深圳市世泰瑞爾工業(yè)儀器儀表有限公司
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閱讀：359發(fā)布時間：2022-11-6
在過去的數(shù)十年中，多種不同的時間機(jī)制來用于設(shè)備間時間同步。**個基于以太網(wǎng)的時間同步標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議 (NTP) 建立于 1982 年，1994 NTP 版本 4 進(jìn)行了一次重要的更新，用于實現(xiàn)本地和公共公共主源時間同步。
追溯到 1956 年, 國際設(shè)備集團(tuán) (IRIG) B 時間代碼是另外一個分布式系統(tǒng)同步選擇。基于衛(wèi)星的接收器通常采用這個協(xié)議。在這個協(xié)議中，時間信息采用模擬或數(shù)字信號傳遞。
FireWire 需要追溯到 1985 年，到 2002年 成為為 IEEE1394b 標(biāo)準(zhǔn)，可以建立易用的，自動時間同步機(jī)制。這個協(xié)議在專業(yè)和普通用戶市場獲得了廣泛地接受，例如，所有的 HBM QuantumX 放大器 均提供兩個 FireWire 接口。
所有的標(biāo)準(zhǔn)，包括 NTP, IRIG B, 和 IEEE1494b, 都需要一個基于以太網(wǎng)的時間同步結(jié)構(gòu) - 更高的靈活性，更低的費用。以太網(wǎng)是事實上的標(biāo)準(zhǔn)，用于人與人，以及設(shè)備之間通訊，包括移動網(wǎng)絡(luò)，例如 LTE, EDGE 或 GSM。
數(shù)據(jù)采集實時系統(tǒng)需要考慮些什么？
在測試和測量中，我們需要處理多種不同的應(yīng)用。其中一方面需要同步測量和數(shù)據(jù)分析。例如結(jié)構(gòu)載荷測試，車輛測試和道路載荷數(shù)據(jù)分析 (RLDA) 或是橋梁監(jiān)控。以下列表提供了一些關(guān)鍵因素:
一些應(yīng)用采樣率高達(dá) 100 kS/s，在這些應(yīng)用中，實時響應(yīng)不是主要標(biāo)準(zhǔn)，很多情況是不可能的。會增加復(fù)雜性和降低自由度。
高精度一起采用 24 Bit AD 轉(zhuǎn)換，濾波會引起相移和時間延遲。實時應(yīng)用需要非常(1st 實時信號, 2nd h高速時間戳和濾波數(shù)據(jù))。
“分析" 和 “控制" 有不同的特征，工作流，目的和功能。將這兩個在一個解決方案中組合會引起沖突。因此，當(dāng)同時需要控制和分析時，分離責(zé)任和工作流非常重要。
目前海沒有高性能實時總線標(biāo)準(zhǔn)。所有的解決方案例如 ProfiNET RT, EtherCAT 等都是由廠家自己定義和支持的。時間敏感協(xié)議(TSN) 正在制定 IEEE 標(biāo)準(zhǔn)化實時以太網(wǎng)總線協(xié)議，IEEE802.1AS 部分提供了標(biāo)準(zhǔn)。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)往往通過網(wǎng)關(guān)來連接不同的總線協(xié)議。
實時需要一個實時運行的主機(jī)。很多情況是沒有選項停止主機(jī)。
什么是精密時間協(xié)議 - IEEE1588:2008 或 PTPv2 如何工作?
PTP 是一個國際標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，在 IEEE1588 中描述，并于 2008 升級到版本 2。精密時間協(xié)議 (PTPv2) 是一個基于網(wǎng)絡(luò)的時間同步通訊協(xié)議，提供亞微妙級的精度。PTPv2 基于以太網(wǎng)，NTP, PTPv2 被嵌入于物理層，可以實現(xiàn)硬件級時間戳。
PTPv2 采用相對時間同步機(jī)制。一個參與者被選作主時間鐘，其將發(fā)送同步信息到從站。主站將發(fā)送同步報文到網(wǎng)絡(luò)。所有的從站計算時間延遲，時間差小于 2 µs。由于網(wǎng)絡(luò)發(fā)送報文有時間延遲， 所有需要進(jìn)行補償，如下圖顯示。
所有的 PTP 參與者都需要采用 PTP; 這包括以太網(wǎng)網(wǎng)關(guān)，淡不包括數(shù)據(jù)宿(數(shù)據(jù)采集軟件)。數(shù)據(jù)采集模塊的時鐘被命名為 普通時鐘。 網(wǎng)關(guān)中的時鐘為 邊界時鐘。如果沒有時鐘傳遞**時間，主機(jī)中的時鐘自動選擇，這種機(jī)制成為 *佳主時鐘算法 (BMC).
