IEEE 1588標準的設想是要在乙太網路的連網設計中增加定時同步. 該協定通常用於資料通訊和無線基地台, 透過網路實現同步定時. 現在, 同步網路定時在廣泛的工業和發電市場日益普遍. 可編程邏輯控制器(PLC), 無刷馬達, 機器人, 同步相量(synchrophasor), 裝配線控制等領域正尋求採用IEEE 1588同步定時方案.
一項設計的定時準確性取決於設計要求以及連接的網路. 使IEEE 1588變得複雜的原因, 是任何IEEE 1588設計的定時準確性與精確性均取決於許多因素, 包括網路配置類型, 節點數量和網路的其他特點. 一般來說, 網路上IEEE 1588感知點越多, 定時越準確. 為了幫助定時精確, IEEE 1588標準建立了許多設定檔來幫助提高定時精確性. 每個設定檔設計用於支援不同應用的要求. 例如, 電力設定檔用於支援發配電應用. 當實施一項設計時, 必須支援適當的設定檔.
IEEE1588網路可以由乙太網路交換機, 閘道和接取點以及主從/客戶端點設備組成. 主從/客戶端點僅需要單個乙太網路埠. 大多數需要IEEE1588的工業設備, 如智慧電網繼電器僅需要一個乙太網路埠. 雖然主從/客戶設備僅需要一個埠, 但在設計中增加IEEE 1588卻並非容易的事.
在IEEE 1588設計中需要實施以下四項關鍵功能:
透過乙太網路PHY或其他設備支援時間戳記; 需要支援的設定檔必須包括在處理器運行的軟體程式中; 一個在軟體程式運行的演演算法, 必須能夠根據IEEE 1588設定檔輸出以調節PLL; 可動態調節以輸出網路定時時脈的PLL. 圖1是完整的IEEE1588解決方案方塊圖.
可以利用多種設計方法來實施IEEE 1588功能. 例如, 如果你的設計已經有一個主處理器和作業系統(OS), 你是否會把設定檔軟體程式與你的其他軟體程式碼整合在一起? 主機板運行的OS是否可運行你的設定檔程式? 或者你是否採用低階處理器來實施整個解決方案, 如同圖1所述?
當然, 對現有主處理器增加設定檔軟體程式並不會增加元件成本, 但會增加軟體工程成本. 如果現有OS擁有適用的設定檔程式, 還必須確保IEEE 1588程式的運行速度足夠快, 及主處理器的各種中斷不會導致程式運行失敗. 由於軟體工程師通常並不了解設定檔程式的臨界回應時間, 因此, 這是一項不容易克服的挑戰.
替代方法是整個解決方案採用專用外部處理器. 雖然這會增加單板成本, 也可能會增大板面積, 但是, 這樣做有幾個重大益處.
首先, 不需要進行昂貴的軟體整合和驗證工作. 僅採用外部處理器, 驗證工作將大幅減少, 這樣做還有上市時間優勢. 此外, 如果這個專用處理器已經證明可以運行IEEE 1588設定檔, 那麼性能就能得到保證. 最後, 採用專用處理器, 由於只需要驗證IEEE 1588設定檔軟體, 而不必驗證整個主處理器和OS軟體, 因此, 現場更新速度更快.
當需要實施單埠IEEE 1588主從/客戶設計時, 有許多權衡因素需要考慮. 用戶應該考慮自己公司內部所能夠支援這個標準的專業技術能力. 如果使用者的組織對IEEE 1588的了解很透徹, 則整合式軟體可能是正確的選擇. 而對IEEE 1588了解不深的用戶, 應採用提供完整解決方案的外部處理器.