“大白兔”：每纳秒都很重要的时候

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- 议（NTP、sNTP、PTPv2 以及管理等）。
- 提供两个SFP模块，用于插接符合”大白兔”规范的链路。
- SMA连接器可让ZEN电路板与更精确的时钟同步（例如GPS源或高稳定振荡器），提供由“大白兔”同步的各类时钟。
- FMC连接器可插入一款采用“大白兔”项目框架开发的夹层板，或是市场现有的任何其它工业电路板。这些FMC卡不仅可增强ZEN的发展潜能，而且还可实现大量的产品配置。
- 存储器资源包括SD、DDR3和闪存。
- 包含两个UART-USB连接器，可在D-WRC和Cortex处理器中进行管理和调试。
简言之，ZEN电路板可为最终用户提供一个节点，其不仅可实现亚纳秒同步并以菊花链方式工作，同时还可尽其所能地提供最佳的Zynq SoC与全新水平的系统设计功能。

“大白兔”设备

“大白兔”技术肇始于CERN提倡的开放式硬件社区（开放式硬件库，OHWR）。为加速该技术的学习进程，Seven Solutions开发出了一款由两片名为SPEC的Spartan®-6电路板组成的“大白兔”入门套件。其中一个可配置为主设备，另一个则可配置为从设备。目的是鼓励用户执行几个早期评估实验。

这项技术最复杂的组份是交换机。我们通过与CERN、GSI以及其他合作伙伴合作，共同开发了18端口“大白兔”交换机，从而设计了采用MicroTC尺寸规格的主板。核心组份是一款Virtex®-6 (LX240T) FPGA。我们将该器件与一款运行嵌入式Linux 操作系统的外部处理器（ARM926E）进行配对，执行了系统更新和文件管理等各项高级工作。该交换机使用了18个针对SFP的GTX链路以及40个面向通用任务（LEDS、SFP检测等）的GPIO。这是一种非常复杂的产品，既能分配时间，也能在使用标准电信工具的同时处理数据包。

近期，Seven Solutions将“大白兔”内核移植到了LEN电路板中的赛灵思Artix® FPGA系列中（图3），实现了比现有OHWR器件成本更低、能效更高的解决方案。此外，我们刚刚开发出了一款基于Zynq SoC器件的“大白兔”产品。该WR-ZEN节点（之前的名称）代表一个完整的通用片上系统方法，其中节点和计算机都整合在同一电路板中。该解决方案可在降低成本，改善系统灵活性的同时，实现更便捷的维护。

Seven Solutions目前开发的工业产品可为管理、配置和监控提供标准接口，不仅能充分利用“大白兔”技术的各项优势，同时还可提供更强大的特性、支持和文档。

“大白兔”应用

“大白兔”技术的第一个目标是科学应用。近期该技术已经在一些设备及研究项目中整合，用于高能物理及分布式射电天文设施的框架中。“大白兔”技术已经在多个粒子加速器（CERN、GSI以及其他机构）中使用，而且KM3NeT与HISCORE等国际科研计划也正在考虑使用该技术。因此，“大白兔”方法已在各种要求严格的应用中得到验证，这类应用要求通过大型设施上的分布式仪器实现精确的时序与频率转移。

2014年，“大白兔”还由荷兰VSL进行了125km的远距离链路测试，并由芬兰MIKES进行了1,000km的远距离链路测试。

在科研领域之外的广泛应用中也需要精确时序。智能电网要求准确可靠的时序，而高频率交易也离不开经过认证的精确时序。

许多此类应用领域目前依赖的是GPS时序信号，这种信号生来就容易受到影响（由于环境条件或者由于意外或恶意阻塞及电子欺骗）。GPS不应该用于安全关键性基础设施（2010年1月20日《美国空军首脑对过度依赖GPS的警告》，摘自《Inside GNSS》杂志新闻）。在这一点上，“大白兔”代表着一种替代性解决方案，其可实现通过地面光纤进行高精度时序及频率传输。可通过部署标准电信网络来降低这种方法的成本。

除“大白兔”的功能特性外，Seven Solutions还正在面向要求高可用性的重要应用开发全新工业产品。冗余电源、热插拔风扇、延期振荡器以及其它技术允许其部署于不能承受系统故障或长时间维修过程的设施。

图4 — 为不同节点提供精确时序的“大白兔”网络。

菊花链配置允许通过WR-LEN节点。

图4是如何将WR-LEN用作分布式机制，以简单低成本的方式提供时序信息。该系统能够以类似GPS的方式分配时序。它使用适用于电网应用的IRIG-B输出格式提供时序。此外，PTPv2也是一种可用的接口，是一种有效选项，因为它能够与现代电网设施上使用的PTP网络集成。

图5：基于ZEN时间提供技术、面向安全关键性系统的网络配置

图5是基于ZEN时间提供技术的网络配置。该实例中显示了更多功能强大的特性。关键组份上的冗余电源、冗余网络拓扑及延期CSAC振荡器都可实现。此外，FMC扩展端口还可实现添加夹层卡，进一步开发更多传感与控制应用。

未来发展

“大白兔”是一项前景光明的技术，能够解决智能电网、电信以及高频率交易等各类终端应用领域的同步需求问题。“大白兔”不仅能解决相位同步等问题，同时还能以亚纳秒精度为分布在遥远距离（数百公里）的数以万计的设备同步时钟。因此，“大白兔”还能实现超高精度时间传输以及无损的全面数据传输。

这些特性加上“大白兔”的可扩展性，将有助于开发整个世界范围的地面同步机制，其不仅可用作GPS解决方案（基于地面卫星接收站天线）的后台技术，而且还能开启自动驾驶汽车或室内导航等全新应用的大门。即将来临的100G电信网络将通过高精度服务质量评估机制获得巨大优势，而5G无线技术则可使用“大白兔”解决众所周知的相位同步问题。

这些只是“大白兔”可能会在其中产生巨大影响的未来应用的部分示例。此外，由于“大白兔”可能会在IEEE-1588v3配置文件（目前正在考虑）中得到标准化，因此它将非常容易适应多家厂商。而且我们认为最具挑战性的应用还未出现。

Seven Solutions正在提供第一批基于“大白兔”技术的工业产品。我们的交钥匙解决方案不仅可便捷集成在基于标准电信接口的用户应用中，而且只需使用Web服务或SNMP等标准软件便可完成配置/读取。下一步我们将针对分配RF生成（无需发送参考频率）或触发事件采集整合各种特性，提供大量电信应用所需的高精度。

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