時(shí)間同步：這是使用PTPv2協(xié)議的結(jié)果，該協(xié)議不僅可測(cè)量鏈路傳播時(shí)間，而且還可提供全局時(shí)間概念。此外，“大白兔”還考慮了因在雙向光纖中為每次通信傳輸（在環(huán)路中向前和向后）使用不同波長(zhǎng)而產(chǎn)生的有關(guān)傳播時(shí)間的不對(duì)稱(chēng)性，從而可提高標(biāo)準(zhǔn)PTP協(xié)議的精度。由于頻率和相位之前已經(jīng)同步，因此我們可以在”大白兔”網(wǎng)絡(luò)中確保所有設(shè)備的全局時(shí)間概念。

所有這些工作均可在“大白兔”內(nèi)核中實(shí)現(xiàn)，一部分使用適當(dāng)?shù)腇PGA門(mén)控件，一部分使用嵌入式軟件內(nèi)核。“大白兔”產(chǎn)品包括執(zhí)行這些不同時(shí)鐘工作所需的適當(dāng)振蕩器、PLL和時(shí)序電子產(chǎn)品。

作為案例研究，下面我們將更詳細(xì)了解ZEN電路板。該電路板采用雙路“大白兔”內(nèi)核（D-WRC），這是Seven Solutions用我們最新系列賽靈思7系列產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的原始“大白兔”內(nèi)核的修訂版。D-WRC能夠同步兩個(gè)“大白兔”節(jié)點(diǎn)，也可作為菊花鏈網(wǎng)絡(luò)中的中間鏈路。此外，ZEN電路板還包含由D-WRC控制的高精度、低抖動(dòng)、溫度補(bǔ)償時(shí)鐘資源。

圖2 — 基于Xilinx Zynq SoC器件的“大白兔”門(mén)控組份

圖3 —“大白兔”LEN電路板（上圖）和ZEN（右圖）電路板。它們分別由Artix FPGA和Zynq SoC器件提出支持，采用支持工業(yè)應(yīng)用的適當(dāng)外殼。

此外，Zynq SoC在Linux操作系統(tǒng)下運(yùn)行的雙核ARM? Cortex?-A9處理器可促進(jìn)用戶(hù)應(yīng)用的開(kāi)發(fā)。板載提供Linux，有助于使用令人關(guān)注的全新特性，例如適用于配置的Web服務(wù)、狀態(tài)監(jiān)控的SNMP支持以及遠(yuǎn)程固件加載與更新。

ZEN電路板旨在用作提供高精度時(shí)間，它可提供多樣化連接與擴(kuò)展帶來(lái)的大量可能性：

IRIG-B I/O是ZEN電路板使用的當(dāng)日時(shí)間，它既可作為主設(shè)備，也可作為從設(shè)備。

兩個(gè)連接至ARM處理器的10/100/1000以太網(wǎng)端口可用于各類(lèi)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用和協(xié)議（NTP、sNTP、PTPv2 以及管理等）。

提供兩個(gè)SFP模塊，用于插接符合”大白兔”規(guī)范的鏈路。

SMA連接器可讓ZEN電路板與更精確的時(shí)鐘同步（例如GPS源或高穩(wěn)定振蕩器），提供由“大白兔”同步的各類(lèi)時(shí)鐘。

FMC連接器可插入一款采用“大白兔”項(xiàng)目框架開(kāi)發(fā)的夾層板，或是市場(chǎng)現(xiàn)有的任何其它工業(yè)電路板。這些FMC卡不僅可增強(qiáng)ZEN的發(fā)展?jié)撃?，而且還可實(shí)現(xiàn)大量的產(chǎn)品配置。

存儲(chǔ)器資源包括SD、DDR3和閃存。

包含兩個(gè)UART-USB連接器，可在D-WRC和Cortex處理器中進(jìn)行管理和調(diào)試。

簡(jiǎn)言之，ZEN電路板可為最終用戶(hù)提供一個(gè)節(jié)點(diǎn)，其不僅可實(shí)現(xiàn)亞納秒同步并以菊花鏈方式工作，同時(shí)還可盡其所能地提供最佳的Zynq SoC與全新水平的系統(tǒng)設(shè)計(jì)功能。

