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工业级特性在嵌入式处理中至关重要

工业级特性在嵌入式处理中至关重要

2010/6/4 9:08:39

许多通用信号处理器具有良好的计算性能和基本连接特性,因而能为工业应用所接受。另一方面,有些重要的外设增强功能可以显着改进处理器的能力,使其适合要求更高的工业系统。本文将就网络和电机控制应用讨论两个增强功能的例子。

 

以太网接口

 

对于传统工业应用,以太网控制器可提供基本网络连接。控制器(MAC)与处理器通常位于同一芯片上。它一般与一个外部PHY芯片配合使用,构成完整的接口。

 

也可以使用外部MAC/PHY芯片,常常将这种芯片直接连到处理器的异步存储器接口。虽然以太网MAC/PHY组合芯片的价格持续下降,已达到几乎与独立PHY芯片相当的程度,但其传输速率无法与集成MAC加外部PHY解决方案相比。这是因为,内部MAC通常与系统DMA通道相连,可以设置为发送或接收数据,与内核处理器的交互极少。内部MAC控制器一般可以实现接近于线路速度的性能,具体取决于协议。

 

性能的另一个重要方面是实现给定吞吐速率所需的处理器负荷。这是整体性能的一部分,也是内部MAC解决方案与外部MAC解决方案的最大不同之处。

 

在工业型网络中,以太网可利用网络时间协议(NTP)提供基本系统时间。对于基于NTP的系统,整个受控网络的同步通过“人机接口”时间尺度衡量。虽然该协议适合一般系统定时信息,但它不够精确,不适合许多要求更精密同步的工业控制系统。

 

为改善精度,业界制定了IEEE 1588精密时间协议(PTP)标准,与以太网控制器和网络堆栈配合使用,以利用主时钟同步网络上的“本地”时钟。也就是,各处理或控制节点与驱动系统的主参考时间同步。

 

通过使整个工业网络保持精密定时关系,时间事件便可以同步到亚毫秒水平。时间事件包括:模拟/数字转换器何时采样,何时驱动数字/模拟转换器,以及何时激活I/O线路以执行系统控制等。

 

IEEE 1588 PTP要求交换特定数据包,以便从两个节点提供时间信息。这些数据包用于计算各节点时钟之间的时间和频率差。此外,该协议提供一种连续调整时钟的途径,使各时钟保持同步。

 

IEEE 1588 PTP协议既可以完全通过软件实现,也可以通过硬件与软件的组合实现。基于硬件的解决方案可提供最佳精度,因而节点之间可实现最佳同步。采用硬件解决方案时,数据包的时间戳可以尽可能靠近它与PHY的交互点。这样,节点之间的抖动更低。

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