基于FPGA適用于實(shí)時(shí)應用的以太網(wǎng)交換機

　　實(shí)時(shí)以太網(wǎng)交換機：要求和標準

　　確定性和同步

　　一個(gè)實(shí)時(shí)系統，意味著(zhù)“立即” 響應輸入。由于“立即”的定義可以隨各種應用而改變，所以其最好的定義是“確定性”地對輸入進(jìn)行響應。如果對于一個(gè)給定的輸入，它有一個(gè)一致的和可預見(jiàn)的時(shí)間延遲，那么這個(gè)響應是確定性的。因此，根據定義，一個(gè)共享的傳輸介質(zhì)不可能是一個(gè)實(shí)時(shí)系統。

　　為了開(kāi)發(fā)一個(gè)確定性的系統，需要特別的通信工程以確保非關(guān)鍵的通信不會(huì )影響到關(guān)鍵實(shí)時(shí)數據的通信。網(wǎng)絡(luò )必須支持低時(shí)延、QoS和時(shí)間同步，以確保在一個(gè)實(shí)時(shí)的環(huán)境中運行。低延遲由支持以太網(wǎng)交換的硬件提供。QoS可以為實(shí)時(shí)通信提供更短和更具有確定性的延遲。在實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò )中需要時(shí)間同步，以便在不同的設備中確保準確的測量時(shí)間戳和計劃控制，在每一臺設備中同時(shí)進(jìn)行控制。

　　在實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò )以及電信網(wǎng)絡(luò )，如SDH和SONET中，時(shí)間同步是一個(gè)關(guān)鍵的功能。在移動(dòng)通信基站，超出特定頻率范圍會(huì )導致移動(dòng)切換問(wèn)題、呼叫干擾、掉線(xiàn)和呼叫拒絕：較低的服務(wù)水平提高了運營(yíng)商的運營(yíng)費用(OPEX)。有效的同步使得事后的分析可以快速地遠程定位網(wǎng)絡(luò )故障，而無(wú)需緊急現場(chǎng)呼叫。

　　同步源可以是外部的，如GPS(但增加了成本)。實(shí)際中變電站電力設備中時(shí)間同步所使用的行業(yè)標準是IRIG-B ，使用GPS時(shí)鐘作為時(shí)鐘源。然而，IRIG-B需要一個(gè)專(zhuān)用的銅網(wǎng)絡(luò )，而與連接設備，如繼電保護裝置、故障記錄器和PMU的數據網(wǎng)絡(luò )不同。

　　同步源也可以來(lái)自通信網(wǎng)絡(luò )內部。IEEE標準1588-2008定義的精確時(shí)間協(xié)議(PTP)可以提供類(lèi)似的強大的同步功能，并使得服務(wù)提供商能夠利用以太網(wǎng)服務(wù)的低成本和可擴展的優(yōu)勢。

　　IEEE 1588-2008 (v2) 精確時(shí)間協(xié)議

　　IEEE 1588“網(wǎng)絡(luò )測量和控制系統的精確時(shí)鐘同步協(xié)議”或“精確時(shí)間協(xié)議”( PTP)是為快速同步不同精度、分辨率和穩定性的時(shí)鐘網(wǎng)絡(luò )而開(kāi)發(fā)的，可達到接近納秒級的精度。PTP是專(zhuān)為以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò )的低成本實(shí)現、簡(jiǎn)單安裝和維護而設計的。