一种基于嵌入式的网络对时平台的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种基于嵌入式的网络对时平台，包括微处理器，所述微处理器包括动态随机存储控制器、闪速存储器控制器、总线控制器、以太网MAC控制器、总线通讯控制器和串行通讯控制器；所述动态随机存储控制器连接有动态随机存储器；所述闪速存储器控制器连接有闪速存储器；所述总线控制器连接有以太网控制器和可编程逻辑控制器，该可编程逻辑控制器连接有硬件看门狗；所述以太网MAC控制器连接有采用IEEE1588协议的以太网PHY；所述总线通讯控制器、串行通讯控制器、以太网控制器、以太网PHY、可编程逻辑控制器和硬件看门狗连接有外部扩展接口。该平台可嵌入到用户设备中，提供扩展接口，具有极好的实时性、扩展性、高性能和高可靠性。
【专利说明】—种基于嵌入式的网络对时平台
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种网络对时平台，特别涉及一种基于嵌入式的网络对时平台。【背景技术】
[0002]IEEE1588时钟是一种采用IEEE1588V2协议的高精度网络对时时钟，其在行业对高精度授时迫切需求的大背景下孕育而生。为解决以太网定时同步能力的不足，计算机和网络业界开发出一种软件方式的网络时间协议(NTP)，以提高各网络设备之间的定时同步能力。后续NTP版本的同步准确度可以达到μ s级，但是仍然不能满足测量仪器和工业控制所需的准确度。为了解决测量和控制应用的分布网络定时同步的需要，ΙΕΕΕ1588标准诞生。
[0003]ΙΕΕΕ1588协议的全称是“网络测量和控制系统的精密时钟同步协议标准”，是通用的提升网络系统定时同步能力的规范，使分布式通信网络能够具有严格的定时同步，并且应用于工业自动化系统。基本构思是通过硬件和软件将网络设备(客户机)的内时钟与主控机的主时钟实现同步，提供同步建立时间小于10 μ S的运用，与未执行ΙΕΕΕ1588协议的以太网延迟时间IOOOys相比，整个网络的定时同步指标有显著的改善。
[0004]IEEE1588 的特点:
[0005]1.早期的网络时间协议(NTP)只有软件，而ΙΕΕΕ1588既使用软件，亦同时使用硬件和软件配合，获得更精确的定时同步；
[0006]2.ΙΕΕΕ158采用时间分布机制和时间调度概念，客户机可使用普通振荡器，通过软件调度与主控机的主时钟保持同步，过程简单可靠，节约大量时钟电缆。
[0007]ΙΕΕΕ1588协议目前已发展到ν2版本。1588v2对vl进行了完善，提高了同步的精度；引入透明时钟TC模式，包括E2E透明时钟和P2P透明时钟，计算中间网络设备引入的驻留时间，从而实现主从间精确时间同步，并新增端口间延时测量机制等，通过非对称校正减少了大型网络拓扑中的积聚错误。
[0008]随着电力系统数字化变电站和智能电网的发展，对于网络实时性的要求越来越高，传统的对时方案已经不能满足时钟对时的要求，因此选择IEEE1588高精度网络对时方案顺势成为了电力系统数字化变电站和智能电网的最佳解决方案。但是，当前业内提供的IEEE1588解决方案或多或少都存在着以下几个方面的问题:
[0009]1、产品设计复杂,价格昂贵。虽然IEEE1588作为一个国际化的标准，已经诞生了较长的时间，但是对于如何具体实现并没有一个行业内的统一的解决方案，且在消费市场并不是一个迫切的需求，推进的力度较为缓慢。同时由于IEEE1588需要软件硬件的同步配合实现方能达到所宣称的us级对时精度，具有一定实现门槛和难度，因此，在工业应用领域实现的产品较少，相关产品的价格普遍非常昂贵。
[0010]2、IEEE1588建立在以太网协议栈基础上来实现高精度对时，需要现有的以太网设备从硬件上在芯片级进行重新设计和修正，但是当前业内绝大多数的以太网设备都不具备这样的功能，因此多数宣称所谓实现了 IEEE1588高精度对时的方案，都是建立在纯软件解决的方案基础上，虽然从软件协议上做到了兼容，但是性能上较为低下，也根本达不到us级的对时精度。这样的解决方案无法做到电力系统数字化变电站和智能电网对于对时的可靠性和精度的要求，导致很长一段时间以来，电力系统数字化变电站和智能电网在进行数字化电网系统的改造过程中，虽然其它产品均实现了数字化，但是在系统对时这一块，仍然保守的在使用传统的对时方案，如B码对时等。