一些數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采用線性或是環(huán)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和網(wǎng)關(guān)連接，這樣邊界時鐘采用自己的時鐘控制環(huán)。這稱為 透明時鐘 (TC) ，其允許采用 端對端(E2E) 同步控制和后續(xù)報文。，這是修正可變網(wǎng)關(guān)延遲的更簡單的解決方案。這種方法主要策略 PTP 事件在網(wǎng)關(guān)中的擴(kuò)散時間 (也稱滯留時間)。滯留時間通過報文報告給接收器。這種方法的優(yōu)勢是:
無需配置: 透明時鐘不需要計算時間延遲，也不需要發(fā)送和接收管理報文
出現(xiàn)故障時，迅速重新配置。
更快的設(shè)置時間: 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)變化后，透明時鐘無需和主時鐘進(jìn)行重新同步。透明時鐘 采用 對等網(wǎng)絡(luò)(P2P) ，當(dāng)連接子網(wǎng)時更容易擴(kuò)展。具有的拓展性，可以實現(xiàn)深級拓?fù)洹?/span>
PTPv2 的優(yōu)勢
其可實現(xiàn)不同設(shè)備類型設(shè)備之間的時間同步
設(shè)備之間的距離更長。
不同 HBM 產(chǎn)品之間實現(xiàn)同步。 QuantumX, SomatXR 和 Genesis High Speed 均支持 PTPv2 :
更高的時間精度，達(dá)到亞微妙。
采用以太網(wǎng)作為標(biāo)準(zhǔn)
更容易應(yīng)對主機(jī)失效 (智能從站)
更容易應(yīng)對拓?fù)渥兓?/span>
連續(xù)時間 (時間戳無 “跳躍" )
測量設(shè)備采用 PTP 時鐘同步的典型應(yīng)用
分布式數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò):
大型車輛的移動測試: 剎車，動態(tài)性，結(jié)構(gòu)等
飛機(jī)測試: 機(jī)械 (鐵鳥), 結(jié)構(gòu) (耐久性)
大型結(jié)構(gòu)監(jiān)控: 橋梁，塔，發(fā)電站
混合式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng):
電動或混合動力測試，包括高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) Genesis High Speed 采集電流和電壓，QuantumX 采集機(jī)械量和溫度信號
飛機(jī)測試: 電氣 (銅鳥)
發(fā)電機(jī)測試: 電氣，機(jī)械和熱信號
采用攝像機(jī)，車輪力傳感器進(jìn)行移動車輛測試，或數(shù)字車輛總線數(shù)據(jù)
搭配不同的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)
使用 PTPv2 能達(dá)到何種精度?
時間精度嚴(yán)重依賴于網(wǎng)絡(luò)和設(shè)備。我們推薦組建一個支持 PTPv2 的網(wǎng)絡(luò)。這樣時間精度可以達(dá)到 100 納秒。另外您還要考慮不同的數(shù)據(jù)速率和濾波會導(dǎo)入時鐘抖動和相移。
軟件和硬件時間戳有什么不同?
*重要的區(qū)別就是時間精度。采用軟件時間戳，例如在 NTP 中，同步精度為 100 微妙，典型值為 1毫秒。而采用硬件時間戳精度等級能達(dá)到 100 納秒。為達(dá)到這種精度級別，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中的設(shè)備包括網(wǎng)關(guān)等必須支持硬件時間戳。
采用標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)關(guān)會產(chǎn)生什么影響？
采用非 PTP 網(wǎng)關(guān)時危險的。PTP 報文傳輸就依賴這個機(jī)制，這樣會對整個時間機(jī)制產(chǎn)生影響。如果網(wǎng)關(guān)支持 QoS, 可以提高 PTP 包的優(yōu)先級來解決。一般情況下，我們不推薦使用不支持 PTPv2 的網(wǎng)關(guān)。*壞情況下， PTP 包會丟失，您所獲取的數(shù)據(jù)將不再可靠。
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