IEEE 1588标准的设想是要在乙太网络的连网设计中增加定时同步. 该协定通常用于资料通讯和无线基地台, 透过网络实现同步定时. 现在, 同步网络定时在广泛的工业和发电市场日益普遍. 可编程逻辑控制器(PLC), 无刷马达, 机器人, 同步相量(synchrophasor), 装配线控制等领域正寻求采用IEEE 1588同步定时方案.
一项设计的定时准确性取决于设计要求以及连接的网络. 使IEEE 1588变得复杂的原因, 是任何IEEE 1588设计的定时准确性与精确性均取决于许多因素, 包括网络配置类型, 节点数量和网络的其他特点. 一般来说, 网络上IEEE 1588感知点越多, 定时越准确. 为了帮助定时精确, IEEE 1588标准建立了许多设定档来帮助提高定时精确性. 每个设定档设计用于支援不同应用的要求. 例如, 电力设定档用于支援发配电应用. 当实施一项设计时, 必须支援适当的设定档.
IEEE1588网络可以由乙太网络交换机, 闸道和接取点以及主从/客户端点设备组成. 主从/客户端点仅需要单个乙太网络埠. 大多数需要IEEE1588的工业设备, 如智慧电网继电器仅需要一个乙太网络埠. 虽然主从/客户设备仅需要一个埠, 但在设计中增加IEEE 1588却并非容易的事.
在IEEE 1588设计中需要实施以下四项关键功能:
透过乙太网络PHY或其他设备支援时间戳记; 需要支援的设定档必须包括在处理器运行的软件程式中; 一个在软件程式运行的演算法, 必须能够根据IEEE 1588设定档输出以调节PLL; 可动态调节以输出网络定时时脉的PLL. 图1是完整的IEEE1588解决方案方块图.
可以利用多种设计方法来实施IEEE 1588功能. 例如, 如果你的设计已经有一个主处理器和作业系统(OS), 你是否会把设定档软件程式与你的其他软件程式码整合在一起? 主机板运行的OS是否可运行你的设定档程式? 或者你是否采用低阶处理器来实施整个解决方案, 如同图1所述?
当然, 对现有主处理器增加设定档软件程式并不会增加元件成本, 但会增加软件工程成本. 如果现有OS拥有适用的设定档程式, 还必须确保IEEE 1588程式的运行速度足够快, 及主处理器的各种中断不会导致程式运行失败. 由于软件工程师通常并不了解设定档程式的临界回应时间, 因此, 这是一项不容易克服的挑战.
替代方法是整个解决方案采用专用外部处理器. 虽然这会增加单板成本, 也可能会增大板面积, 但是, 这样做有几个重大益处.
首先, 不需要进行昂贵的软件整合和验证工作. 仅采用外部处理器, 验证工作将大幅减少, 这样做还有上市时间优势. 此外, 如果这个专用处理器已经证明可以运行IEEE 1588设定档, 那么性能就能得到保证. 最后, 采用专用处理器, 由于只需要验证IEEE 1588设定档软件, 而不必验证整个主处理器和OS软件, 因此, 现场更新速度更快.
当需要实施单埠IEEE 1588主从/客户设计时, 有许多权衡因素需要考虑. 用户应该考虑自己公司内部所能够支援这个标准的专业技术能力. 如果使用者的组织对IEEE 1588的了解很透彻, 则整合式软件可能是正确的选择. 而对IEEE 1588了解不深的用户, 应采用提供完整解决方案的外部处理器.