一、產(chǎn)品介紹

奧地利Oregano Systems syn1588® RJ-45 PCIe同步卡，是面向工業(yè)標準PC架構主機高精度IEEE1588 PTP時間同步場景打造的帶FPGA硬件時鐘核心的標準PCIe總線直插式納秒級時間戳同步專用單元，沒有沿用普通常規(guī)同規(guī)格PTP同步網(wǎng)卡依靠CPU軟件處理同步邏輯的傳統(tǒng)軟同步思路，而是在工業(yè)實時仿真平臺高精度時間同步布設、軌道交通信號控制系統(tǒng)主機時鐘對齊這類對亞微秒級同步精度、低CPU資源占用要求嚴苛的場景需求層面做了FPGA內(nèi)置專用Clock_M IP核架構集成硬件全路徑時間戳布局專項優(yōu)化，針對普通常規(guī)軟同步PTP網(wǎng)卡同步精度波動大、占用主機CPU資源多的常見問題做了RJ45電口原生集成工藝升級、PTP主從節(jié)點雙角色動態(tài)切換結構調整，不用在主機外部額外外掛獨立的同步授時硬件設備就能在單臺PCIe插卡單元上實現(xiàn)硬件全流程PTP同步和高精度時間戳標記的一體化作業(yè)，從根源上減少了普通常規(guī)軟同步PTP網(wǎng)卡同步精度不穩(wěn)定、CPU占用率高的問題，在長期伴隨工業(yè)實時仿真平臺高精度時間同步布設、軌道交通信號控制系統(tǒng)主機時鐘對齊的使用場景下，也能持續(xù)維持穩(wěn)定的亞微秒級同步性能與長周期高負載復雜工況適配性能。

二、功能特點

FPGA內(nèi)置專用Clock_M IP核性能

單元的同步卡的核心同步處理邏輯在板載FPGA內(nèi)部通過專用的syn1588 Clock_M IP核硬件實現(xiàn)，從PTP協(xié)議報文識別、時間戳標記到同步運算的全流程都由硬件直接完成，不需要主機CPU參與同步過程的實時運算，不會出現(xiàn)普通常規(guī)軟同步網(wǎng)卡同步過程大量占用主機CPU資源的情況，不用在主機側額外分配大量CPU核心資源處理同步任務，就可以在主機高負載運行狀態(tài)下維持穩(wěn)定的同步精度，降低同步任務對主機業(yè)務算力的占用。

硬件全路徑時間戳性能

單元的同步卡的時間戳標記動作在以太網(wǎng)MAC層和物理層之間的硬件路徑上直接完成，PTP報文到達物理接口的瞬間就被打上高精度時間戳，時間戳的標記點距離物理接口的傳輸路徑延遲被壓縮到極低的水平，不會出現(xiàn)普通常規(guī)上層軟件打時間戳的網(wǎng)卡標記延遲波動大的情況，不用在同步計算過程中額外增加復雜的路徑延遲補償算法，就可以獲得高穩(wěn)定性的時間戳數(shù)據(jù)，壓低同步結果的整體偏差。

RJ45電口原生集成性能

單元的同步卡的同步網(wǎng)絡接口直接采用原生集成的標準RJ45電口，不需要額外外接SFP光模塊或者專用轉接配件，常規(guī)工業(yè)現(xiàn)場隨處可見的標準五類以上銅纜網(wǎng)線就可以直接接入設備，不會出現(xiàn)普通常規(guī)僅支持光口的同步網(wǎng)卡必須額外配置光模塊和光纖的情況，不用在同步網(wǎng)絡中額外部署光電轉換適配設備，就可以直接接入常規(guī)銅纜以太網(wǎng)同步鏈路，降低現(xiàn)場布線的配套成本。

PTP主從節(jié)點雙角色動態(tài)切換性能

單元的同步卡的硬件邏輯同時支持PTP主節(jié)點和從節(jié)點兩種工作角色，不需要更換硬件固件就可以通過軟件配置在兩種角色之間動態(tài)切換，既可以作為從節(jié)點同步外部主時鐘的時間基準，也可以作為主節(jié)點向下游其他節(jié)點輸出PTP同步基準，不會出現(xiàn)普通常規(guī)固定單角色的同步網(wǎng)卡無法靈活切換工作模式的情況，不用在同一臺主機內(nèi)部同時插入主節(jié)點卡和從節(jié)點卡，就可以根據(jù)場景需求靈活調整工作角色，適配不同的同步網(wǎng)絡架構。

