CAS OpenIR  > 中科院上海应用物理研究所2011-2019年
基于实时以太网的分布式IO系统
马明超
Subtype硕士
Thesis Advisor陈建锋
2014
Degree Grantor中国科学院研究生院(上海应用物理研究所)
Degree Discipline电子与通信工程
Keyword实时以太网 时间同步 Ieee1588 频率动态补偿
Abstract在上海光源装置、质子治疗装置等大型加速器系统的控制中,存在由多个控制器组成的分布式系统实现高速实时控制的需求,如上海光源的机器快联锁保护系统,其时间响应需求为1ms,其IO信号围绕432米周长的储存环分布于20个单元中。 课题采用基于实时以太网的解决方案。为了实现课题目标,课题研究在1ms的时间内完成100个IO站点之间的实时通信的方法,设计按照时间分片原理进行实时数据的传输,并指出实现时间同步是实现实时以太网的关键,同时分析比较了现有的时间同步协议,最终本课题采用IEEE1588精准时间同步协议实现所有站点的时间同步。 论文首先介绍了IEEE1588精准时间同步协议的相关理论知识,包括IEEE15-88时间同步的基本原理和IEEE1588协议的时钟类型,并分析了IEEE1588硬件时间戳的标记、影响时间同步的各种因素和实现IEEE1588的各种方案。其次,课题采用FPGA和千兆以太网实现IEEE1588时间同步和实时以太网,并根据需求定制了IO板,完成了分布式IO系统的基础硬件框架。最后,课题在FPGA平台上编写VHDL硬件语言程序完成IEEE1588时间同步和实时以太网的相关模块设计,并且针对普通晶振的频率偏差造成IEEE1588同步精度低的问题,本文提出了一种频率动态补偿的算法,使主时钟和从时钟实现更高的时间同步精度。 课题采用两种测试方案进行IEEE1588时间同步的测试。采用IEEE1588时间同步测试方案一验证了频率动态补偿算法的可行性,极大地提高了时间同步的精度;采用IEEE1588测试方案二分别测试了在不同同步周期以及在特定同步周期条件下采用不同的连接方式时的时间同步精度,并分析了交换机的延迟抖动和同步周期对时间同步精度的影响。由于上海光源的网络系统的延迟抖动比较大,在上海光源的网络拓扑结构中测试的IEEE1588的时间同步结果无法满足需求,也就无法在现有的上海光源的网络拓扑结构中实现本文设计的实时以太网。但在实验室条件下,本文设计的实时以太网的测试得到了相对比较满意的结果。 论文的最后,对整个论文进行了总结,并针对上海光源的网络系统的延迟抖动大造成无法实现高精度的时间同步的问题,本文提出了新的网络拓扑结构进行实时以太网的设计。
Language中文
Document Type学位论文
Identifierhttp://ir.sinap.ac.cn/handle/331007/14791
Collection中科院上海应用物理研究所2011-2019年
Recommended Citation
GB/T 7714
马明超. 基于实时以太网的分布式IO系统[D]. 中国科学院研究生院(上海应用物理研究所),2014.
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