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17.6.4. IEEE 1588-2002のタイムスタンプ
IEEE 1588‑2002規格では、デバイスの分散ネットワークにおいてクロックの正確な同期を可能にするPrecision Time Protocol (PTP) を定義しています。PTPは、マルチキャスト・メッセージをサポートするローカル・エリア・ネットワークで通信するシステムに適用されます。このプロトコルは、精度、分解能、および安定性が異なるクロックを含む異種システムの同期を可能にします。これは、ロボットなどの通信マシン一式が同期し、共通の時間ベースで動作する必要がある自動化システムにおいて頻繁に使用されます。 48
PTPはUDP/IPを介して転送されます。システムまたはネットワークは、マスターノードとスレーブノードに分類されて、タイミングおよびクロック情報が配信されます。†
次の図は、スレーブノードをマスターノードに同期させるためにPTPが使用するプロセスを示しています。これは、PTPメッセージを取り交わすことによって行われます。
PTPは、次のプロセスを使用してPTPメッセージを取り交わすことにより、スレーブノードをマスターノードに同期させます。
- マスターは、PTP Syncメッセージを所属するすべてのノードにブロードキャストします。Syncメッセージには、マスターの基準時間情報が含まれます。このメッセージがマスターのシステムを離れる時間はt1です。この時間は、イーサネット・ポートの場合、PHYインターフェイスでキャプチャーする必要があります。†
- スレーブはsyncメッセージを受信し、スレーブのタイミング・リファレンスを使用して正確な時間 (t2) をキャプチャーします。†
- マスターはfollow_upメッセージをスレーブに送信します。これには、後に使用するt1情報が含まれます。†
- スレーブはdelay_reqメッセージをマスターに送信し、このフレームがPHYインターフェイスを離れる正確な時間 (t3) を通知します。†
- マスターはメッセージを受信し、それがシステムに入る正確な時間 (t4) をキャプチャーします。†
- マスターは、delay_respメッセージでt4情報をスレーブに送信します。†
- スレーブは、t1、t2、t3、t4の4つの値を使用し、スレーブが使用するローカルのタイミング・リファレンスをマスターのタイミング・リファレンスに同期させます。†
PTPの実装の多くは、UDPレイヤーよりも上のソフトウェアで行われます。ただし、特定のPTPパケットがPHYインターフェイスのイーサネット・ポートに出入りする際の正確な時間をキャプチャーするには、ハードウェア・サポートが必要です。高い精度でPTPを適切に実装するには、このタイミング情報をキャプチャーし、ソフトウェアに返す必要があります。†
EMACは、すべてのモードにおいて、IEEE 1588の動作を10nsの分解能でサポートすることを目的としています。3つのEMACがIEEE 1588環境で動作している場合、Cortex-A53 MPCoreプロセッサーは、3つのMACそれぞれの内部時間カウンター間の同期を維持する役割を担います。
FPGAとのIEEE 1588インターフェイスにより、FPGAは、emac_ptp_ref_clk入力に対するソースを提供できるようになり、各EMACコントローラーからの1秒あたりのパルス出力を監視することが可能になります。
EMACコンポーネントは、ハードウェアの支援を伴うIEEE 1588プロトコルの実装を提供します。ハードウェア・サポートは、タイムスタンプのメンテナンスを行うためのものです。タイムスタンプは、PHYインターフェイスでフレームを受信すると更新され、受信記述子はこの値で更新されます。タイムスタンプは、フレームのSFDが送信される際にも更新され、それに応じて送信記述子が更新されます。†
セクションの内容
リファレンス・タイミングのソース
システム時間のレジスターモジュール
送信パスの機能
受信パスの機能
タイムスタンプのエラーマージン
リファレンス・タイミング・クロックの周波数の範囲
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