PCIe標準總線直插性能

單元的同步卡的主機側接口采用標準PCIe總線協(xié)議，直接插入工業(yè)主機主板上的空余標準PCIe插槽內(nèi)就可以完成硬件連接，不需要額外配置獨立的外接供電電源和專用接口線纜，不會出現(xiàn)普通常規(guī)外置同步設備需要單獨配置供電和專用線纜的情況，不用在主機外部預留獨立的設備安裝空間，就可以直接嵌入標準工業(yè)主機內(nèi)部完成部署，適配標準工業(yè)主機的內(nèi)部安裝環(huán)境。

多操作系統(tǒng)原生驅動適配性能

單元的同步卡配套的驅動程序對工業(yè)領域常用的多種主流操作系統(tǒng)都做了原生適配，不同操作系統(tǒng)環(huán)境下都可以直接加載驅動完成硬件識別和功能啟用，不需要針對特定操作系統(tǒng)單獨開發(fā)定制化驅動程序，不會出現(xiàn)普通常規(guī)小眾同步網(wǎng)卡驅動適配范圍窄的情況，不用投入額外的驅動二次開發(fā)工作量，就可以快速在不同操作系統(tǒng)的主機上完成部署，降低系統(tǒng)適配的開發(fā)成本。

支持多標準IEEE1588協(xié)議集性能

單元的同步卡的硬件邏輯完整覆蓋不同階段發(fā)布的主流IEEE1588協(xié)議標準集，不同時期部署的不同版本PTP同步網(wǎng)絡都可以直接接入適配，不會出現(xiàn)普通常規(guī)僅支持單一舊版本協(xié)議的同步網(wǎng)卡無法接入新部署同步網(wǎng)絡的情況，不用在同步網(wǎng)絡中額外加裝協(xié)議轉換網(wǎng)關設備，就可以直接對接不同版本協(xié)議的PTP網(wǎng)絡節(jié)點，適配新舊混合的異構同步網(wǎng)絡。

低抖動1PPS信號輸入輸出性能

單元的同步卡板載獨立的低抖動1PPS信號輸入輸出接口，既可以接入外部高精度1PPS基準信號完成本地時間校準，也可以向外輸出自身鎖定后的低抖動1PPS基準信號，和其他外部授時設備完成時間基準交互，不會出現(xiàn)普通常規(guī)不帶1PPS接口的同步卡無法和其他高精度授時設備對接的情況，不用在主機內(nèi)部額外加裝獨立的1PPS轉接板卡，就可以直接完成和外部高精度授時系統(tǒng)的基準交互，擴展主機的授時交互能力。

三、選型指南

匹配目標同步場景的基礎實際主機主板上可用的PCIe插槽通道規(guī)格需求

先確認待安裝同步卡的工業(yè)主機主板上空余PCIe插槽的實際通道規(guī)格，當前標準基礎PCIe x1通道適配的多數(shù)常規(guī)工業(yè)主機場景直接選用這款奧地利Oregano Systems syn1588® RJ-45 PCIe同步卡標準版本即可滿足使用需求，配套主機主板僅提供更高速率PCIe插槽的特殊高帶寬場景，可選用同系列對應高帶寬PCIe通道優(yōu)化的適配版本，進一步提升同步卡的總線數(shù)據(jù)傳輸能力，適配高帶寬同步報文傳輸?shù)膱鼍靶枨蟆?/span>

匹配現(xiàn)場實際工況的長期所處現(xiàn)場的同步網(wǎng)絡的實際布線介質類型需求

確認同步卡接入的同步網(wǎng)絡的實際布線介質類型，當前標準RJ45銅纜電口適配的多數(shù)常規(guī)短距離銅纜布線場景直接選用當前標準版本即可滿足使用需求，配套同步網(wǎng)絡布線介質為長距離光纖的工況，可選用同系列對應SFP光口配置優(yōu)化的適配版本，進一步提升整套同步卡的長距離光纖鏈路適配能力，適配長距離光纖布線工況下的長期穩(wěn)定運行需求。

適配現(xiàn)場安裝點位的實際主機內(nèi)部空余PCIe插槽的物理長度空間需求

提前確認工業(yè)主機內(nèi)部空余PCIe插槽周邊的實際可用物理安裝空間，當前標準半高卡身適配的多數(shù)常規(guī)全高工業(yè)主機場景直接選用當前標準版本即可滿足使用需求，配套主機內(nèi)部安裝空間受限的緊湊型小機箱工控機場景，可選用同系列對應短尺寸半高擋板優(yōu)化的適配版本，進一步適配原有緊湊型工控機的內(nèi)部空間限制，適配存量緊湊型工控機改造的安裝場景。

適配高實時性硬實時操作系統(tǒng)平臺同步部署特殊工況需求

如果是用于長期在高實時性硬實時操作系統(tǒng)平臺內(nèi)部進行高精度時間同步部署的場景，可直接選用同系列對應增強型硬實時系統(tǒng)專屬深度優(yōu)化驅動構型的適配版本，在保障基礎硬件高精度同步性能的前提下進一步提升單元整體在硬實時系統(tǒng)下的同步響應速度，滿足高實時性硬實時操作系統(tǒng)平臺工況下的長期穩(wěn)定使用要求。