“大白兔”設(shè)備

“大白兔”技術(shù)肇始于CERN提倡的開(kāi)放式硬件社區(qū)（開(kāi)放式硬件庫(kù)，OHWR）。為加速該技術(shù)的學(xué)習(xí)進(jìn)程，Seven Solutions開(kāi)發(fā)出了一款由兩片名為SPEC的Spartan?-6電路板組成的“大白兔”入門(mén)套件。其中一個(gè)可配置為主設(shè)備，另一個(gè)則可配置為從設(shè)備。目的是鼓勵(lì)用戶(hù)執(zhí)行幾個(gè)早期評(píng)估實(shí)驗(yàn)。

這項(xiàng)技術(shù)最復(fù)雜的組份是交換機(jī)。我們通過(guò)與CERN、GSI以及其他合作伙伴合作，共同開(kāi)發(fā)了18端口“大白兔”交換機(jī)，從而設(shè)計(jì)了采用MicroTC尺寸規(guī)格的主板。核心組份是一款Virtex?-6 （LX240T） FPGA。我們將該器件與一款運(yùn)行嵌入式Linux 操作系統(tǒng)的外部處理器（ARM926E）進(jìn)行配對(duì)，執(zhí)行了系統(tǒng)更新和文件管理等各項(xiàng)高級(jí)工作。該交換機(jī)使用了18個(gè)針對(duì)SFP的GTX鏈路以及40個(gè)面向通用任務(wù)（LEDS、SFP檢測(cè)等）的GPIO。這是一種非常復(fù)雜的產(chǎn)品，既能分配時(shí)間，也能在使用標(biāo)準(zhǔn)電信工具的同時(shí)處理數(shù)據(jù)包。

近期，Seven Solutions將“大白兔”內(nèi)核移植到了LEN電路板中的賽靈思Artix? FPGA系列中（圖3），實(shí)現(xiàn)了比現(xiàn)有OHWR器件成本更低、能效更高的解決方案。此外，我們剛剛開(kāi)發(fā)出了一款基于Zynq SoC器件的“大白兔”產(chǎn)品。該WR-ZEN節(jié)點(diǎn)（之前的名稱(chēng)）代表一個(gè)完整的通用片上系統(tǒng)方法，其中節(jié)點(diǎn)和計(jì)算機(jī)都整合在同一電路板中。該解決方案可在降低成本，改善系統(tǒng)靈活性的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)更便捷的維護(hù)。

Seven Solutions目前開(kāi)發(fā)的工業(yè)產(chǎn)品可為管理、配置和監(jiān)控提供標(biāo)準(zhǔn)接口，不僅能充分利用“大白兔”技術(shù)的各項(xiàng)優(yōu)勢(shì)，同時(shí)還可提供更強(qiáng)大的特性、支持和文檔。

“大白兔”應(yīng)用

“大白兔”技術(shù)的第一個(gè)目標(biāo)是科學(xué)應(yīng)用。近期該技術(shù)已經(jīng)在一些設(shè)備及研究項(xiàng)目中整合，用于高能物理及分布式射電天文設(shè)施的框架中?！按蟀淄谩奔夹g(shù)已經(jīng)在多個(gè)粒子加速器（CERN、GSI以及其他機(jī)構(gòu)）中使用，而且KM3NeT與HISCORE等國(guó)際科研計(jì)劃也正在考慮使用該技術(shù)。因此，“大白兔”方法已在各種要求嚴(yán)格的應(yīng)用中得到驗(yàn)證，這類(lèi)應(yīng)用要求通過(guò)大型設(shè)施上的分布式儀器實(shí)現(xiàn)精確的時(shí)序與頻率轉(zhuǎn)移。

2014年，“大白兔”還由荷蘭VSL進(jìn)行了125km的遠(yuǎn)距離鏈路測(cè)試，并由芬蘭MIKES進(jìn)行了1，000km的遠(yuǎn)距離鏈路測(cè)試。

在科研領(lǐng)域之外的廣泛應(yīng)用中也需要精確時(shí)序。智能電網(wǎng)要求準(zhǔn)確可靠的時(shí)序，而高頻率交易也離不開(kāi)經(jīng)過(guò)認(rèn)證的精確時(shí)序。

許多此類(lèi)應(yīng)用領(lǐng)域目前依賴(lài)的是GPS時(shí)序信號(hào)，這種信號(hào)生來(lái)就容易受到影響（由于環(huán)境條件或者由于意外或惡意阻塞及電子欺騙）。GPS不應(yīng)該用于安全關(guān)鍵性基礎(chǔ)設(shè)施（2010年1月20日《美國(guó)空軍首腦對(duì)過(guò)度依賴(lài)GPS的警告》，摘自《Inside GNSS》雜志新聞）。在這一點(diǎn)上，“大白兔”代表著一種替代性解決方案，其可實(shí)現(xiàn)通過(guò)地面光纖進(jìn)行高精度時(shí)序及頻率傳輸。可通過(guò)部署標(biāo)準(zhǔn)電信網(wǎng)絡(luò)來(lái)降低這種方法的成本。

