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SETTEMBRE 2012
FIELDBUS & NETWORKS
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di applicazione troviamo quello della produzione di energia elettrica,
permettendo la sincronizzazione dei vari dispositivi sulle caratteristiche
di fase della corrente presente in linea.
Integrazione di Ieee 1588 in applicazioni finali
Per implementare la funzionalità di Ieee 1588 occorrono due compo-
nenti principali. Il primo è un meccanismo con cui sia possibile marcare
i messaggi in entrata o eventi trigger esterni con un preciso time stamp.
Questo si può ottenere tramite software, nel qual caso, a seconda del
sistema operativo e di altri effetti non deterministici, la precisione otte-
nibile rientra solamente nell’intervallo dei ms o superiore. Applicazioni
professionali ad alta precisione richiedono l’uso di un’unità time stamp
(TSU) su base hardware. Più questa TSU si trova in prossimità della
porta di comunicazione del bus, migliori sono le precisioni di sincroniz-
zazione ottenibili. Attualmente già diversi produttori offrono interfacce
PHY e microcontrollori con TSU integrata. I sistemi senza TSU integrata
oppure i sistemi basati su Fpga si possono integrare in un secondo
tempo con un IP Core Ieee 1588. L’IP Core offerto da Ixxat mette a di-
sposizione una TSU, un realtime clock e un’unità di trigger che marca gli
eventi trigger in entrata con un preciso time stamp ed è anche in grado
di inviare segnali trigger con elevata precisione. Il secondo componente
è costituito dal software di protocollo che poggia sulla TSU ed elabora
il time stamp dei messaggi in entrata, calcola la varianza rispetto al
master clock e adatta poi la velocità del realtime clock interno. Dato
che queste funzioni non sono critiche dal punto di vista temporale, il
software di protocollo può essere facilmente implementato in molte
CPU d’uso comune. Versioni adattate del software sono pressoché di-
sponibili off-the-shelf per molte CPU con TSU integrata. Nel realizzare
nuove reti i designer di sistema dovrebbero avere un occhio di riguardo
particolare all’utilizzo di switch compatibili con Ieee 1588. Tempi di ri-
tardo sconosciuti dei pacchetti in switch standard influiscono significati-
vamente sulla qualità della sincronizzazione e devono quindi, per quanto
possibile, essere evitati. Nel caso dei sistemi esistenti, per esempio nel
settore delle telecomunicazioni, le oscillazioni nei tempi di ritardo del
pacchetto si possono minimizzare con l’impiego di filtri.
Test di sistemi Ieee 1588
Per assicurare l’elevata qualità di un sistema di sincronizzazione tempo-
rale sono disponibili vari livelli di test. Un primo test del livello di astra-
zione hardware (HAL-Hardware Abstraction Layer) consente di testare
la corretta implementazione dei driver della TSU. Quindi, occorre esa-
minare sistematicamente il corretto funzionamento del protocollo Ieee
1588 implementato. Infine, si verifica la precisione, l’interoperabilità e
l’affidabilità nei test di durata, negli stress test e nei Plugfest Ieee 1888
ufficiali. Per testare i sistemi di misura secondo la specifica di LXI Con-
sortium è stato sviluppato un test di conformità per PC che si basa sul
software di protocollo Ieee 1588 di Ixxat e un clock hardware esterno.
La marcatura, critica dal punto di vista temporale, con time stamp dei
pacchetti Ethernet avviene nel clock hardware esterno. In questo modo
è possibile utilizzare un PC standard con Windows come sistema ope-
rativo senza dovere subire perdite di precisione causate dall’inoltro dei
pacchetti dalla rete all’applicazione per il test di conformità.
Piattaforme di riferimento e risultati dei test
Qui di seguito vengono presentati i risultati di misura di due tra le molte
piattaforme supportate, per dare un’idea della precisione di sincronizza-
zione ottenibile. Tutte le misurazioni sono state eseguite su evaluation
board standard di mercato, solitamente dotate di quarzi oscillatori di
bassa qualità. L’impiego di quarzi oscillatori di qualità superiore con
compensazione della temperatura migliora notevolmente la precisione
del clock di sistema. Freescale MPC8313 è un processore di comunica-
zione con supporto del time stamp Ieee 1588 su base hardware inte-
grato a livello di MAC Ethernet. La marcatura con time stamp su base
hardware e un realtime clock tarabile integrato consentono una sin-
cronizzazione nell’ordine dei ns. Una evaluation board MPC8313E-RDB
sincronizzata back-to-back con una reference board MPC8360E-MDS
raggiunge, con un intervallo di sincronizzazione di 125 ms, una preci-
sione di sincronizzazione di ±50 ns (varianza massima) e una varianza
standard di 10 ns. In tal caso, la sincronizzazione è estremamente rapida
ed è già conclusa dopo solo 10 cicli di sincronizzazione. In collaborazione
con STMicroelectronics Ixxat offre un adattamento del suo software di
protocollo Ieee 1588-2008 per la evaluation board STM3220F-Eval. Il
software è disponibile per il download come codice binario e consente
una dimostrazione facile e veloce della tecnologia Ieee 1588.
Anche STM32F207 di STMicroelectronics dispone di una marcatura
time stamp Ieee 1588 su base hardware integrata a livello di MAC
Ethernet. Sia il time stamp, sia l’implementazione di un realtime clock
tarabile nell’hardware consentono una precisione di sincronizzazione
nell’ordine dei ns. Nel test di durata la piattaforma sincronizzata back-
to-back con un master preciso (2 ppm quarzo) ha raggiunto, con un in-
tervallo di sincronizzazione di 0,125 s, una precisione di sincronizzazione
di circa ±50 ns (varianza massima) e una varianza standard di circa 12
ns. Lo stack Ieee 1588 di Ixxat si sincronizza in media dopo circa 20
intervalli di sincronizzazione.
Ixxat Automation
Offset master dei sistemi presi ad esempio
Start-up della sincronizzazione dei sistemi presi ad esempio