在 OuartusⅡ5.0 工具平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)了 OFDM 同步的硬件設(shè)計(jì)，然后進(jìn)行了軟件仿真。其中對(duì)基于導(dǎo)頻符號(hào)同步的改進(jìn)算法硬件設(shè)計(jì)過程了進(jìn)行了詳細(xì)闡述。不僅如此，對(duì)于基于 PN 序列幀的同步算法和基于循環(huán)前綴 (Cycle Prefix，CP) 的極大似然 (Maximam Likelihood,ML)估計(jì)同步算法也有具體的仿真實(shí)現(xiàn)。 最后，文章還對(duì)它們進(jìn)行了比較，基于導(dǎo)頻符號(hào)同步設(shè)計(jì)的同步精度比較高，但是耗費(fèi)芯片的資源多，另一個(gè)缺點(diǎn)是沒有頻偏估計(jì)，因此運(yùn)用受到一定限制。基于 PN 序列幀的同步設(shè)計(jì)使用了最少的芯片資源，但要提取 PN 序列中的信號(hào)數(shù)據(jù)有一定困難。基于循環(huán)前綴的同步設(shè)計(jì)占用了芯片 I/O 腳稍顯多。這幾種同步算法各有優(yōu)缺點(diǎn)，但可以根據(jù)不同的信道環(huán)境選用它們。
標(biāo)簽： FPGA 數(shù)據(jù) 同步的 仿真實(shí)現(xiàn)
上傳時(shí)間： 2013-04-24
上傳用戶：斷點(diǎn)PPpp
該論文基于NIOS Ⅱ軟核處理器和Altera的FPGA技術(shù)，設(shè)計(jì)了一種便攜式的振動(dòng)頻譜分析儀，用于旋轉(zhuǎn)機(jī)械的故障監(jiān)測(cè)和診斷。以SOPC技術(shù)為手段，將信號(hào)采集和信號(hào)處理電路通過可編程片上系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)，其特點(diǎn)是將對(duì)ADC的控制、數(shù)字信號(hào)的濾波、快速傅立葉變換的設(shè)計(jì)，通過FPGA芯片集成在一起，以NIOS Ⅱ來完成32位CPU的狀態(tài)控制功能。工程機(jī)械、汽車車輛中都存在諸如發(fā)動(dòng)機(jī)類的旋轉(zhuǎn)機(jī)械，這類設(shè)備的異常振動(dòng)往往會(huì)影響正常工作，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)出現(xiàn)各種重大事故，該分析儀可以實(shí)時(shí)地或定期地對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)、齒輪箱等旋轉(zhuǎn)機(jī)械進(jìn)行振動(dòng)頻譜分析和監(jiān)測(cè)，運(yùn)用于民用機(jī)械能產(chǎn)生非常好的經(jīng)濟(jì)效益。 該論文從四個(gè)方面進(jìn)行了研究工作。其一，利用FPGA對(duì)ADC芯片的工作進(jìn)行控制，使其在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)與DSP模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，并對(duì)ADC各引腳時(shí)序進(jìn)行控制，使兩者協(xié)調(diào)同步工作，編制了相應(yīng)的VHDL語言程序。其二，采用SOPC Builder設(shè)計(jì)開發(fā)，實(shí)現(xiàn)了基于NIOS Ⅱ的32位CPU軟核，創(chuàng)建了相應(yīng)的C/C++和匯編的宏代碼，使得軟件可以訪問用戶自定義邏輯。對(duì)頂層設(shè)計(jì)產(chǎn)生的VHDL的RTL代碼和仿真文件進(jìn)行了綜合、編譯適配以及仿真。其三，配合Matlab和DSP Builder的強(qiáng)大功能進(jìn)行DSP模塊設(shè)計(jì)，開發(fā)出了FIR和FFT等功能模塊，并且添加到SOPC系統(tǒng)中，使其可以由NIOS Ⅱ很容易的調(diào)用。其四，在NIOS Ⅱ系統(tǒng)中添加了uC/OS Ⅱ操作系統(tǒng)，提高了整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，并且降低了開發(fā)難度，提高了系統(tǒng)升級(jí)的能力。由于整個(gè)設(shè)計(jì)是基于FPGA開發(fā)的，所以該系統(tǒng)包括了所有FPGA系統(tǒng)的特點(diǎn)，包括并行的DSP處理、在系統(tǒng)可編程、升級(jí)簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，極易使設(shè)計(jì)產(chǎn)品化。
標(biāo)簽： FPGA 便攜式 振動(dòng)頻譜 分析儀
上傳時(shí)間： 2013-04-24
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在工業(yè)控制領(lǐng)域，多種現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)共存的局面從客觀上促進(jìn)了工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)的迅速發(fā)展，國(guó)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(chǎng)設(shè)備層的最大障礙是以太網(wǎng)的非實(shí)時(shí)性，而實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備間的高精度時(shí)鐘同步是保證以太網(wǎng)高實(shí)時(shí)性的前提和基礎(chǔ)。 IEEE 1588定義了一個(gè)能夠在測(cè)量和控制系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)高精度時(shí)鐘同步的協(xié)議——精確時(shí)間協(xié)議(Precision Time Protocol)。PTP協(xié)議集成了網(wǎng)絡(luò)通訊、局部計(jì)算和分布式對(duì)象等多項(xiàng)技術(shù)，適用于所有通過支持多播的局域網(wǎng)進(jìn)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(shí)鐘同步起來，占用最少的網(wǎng)絡(luò)和局部計(jì)算資源，在最好情況下能達(dá)到系統(tǒng)級(jí)的亞微級(jí)的同步精度。 基于PC機(jī)軟件的時(shí)鐘同步方法，如NTP協(xié)議，由于其實(shí)現(xiàn)機(jī)理的限制，其同步精度最好只能達(dá)到毫秒級(jí)；基于嵌入式軟件的時(shí)鐘同步方法，將時(shí)鐘同步模塊放在操作系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)層，其同步精度能夠達(dá)到微秒級(jí)。現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備間微秒級(jí)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(duì)設(shè)備時(shí)鐘同步的要求，但是對(duì)于運(yùn)動(dòng)控制等需求高精度定時(shí)的系統(tǒng)來說，這仍然不夠。基于嵌入式軟件的時(shí)鐘同步方法受限于操作系統(tǒng)中斷響應(yīng)延遲時(shí)間不一致、晶振頻率漂移等因素，很難達(dá)到亞微秒級(jí)的同步精度。 本文設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種基于FPGA的時(shí)鐘同步方法，以IEEE 1588作為時(shí)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(shí)現(xiàn)TCP/IP通訊，以數(shù)字電路形式實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘同步模塊。這種方法充分利用了FPGA的特點(diǎn)，通過準(zhǔn)確捕獲報(bào)文時(shí)間戳和動(dòng)態(tài)補(bǔ)償晶振頻率漂移等手段，相對(duì)于嵌入式軟件時(shí)鐘同步方法實(shí)現(xiàn)了更高精度的時(shí)鐘同步，并通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)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(jí)的同步精度。
上傳時(shí)間： 2013-07-28
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