在环绕赛灵思FPGA和SoC器件建立的产物中，一种基在以太网的高精度时序处理方案正在进入市场。

电信和消息科学的最新成长正在鞭策工业时候传输要求较着接近科研利用程度。例如，行将到来的100G以太网收集和5G挪动电信要求时序精度在几纳秒规模内，而用在配电的智能电网则要求亚微秒精度。高频次买卖的时候戳（一般指股票买卖）需要靠得住的机制将时候从认证机构分派给营业中间。最初，GPS或伽利略等采取GNSS手艺的定位办事都可经由过程高精度同步机制取得劣势。

一种降生在欧洲核研究机构CERN、名为“年夜白兔”的以太网手艺旨在知足这些利用和其他利用的高精度时候需求。以《爱丽丝仙境奇遇记》中沉迷在时候的野兔定名的“年夜白兔”手艺基在并兼容在PTPv2（IEEE-1588v2）和同步以太网等尺度机制，但颠末恰当点窜，可实现亚纳秒精度。“年夜白兔”不但生成可经由过程远距离链路履行自校准，并且还可以或许以极小的退化将时候分派给极年夜数目的装备。

我们的分支机构Seven Solutions SL自2009年“年夜白兔”手艺创世以来就一向在开辟该手艺，其一直努力利用赛灵思全可编程处理方案将年夜白兔产物带入市场。我们的最新产物是ZEN（Zynq®嵌入式节点）电路板，这是一款旨在连结高精度参考时钟的时序电路板，不但可为其它节点供给时序消息，同时还可在“年夜白兔”收集框架中进行自我同步。

因为价钱缘由，基在芯片级原子钟等高精度时钟的处理方案对年夜范围采取而言本钱太高。

时候简史

物理学家一向都理解时候的主要性，多年来已发现了各类丈量时候的方式。从简单的天空扫描手艺（日规、测星仪）到依托亚原子世界（原子钟）属性的复杂机制，科学家一向都在为开辟切确时钟而孳孳不倦地工作。现有时钟在年夜约3亿年内不会有1秒的误差，这类精度在很多利用中相当主要，例如保持国度怀抱衡尝试室时标。

不外，这些极其切确的时钟很是高贵、懦弱，而且会占有年夜量的物理空间。是以它们其实不合适很多实际场景。现实上年夜大都利用凡是依靠电子产物，其包括低本钱时钟（晶体振荡器）。只需花上几美元，我们便可在一多量规格各别的振荡器中做出选择。

对简单的利用而言，振荡器的切确度已足够了。但在很多其它需要同步通讯或全局时候概念来同步工作的利用范畴（散布式仪器）中，这些相互互不相连的“自在运转时钟”就没法利用了。固然设想人员可经由过程安装较好的振荡器来局部处理该问题，但在手艺上如许做并不是老是可行。零丁的时钟依然没有同步，即使小小的频次误差，也会让这类方式掉效。

但是因为价钱缘由，基在高精度时钟（如芯片级原子钟或CSAC）的处理方案对年夜范围采取而言本钱太高。在这些环境下，替换方式是将时钟消息从基准时钟（高不变、一般价钱高贵）分派给收集中所有其它需要正确同步的组份。问题是我们若何才能做到？

时候传输手艺

分派时候可选择多种方式。请留意分派频次（触及经由过程导线发送振荡器旌旗灯号）与分派相位（当事务在收集的所有组份中以极其分歧的刹时触发时）分歧。

例如，我们可经由过程利用同轴线缆或光纤传输时钟振荡来处理第一个问题（频次分派）。在第二个场景（相位分派）中，我们不但可在导线上编码一个脉冲，进行每秒传输，并且还可将这个脉冲作为参考，晓得新的每秒最先的时候。这类手艺一般被称为每秒脉冲（PPS）旌旗灯号。

别的，还具有第三个问题。我们可能还需要供给时候，这不但要让各项工作按不异时候运转，或是供给相关什么时候最先计数（相位）的不异参考，并且还要确保我们在所有装备中具有不异的时候。是以，可经由过程从中心时候办事器传布时候消息，然后丈量该动静的传布时候并在每一个节点上对其进行标注的方式来分派时候值。有了频次、相位（PPS）和时候这三个元素，我们便可以说收集是同步的。

