基于fpga的精确时钟同步方法

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1、第41卷第10期浙江大学学报(工学版)Vol.41No.102007年10月JournalofZhejiangUniversity(EngineeringScience)Oct.2007基于FPGA的精确时钟同步方法12黄文君,遇彬(1.浙江大学工业控制技术国家重点实验室,浙江杭州310027;2.浙江大学先进控制研究所,浙江杭州310027)摘要:为实现分布式系统高精度同步数据采集和控制的实时性要求,提出了一种基于工业以太网的分布式控制系统时钟硬件同步方法.基于高速数字逻辑硬件方法解析IEEE1588时间同步协议,采用硬件描述语

2、言(VHDL)和现场可编程逻辑门阵列(FPGA)设计时间戳截获、晶振频率补偿、时钟同步算法等模块,为嵌入式实时控制系统构架高精度的硬件时钟同步方案,该方法解决了传统的基于嵌入式软件的时钟同步方案中时间戳不稳定、同步精度低等问题.对基于工业以太网的分布式控制系统进行了动态测试验证,实际测试数据表明系统各节点达到了亚微秒级的时钟同步精度,长期运行结果验证了系统同步精度的稳定性.关键词:精确时钟同步;工业以太网;现场可编程逻辑门阵列;实时控制系统中图分类号:TP393文献标识码:A文章编号:1008-973X(2007)10-1697-

3、04MethodforprecisetimesynchronizationbasedonFPGA12HUANGWen2jun,YUBin(1.StateKeyLaboratoryofIndustrialControlTechnology,ZhejiangUniversity,Hangzhou310027,China;2.InstituteofAdvancedProcessControl,ZhejiangUniversity,Hangzhou310027,China)Abstract:Ahardware2basedpreciseti

4、mesynchronizationmethodforthedistributedcontrolsystem(DCS)basedonindustrialEthernetwasproposedtorealizesynchronousmeasurementandreal2timecontrol.U2singhigh2speeddigitalcircuits,e.g.field2programmablegatearray(FPGA),hardware2basedstrategywasdesignedforimplementingtheti

5、mesynchronizationprotocoldefinedinIEEE1588.Timestampcapturemodule,oscillatorfrequencycompensationmodule,timesynchronizationalgorithmandetc,wereallcodedwithhigh2speedintegratedcircuithardwaredescriptionlanguage(VHDL).Problemswiththetraditionaltimesynchronizationmethodb

6、asedonembeddedsoftwareweresolved,suchasuncertaintimedelayoftim2estampandlowtimeaccuracy.Aprecisetimesynchronizationsolutionfortheembeddedcontrollerwasprovidedsuccessfully.TestandexperimentsinDCSshowedhightimeaccuracyandhighstability,andtimeaccuracyreachedthesub2micros

7、econdrange.Keywords:precisetimesynchronization;industrialEthernet;field2programmablegatearray(FPGA);re2al2timecontrolsystem时钟同步是基于网络的分布式实时控制系统数确、可信的.传统的基于嵌入式软件的集成分布式系据调度和任务的核心技术之一,它提供一种确定事统的时间同步方案(如NTP)很难达到亚微秒级的件发生时间的先后顺序的机制,以保证节点发送和同步精度,很难满足高实时性的同步数据采集、控制接收消息、控制、事故记录

8、等在时间逻辑上是完全正和分析的要求.收稿日期:2007-02-06.浙江大学学报(工学版)网址:www.journals.zju.edu.cn/eng基金项目:国家创新群体基金资助项目(60421002).作者简介:黄文君(1972-),男,浙江上