除“大白兔”的功能特性外，Seven Solutions還正在面向要求高可用性的重要應(yīng)用開(kāi)發(fā)全新工業(yè)產(chǎn)品。冗余電源、熱插拔風(fēng)扇、延期振蕩器以及其它技術(shù)允許其部署于不能承受系統(tǒng)故障或長(zhǎng)時(shí)間維修過(guò)程的設(shè)施。

圖4 — 為不同節(jié)點(diǎn)提供精確時(shí)序的“大白兔”網(wǎng)絡(luò)。

菊花鏈配置允許通過(guò)WR-LEN節(jié)點(diǎn)。

圖4是如何將WR-LEN用作分布式機(jī)制，以簡(jiǎn)單低成本的方式提供時(shí)序信息。該系統(tǒng)能夠以類(lèi)似GPS的方式分配時(shí)序。它使用適用于電網(wǎng)應(yīng)用的IRIG-B輸出格式提供時(shí)序。此外，PTPv2也是一種可用的接口，是一種有效選項(xiàng)，因?yàn)樗軌蚺c現(xiàn)代電網(wǎng)設(shè)施上使用的PTP網(wǎng)絡(luò)集成。

圖5是基于ZEN時(shí)間提供技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)配置。該實(shí)例中顯示了更多功能強(qiáng)大的特性。關(guān)鍵組份上的冗余電源、冗余網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浼把悠贑SAC振蕩器都可實(shí)現(xiàn)。此外，F(xiàn)MC擴(kuò)展端口還可實(shí)現(xiàn)添加夾層卡，進(jìn)一步開(kāi)發(fā)更多傳感與控制應(yīng)用。

未來(lái)發(fā)展

“大白兔”是一項(xiàng)前景光明的技術(shù)，能夠解決智能電網(wǎng)、電信以及高頻率交易等各類(lèi)終端應(yīng)用領(lǐng)域的同步需求問(wèn)題?！按蟀淄谩辈粌H能解決相位同步等問(wèn)題，同時(shí)還能以亞納秒精度為分布在遙遠(yuǎn)距離（數(shù)百公里）的數(shù)以萬(wàn)計(jì)的設(shè)備同步時(shí)鐘。因此，“大白兔”還能實(shí)現(xiàn)超高精度時(shí)間傳輸以及無(wú)損的全面數(shù)據(jù)傳輸。

這些特性加上“大白兔”的可擴(kuò)展性，將有助于開(kāi)發(fā)整個(gè)世界范圍的地面同步機(jī)制，其不僅可用作GPS解決方案（基于地面衛(wèi)星接收站天線(xiàn)）的后臺(tái)技術(shù)，而且還能開(kāi)啟自動(dòng)駕駛汽車(chē)或室內(nèi)導(dǎo)航等全新應(yīng)用的大門(mén)。即將來(lái)臨的100G電信網(wǎng)絡(luò)將通過(guò)高精度服務(wù)質(zhì)量評(píng)估機(jī)制獲得巨大優(yōu)勢(shì)，而5G無(wú)線(xiàn)技術(shù)則可使用“大白兔”解決眾所周知的相位同步問(wèn)題。

這些只是“大白兔”可能會(huì)在其中產(chǎn)生巨大影響的未來(lái)應(yīng)用的部分示例。此外，由于“大白兔”可能會(huì)在IEEE-1588v3配置文件（目前正在考慮）中得到標(biāo)準(zhǔn)化，因此它將非常容易適應(yīng)多家廠商。而且我們認(rèn)為最具挑戰(zhàn)性的應(yīng)用還未出現(xiàn)。

Seven Solutions正在提供第一批基于“大白兔”技術(shù)的工業(yè)產(chǎn)品。我們的交鑰匙解決方案不僅可便捷集成在基于標(biāo)準(zhǔn)電信接口的用戶(hù)應(yīng)用中，而且只需使用Web服務(wù)或SNMP等標(biāo)準(zhǔn)軟件便可完成配置/讀取。下一步我們將針對(duì)分配RF生成（無(wú)需發(fā)送參考頻率）或觸發(fā)事件采集整合各種特性，提供大量電信應(yīng)用所需的高精度。