[0011]3、当前市场上在售的有关IEEE1588的产品，均采用整机的模式销售，对于用户而言，功能上过于冗余，而结构上又太过庞大，难以嵌入到用户设备中使用。并且这些产品没有开放可供开发的接口，无法进行扩展，用户也无法在其基础上进行软硬件的二次开发。用户只能拿来作为一台设备使用，但却无法将IEEE1588的先进技术集成到自己的产品中。
实用新型内容
[0012]为了克服现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种基于嵌入式的网络对时平台，该平台支持嵌入到用户设备中使用，并可提供软件开发包以及二次开发扩展编程接口，具有极好的实时性，扩展性，高性能，高可靠性。
[0013]为解决上述问题，本实用新型所采用的技术方案如下:
[0014]一种基于嵌入式的网络对时平台，包括微处理器，所述微处理器包括动态随机存储控制器、闪速存储器控制器、总线控制器、以太网MAC控制器、总线通讯控制器和串行通讯控制器；
[0015]所述动态随机存储控制器连接有动态随机存储器；
[0016]所述闪速存储器控制器连接有闪速存储器；
[0017]所述总线控制器连接有以太网控制器和可编程逻辑控制器，该可编程逻辑控制器连接有硬件看门狗；
[0018]所述以太网MAC控制器连接有采用IEEE1588协议的以太网PHY ；
[0019]所述总线通讯控制器、串行通讯控制器、以太网控制器、以太网PHY、可编程逻辑控制器和硬件看门狗连接有外部扩展接口。
[0020]其中，一块完整的网络芯片包括OSI网络层模型的两个层，即数据链路层和物理层，MAC实现了数据链路层，PHY实现了物理层。
[0021]优选的，所述动态随机存储控制器为DDRIII动态随机存储控制器，所述动态随机存储器为DDRIII动态随机存储器。其中，DDRIII是DDRII的升级产品，相比起DDRII有更低的工作电压，从DDRII的1.8V降落到1.5V，性能更好更为省电；DDRII的4bit预读升级为8bit预读，DDRIII目前最高能够可以达到1600Mhz的速度，由于目前最为快速的DDRII内存速度已经提升到800Mhz/1066Mhz的速度，因而DDR3内存模组是从1333Mhz的起跳。
[0022]优选的，所述闪速存储器控制器为Nand闪速存储器控制器，所述闪速存储器为Nand型闪速存储器。其中，Samsung、TOSHIBA和Fujistu支持Nand技术FlashMemory。这种结构的闪速存储器适合于纯数据存储和文件存储，主要作为SmartMedia卡、CompactFlash卡、PCMCIAATA卡、固态盘的存储介质，并正成为闪速磁盘技术的核心。
[0023]优选的，所述总线控制器为GPCM总线控制器。
[0024]优选的，所述总线通讯控制器为CAN总线通讯控制器。其中，CAN是控制器局域网络(Controller Area Network, CAN)的简称,是由研发和生产汽车电子产品著称的德国BOSCH公司开发，并最终成为国际标准(ISO 11898)。是国际上应用最广泛的现场总线之一。在北美和西欧，CAN总线协议已经成为汽车计算机控制系统和嵌入式工业控制局域网的标准总线，并且拥有以CAN为底层协议专为大型货车和重工机械车辆设计的J1939协议。
[0025]优选的，所述串行通讯控制器为UART串行通讯控制器。其中，通用异步收发传输器(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter),通常称作 UART,是一种异步收发传输器，是电脑硬件的一部分。将资料由串行通信与并行通信间作传输转换，作为并行输入成为串行输出的芯片，通常集成于其他通讯接口的连结上。
[0026]优选的，所述以太网控制器为百兆或以上的以太网控制器。
