【工业通讯】以太网交换如何在设备中无缝集成1588感知？

SoC-e是用于Xilinx FPGA的以太网交换和IEEE 1588 IP内核的领先提供商。自2010年以来，SoC-e已获得电气，工业和航空航天领域最大的跨国公司的许可。Soc-e IP核心产品组合已经增加，可以提供完整的时间感知交换实施方案。此外，专注于工业网络的基于SoC-e FPGA的模块系统（SoM）正在帮助全球客户减少其新设备的上市时间，并受益于高可用性以太网网络协议。

联网IP产品组合包括针对低延迟恢复时间的HSR / PRP协议的低延迟实现；时间感知（IEEE 1588）受管以太网交换机矩阵和其他冗余以太网解决方案（DLR，MRP等）。

这些网络IP可以与SoC-e的IEEE 1588-2008v2解决方案结合使用，以实现以太网互连设备上的亚微秒同步。SoC-e提供硬件和软件单元，以实现PTP设备。

SoC-e IP可以使用图形界面在Xilinx Vivado Tool上轻松集成和配置。因此，由于这种高度的抽象性以及SoC-e技术团队提供的参考设计，因此不需要任何HDL背景来构建您的增值以太网交换机。

SoC-e还可以提供基于FPGA和可重配置SoC（Zynq和Zynq Ultrascale +）的SoM，这些SoM已预先配置了标准或用户定义的设计。在后一种情况下，SoC-e工程团队与客户紧密合作，以实现满足项目要求的硬件和软件组合，由于使用了选定的FPGA器件，从而提供了具有升级能力的有价值的模块并具有较长的生产寿命。

除了众所周知的以太网网络技术已获得所有部门的认可外，对较新系统更高的可用性和同步性的需求正在促进对SoC-e产品实现的以下技术的使用：

零延迟恢复时间网络

如今，关键系统的高可用性网络已成为必需。从技术角度来看，最先进的解决方案可确保在单个网络故障和“即插即用”操作下不会丢失数据包。另外，客户要求可互操作和标准化的解决方案，以避免与供应商专有的方法接轨。

从这个意义上讲，国际电工委员会（IEC）进行了大量工作来定义基于高可用性以太网的解决方案。确保出现网络故障时零延迟恢复时间的两个协议是：高可用性无缝冗余（HSR，IEC 62439-3-第5条款）和并行冗余协议（PRP，IEC 62439-3-第4条款）。

HSR通过在环形网络上双向发送数据包来提供冗余。

一个简单的HSR网络由双重连接的桥接节点组成，每个节点都有两个以太网端口。HSR节点在两个端口上发送相同的帧。

具有HSR功能的目标节点在无故障状态下分别在一定间隔内通过两个端口接收两个相同的帧。接受第一个接收到的帧，同时丢弃重复帧。如果环网中断，则将始终通过另一个端口接收帧。

HSR具有高可用性，非常短的反应时间。此外，标准中定义的交换规则允许以最简单的方式来计算最坏情况下的通信延迟，从而允许在需要实时的应用中使用此协议。

PRP冗余是在节点而不是网络中实现的。专门适配的节点（双连接节点DAN）连接到两个独立的以太网（LAN A和LAN B），并在两个网络上发送相同的帧。

在无故障状态下，目标节点将消耗第一个接收到的帧并丢弃重复项。在其中一个网络出现故障的情况下，仍将通过另一个网络发送和接收帧。

非PRP节点可以连接到单个网络，因此它们只能与连接到该网络的节点通信，或者通过RedBox连接到两个网络。

使用以太网网络的亚微秒同步

提供相似的同步精度水平是可行的，该同步水平可以将GPS接收器提供给连接到以太网的设备。受益于此创新的技术将实现精确时间协议（PTP）。

PTP协议能够以低至纳秒级的精度同步网络时钟。它基于分组锁定环（PLL）方法。像任何有源同步电路一样，IEEE1588时钟是一种采用某种闭环算法实现的伺服系统。这些计算的最终目的是在所有同步设备中提供一个准确的64位定时器。该计时器可用于数据时间戳记，分布式控制，甚至用于操作系统同步。