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今朝的工业处理方案以分歧的方式供给这些属性。例如，GPS装备经由过程供给参考频次（10至50MHz）、PPS旌旗灯号和串行码来供给时候（一般基在NMEA和谈）。这类方式普遍用在年夜量需要正确同步的系统中，由于分歧仪器能够便利毗连至分歧的GPS领受器。但它利用年夜量初级旌旗灯号。在电网利用中，这些值经由过程名为IRIG-B的简单和谈供给，其可供给时候和PPS消息。曩昔，IRIG-B方式一向能充实知足同步电网的需求。但是今天它不克不及处置“智能电网”，由于这类电网正在变得空前复杂，并且还包括需要更高精度的新型能源监控利用。

跟着数据包收集的根基普和，互换收集以往利用的机制已过成长演变，顺应了数据包收集。在基在切确时候和谈（PTPv2或IEEE-1588v2）加同步以太网（SynCE）的处理方案中，SDH/SONET手艺也在逐步改变。PTPv2是收集时候和谈（NTP）的工业演变版，该和谈被互联网用在同步全部收集中的计较机。PTPv2依托硬件时候戳机制显著改良时候同步的精度。

第二种机制SynCE可实此刻数据载体上编码时钟旌旗灯号。采取这类对用户通明的方式，我们可将时钟消息和频次分派给所有装备。将PTPv2与SynCE配对，有助在我们针对电信无缝利用数据包收集。这类组合是当前电信、电网和主动化利用中最多见的处理方案。请留意，一些与相位传布和系统可扩大性相关的要害问题依然十分主要，并且尚待处理。

科学利用和更高条理利用

很多利用都需要把参考时钟源消息传布到分歧目标地址。科研机构多是需要高精度时候分派最为严酷的根本举措措施。从CERN的LHC加快器到CTA、SKA或KM3NeT等年夜型射电天文散布式举措措施，所有这些都需要超高精度的时候与频次分派。

但新一代IT和通讯利用还需要利用今朝尺度方式没法实现的极高精度时候传输。例如在GPS利用范畴，丈量卫星旌旗灯号传布时候同等在丈量距离，是以定位与时候精度丈量紧密亲密相干。一般来讲，GNSS轻易受梗阻或电子棍骗问题的影响。所以在用在时候分派时，建议主要根本举措措施将地面替换方案（基在光纤）用作互补冗余机制。

“年夜白兔”处理方案

“年夜白兔”（）是切确时序以太网的扩大和外延。它是CERN在2009年构想的一个开放式协作软硬件项目，手艺行业已孔殷最先介入了其成长。源代码供给在开放式硬件资本库（OHWR，）中，以鼓动勉励分歧企业和研究机构进行开辟。

从一最先起，位在西班牙格拉纳达的Seven Solutions （）就一向在协作设想各类年夜白兔产物，此中包罗电子产物、固件和门控件。另外，该公司还可供给基在该手艺的定制处理方案和交钥匙处理方案。

图1：白兔利用概要

作为以太网的扩大，”年夜白兔”手艺正在接管评估，以插手高精度设置装备摆设文件框架中的新一代高精度时候和谈尺度（IEEE-1588v3）中。尺度化将有助在“年夜白兔”集成至将来各类分歧手艺中，如图1所示。

“年夜白兔”手艺的深切引见

“年夜白兔”整合年夜量机制，可优化其位在以太网扩大框架内的时序精度，是以可保存以太网通讯布局。另外，“年夜白兔”还集成PTP、同步以太网和数字双路夹杂器时候差别（DMTD）相位跟踪手艺。

Seven Solutions供给的全新ZEN电路板将展现“年夜白兔”的首要组份若何在产物中连系（图2）。ZEN电路板以赛灵思Zynq-7000全可编程SoC为根本，内含“年夜白兔”内核和可供给高精度时钟的千兆位以太网MAC实现方案。在“年夜白兔”内核中实现的同步机制包罗以下组份：

频次同步（同步）：这可经由过程利用SynCE实现，其可编码数据载体中的时钟旌旗灯号。为确保所有节点都利用不异的频次，我们采取一个基在当地振荡器的机制，该振荡器可经由过程从光链路恢复的外部时钟进行节制。

相位同步：节点的物理时钟可转发至主装备组份，或从主装备组份转发至节点，以便主装备可以或许将该旌旗灯号（来自从装备）的相位与本身的相位比拟较。误差应当与旌旗灯号经由过程光纤的传布时候不异（利用PTP进行准确丈量）。有了该消息，主装备便可肯定其本身的时钟与来自从装备的时钟之间的相位差，并要求从装备将其相位转换成与主装备完全不异的值。该进程可经由过程在FPGA门控件中实现一个数字DMTD来数字化完成。