基于FPGA的IEEE1588 IP核開發(fā).pdf

1、隨著智能電網(wǎng)的發(fā)展，越來越多的智能電子設(shè)備在電力系統(tǒng)的測量、保護(hù)和控制系統(tǒng)中使用。特別是電子式互感器和智能開關(guān)的發(fā)展和應(yīng)用，使得變電站迅速向數(shù)字化方向轉(zhuǎn)變。越來越多的智能精密設(shè)備對系統(tǒng)內(nèi)的時(shí)間同步提出了越來越高的要求。IEEE1588定義了一個(gè)精確時(shí)間同步協(xié)議，在控制和測量網(wǎng)絡(luò)方面有廣泛的應(yīng)用前景和潛力。
　　 本文詳細(xì)分析了IEEE1588標(biāo)準(zhǔn)，研究了IEEE1588的適用范圍、報(bào)文類型、時(shí)鐘類型和同步原理;著重研究了IEEE

2、1588的特色所在，采用硬件輔助電路在網(wǎng)絡(luò)物理層對同步報(bào)文的到達(dá)以及離開時(shí)刻進(jìn)行精確時(shí)間標(biāo)記提高精度的方法。并且將協(xié)議與當(dāng)前變電站系統(tǒng)中常見的GPS、IRIG-B碼和SNTP網(wǎng)絡(luò)對時(shí)技術(shù)進(jìn)行了比較分析，就IEEE1588實(shí)現(xiàn)過程中可能存在的誤差進(jìn)行了解析。
　　 論文在研究IEEE1588的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了一套基于IEEE1588精確時(shí)間同步協(xié)議的時(shí)間同步方案。該方案搭建了基于“ARM＋FPGA＋MAC＋PHY”的硬件平臺，主要完

3、成了處理器電路、網(wǎng)絡(luò)模塊電路以及FPGA電路的芯片選型和設(shè)計(jì)。為了實(shí)現(xiàn)報(bào)文的監(jiān)聽和捕獲，設(shè)計(jì)了基于“DM9000＋LXT971A”的非一體化網(wǎng)絡(luò)解決方案進(jìn)行以太網(wǎng)通信。同時(shí)，該方案設(shè)計(jì)了基于FPGA的硬件時(shí)間戳單元IP核，實(shí)現(xiàn)了對IEEE1588同步報(bào)文和延時(shí)請求報(bào)文的監(jiān)聽和標(biāo)記，實(shí)現(xiàn)了以晶振頻率補(bǔ)償算法為核心的高精度本地時(shí)鐘，實(shí)現(xiàn)了與處理器端的交互操作。論文在Modelsim軟件中建立了仿真環(huán)境，對關(guān)鍵設(shè)計(jì)進(jìn)行了仿真。