[0027]优选的，所述外部扩展接口包括第一外部扩展接口和第二外部扩展接口，该第一外部扩展接口与以太网控制器和以太网PHY连接，该第二外部扩展接口与总线通讯控制器、串行通讯控制器、可编程逻辑控制器和硬件看门狗连接。
[0028]相比现有技术，本实用新型的有益效果在于:
[0029]本实用新型采用了高速低功耗嵌入式的微处理器和硬件上专业带有IEEE1588功能的以太网PHY来实现，系统架构简单可靠，软件上直接在Linux内核中集成以太网PTP网络协议栈，对用户层屏蔽了具体软件实现细节，用户无需自己编程即可操作，使用起来简单方便，解决了产品设计复杂，价格昂贵的问题。
[0030]又由于本实用新型采用的是直接集成硬件级IEEE1588解码功能的以太网PHY，使得系统对时精度可以达到us级，解决了对时精度低的问题。
[0031]更进一步的，本实用新型采用嵌入式扩展插针结构设计，整体尺寸只有长X宽=58X54 (mm)，可以直接嵌入到用户设备中使用，并且由于设计上采用外部插针式扩展接口，用户可以直接利用扩展接口来进行硬件的二次扩展开发，解决了现有设备无法扩展的问题。
【专利附图】
【附图说明】
[0032]图1为本实用新型的结构示意图。
[0033]附图标记如下:
[0034]1、微处理器；11、DDRIII动态随机存储控制器；12、Nand闪速存储器控制器；13、GPCM总线控制器；14、以太网MAC控制器；15、CAN总线通讯控制器；16、UART串行通讯控制器；2、DDRIII动态随机存储器；3、Nand型闪速存储器；4、百兆以太网控制器；5、以太网PHY ;6、可编程逻辑控制器；7、硬件看门狗；81、第一外部扩展接口 ；82、第二外部扩展接口。
【具体实施方式】
[0035]下面结合附图和【具体实施方式】对本实用新型作进一步详细说明。
[0036]如图1所示，本实用新型所述的基于嵌入式的网络对时平台包括微处理器1，所述微处理器I包括DDRIII动态随机存储控制器ll、Nand闪速存储器控制器12、GPCM总线控制器13、以太网MAC控制器14、CAN总线通讯控制器15和UART串行通讯控制器16 ;所述DDRIII动态随机存储控制器11连接有DDRIII动态随机存储器2 ;所述Nand闪速存储器控制器12连接有Nand型闪速存储器3 ;所述GPCM总线控制器13连接有百兆以太网控制器4和可编程逻辑控制器6，该可编程逻辑控制器6连接有硬件看门狗7，当然，根据实际需要还可使用更高级别的以太网控制器，如千兆以太网控制器等；所述以太网MAC控制器14连接有采用IEEE1588协议的以太网PHY5 ;所述百兆以太网控制器4和以太网PHY5连接有第一外部扩展接口 81，所述CAN总线通讯控制器15、UART串行通讯控制器16、可编程逻辑控制器6和硬件看门狗7连接有第二外部扩展接口 82;所述的第一外部扩展接口 81和第二外部扩展接口 82优选为20pin外部扩展接口。
[0037]所述微处理器I优选为TI公司基于Cortex-AS核心的AM335X微处理器，微处理器I有地址和数据总线，多个输入输出I/O脚，DDR III动态随机存储控制器ll，Nand闪速存储器控制器12，GPCM总线控制器13，以太网MAC控制器14，CAN总线通讯控制器15，UART串行通讯控制器16等。
[0038]所述DDRIII动态随机存储器2具有15位地址线，和32位数据线，通过DDRIII动态随机存储控制器11与微处理器I连接。
[0039]所述Nand型闪速存储器3通过Nand闪速存储器控制器12与微处理器I连接。
[0040]所述百兆以太网控制器4为具有GPCM总线接口的10/100BASE-T快速以太网控制器，支持UTP通讯接口模式和FIBER通讯接口模式，通过GPCM总线控制器13与微处理器I连接。
[0041]所述以太网PHY5为一片具有硬件级IEEE1588解码能力的以太网PHY芯片，支持UTP通讯接口模式和FIBER通讯接口模式，该以太网PHY5连接至微处理器I内部的以太网MAC控制器14。
[0042]所述可编程逻辑控制器6优选为Altera公司的CPLD可编程逻辑控制器，通过GPCM总线控制器13与微处理器I连接。可编程逻辑控制器6内部可编程，并可实现软件加密，看门狗控制，系统硬件设置功能，通讯核心和用户客户端握手功能和扩展I/O功能。
[0043]所述硬件看门狗7连接至可编程逻辑控制器6，并由可编程逻辑控制器6对其进行控制操作。硬件看门狗7是一个1.6秒定时限看门狗控制器，并可由软件编程实现对其进行打开，关闭，和喂狗操作。硬件看门狗7可以实现设备的无人值守工作，当系统软件死机后，可以由硬件看门狗7实现系统自启动功能。
[0044]所述第一外部扩展接口 81和第二外部扩展接口 82为两个单排20pin 2.54mm间距插针，功能上为向用户开放的二次扩展功能接口。开放的二次扩展功能包括:串行总线通讯功能(串行总线通讯可以扩展为RS232，RS422，RS485以及CAN总线四种模式)，以太网通讯功能(以太网通讯可以扩展为UTP和FIBER两种模式)，IEEE1588硬件级高精度对时功能，硬件看门狗控制功能，系统硬件设置功能，通讯核心和用户客户端握手功能，和扩展I/O功能。
[0045]所述微处理器I具有15位地址线和32位数据线用于连接DDRIII动态随机存储器2，具有2位地址线和16位数据线连接百兆以太网控制器4，具有6位地址线和8位数据线连接可编程逻辑控制器6。微处理器I中集成的CAN总线通讯控制器15和UART串行通讯控制器16连接至第二外部扩展接口 82，实现平台与其它串行设备之间的通讯。百兆以太网控制器4连接第一外部扩展接口 81，实现平台与其它以太网接口设备的通讯。以太网PHY5连接至第一外部扩展接口 81，实现平台与其它以太网接口设置的通讯。可编程逻辑控制器6连接第二外部扩展接口 82，实现平台与其它逻辑设备之间的通信。
[0046]上述实施方式仅为本实用新型的优选实施方式，不能以此来限定本实用新型保护的范围，本领域的技术人员在本实用新型的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本实用新型所要求保护的范围。
【权利要求】
1.一种基于嵌入式的网络对时平台，其特征在于:包括微处理器，所述微处理器包括动态随机存储控制器、闪速存储器控制器、总线控制器、以太网MAC控制器、总线通讯控制器和串行通讯控制器； 所述动态随机存储控制器连接有动态随机存储器； 所述闪速存储器控制器连接有闪速存储器； 所述总线控制器连接有以太网控制器和可编程逻辑控制器，该可编程逻辑控制器连接有硬件看门狗； 所述以太网MAC控制器连接有采用IEEE1588协议的以太网PHY ； 所述总线通讯控制器、串行通讯控制器、以太网控制器、以太网PHY、可编程逻辑控制器和硬件看门狗连接有外部扩展接口。
2.根据权利要求1所述的基于嵌入式的网络对时平台，其特征在于:所述动态随机存储控制器为DDRIII动态随机存储控制器，所述动态随机存储器为DDRIII动态随机存储器。
3.根据权利要求1所述的基于嵌入式的网络对时平台，其特征在于:所述闪速存储器控制器为Nand闪速存储器控制器，所述闪速存储器为Nand型闪速存储器。
4.根据权利要求1所述的基于嵌入式的网络对时平台，其特征在于:所述总线控制器为GPCM总线控制器。
5.根据权利要求1所述的基于嵌入式的网络对时平台，其特征在于:所述总线通讯控制器为CAN总线通讯控制器。
6.根据权利要求1所述的基于嵌入式的网络对时平台，其特征在于:所述串行通讯控制器为UART串行通讯控制器。
7.根据权利要求1所述的基于嵌入式的网络对时平台，其特征在于:所述以太网控制器为百兆或以上的以太网控制器。
8.根据权利要求1至7任一项所述的基于嵌入式的网络对时平台，其特征在于:所述外部扩展接口包括第一外部扩展接口和第二外部扩展接口，该第一外部扩展接口与以太网控制器和以太网PHY连接，该第二外部扩展接口与总线通讯控制器、串行通讯控制器、可编程逻辑控制器和硬件看门狗连接。
【文档编号】H04J3/06GK203747843SQ201420153469
【公开日】2014年7月30日 申请日期:2014年3月31日 优先权日:2014年3月31日
【发明者】汪磊 申请人:深圳市昇伟电子科技有限公司