四、技術參數(shù)

奧地利Oregano Systems syn1588® RJ-45 PCIe同步卡，采用FPGA內(nèi)置專用Clock_M IP核架構搭配硬件全路徑時間戳工藝布局，面向工業(yè)標準PC架構主機高精度IEEE1588 PTP時間同步場景打造的帶FPGA硬件時鐘核心的標準PCIe總線直插式納秒級時間戳同步專用單元，適配對應Oregano Systems syn1588系列同步卡備件的標準參數(shù)，關閉工業(yè)主機的供電電源，打開主機機箱側面板，將同步卡平穩(wěn)對準主板上空余的標準PCIe插槽垂直插入，確認金手指插入插槽內(nèi)部后用螺絲將卡的擋板鎖緊在主機機箱的安裝位上，蓋好機箱側面板后將標準RJ45網(wǎng)線一端插入同步卡的同步電口，另一端接入PTP同步網(wǎng)絡的對應交換機端口，確認所有物理連接完成后給主機上電，在對應操作系統(tǒng)中加載適配的驅動程序，通過配套的配置工具設置同步卡的工作角色和對應PTP協(xié)議參數(shù)，核對同步卡可以正常和同步網(wǎng)絡中的其他節(jié)點完成PTP報文交互，同步后的主機時間偏差處于亞微秒級的合格區(qū)間內(nèi)，確認所有功能正常后即可正式投入主機長期高精度同步運行，硬件IP核實現(xiàn)全同步邏輯卸載，全路徑時間戳壓低標記延遲，原生RJ45電口適配常規(guī)銅纜布線，雙角色動態(tài)切換靈活適配網(wǎng)絡架構，插卡固定、線路對接、驅動加載、同步核驗的全流程可同步完成，設計符合工業(yè)用PCIe總線PTP同步網(wǎng)卡的相關行業(yè)技術規(guī)范，適配的常規(guī)系列型號syn1588 RJ-45 PCIe同步卡的參數(shù)覆蓋多數(shù)工業(yè)標準PC架構主機高精度IEEE1588 PTP時間同步場景的運行條件，長期伴隨工業(yè)實時仿真平臺高精度時間同步布設、軌道交通信號控制系統(tǒng)主機時鐘對齊的使用場景下運行狀態(tài)的穩(wěn)定性處于可控范圍，適配各類工業(yè)標準PC架構主機高精度IEEE1588 PTP時間同步場景配套專用帶FPGA硬件時鐘核心的標準PCIe總線直插式納秒級時間戳同步專用單元的使用需求。

五、產(chǎn)品尺寸

核心高精度PTP同步功能單元本體尺寸

單元的整體緊湊型標準PCIe插卡式同步網(wǎng)卡輪廓按照工業(yè)標準全高PCIe以太網(wǎng)同步網(wǎng)卡的常規(guī)緊湊尺寸專項優(yōu)化，內(nèi)部FPGA核心芯片、物理層芯片和RJ45接口的布局組合適配多數(shù)常規(guī)全高工業(yè)主機主板上的標準PCIe插槽的安裝空間，整臺單元的卡身整體長度、全高擋板的高度尺寸、接口外伸的深度對應的外形尺寸控制在適配同系列Oregano Systems syn1588系列同步卡的合理范圍，安裝完成后卡身處于主機機箱內(nèi)部，不會和機箱內(nèi)部其他相鄰插卡元件發(fā)生空間干涉的情況，保障常規(guī)工業(yè)標準PC架構主機高精度IEEE1588 PTP時間同步場景下的單元布設適配性。

配套關聯(lián)安裝與功能結構基準參數(shù)

單元的同步卡PCIe接口適配的對應標準工業(yè)PCIe插槽的常規(guī)適配電氣參數(shù)、適配的對應推薦常規(guī)典型同步偏差參考參數(shù)、同步卡的常規(guī)允許最長連續(xù)不間斷運行時長參考值，符合同系列Oregano Systems工業(yè)PTP同步元件的通用安裝規(guī)范，不用在原有工業(yè)主機機箱上為同步卡額外開大尺寸異形專用安裝窗口，就能直接完成整套插卡的對位安裝與同步性能調試，實現(xiàn)硬件全流程PTP同步和高精度時間戳標記一體化作業(yè)核心功能單元的快速布設替換。

六、應用領域

大型工業(yè)實時仿真平臺高精度時間同步布設場景

適配各類大型工業(yè)實時仿真平臺的高精度時間同步布設作業(yè)，F(xiàn)PGA內(nèi)置專用Clock_M IP核性能硬件完成全部同步運算，無需分配大量CPU核心資源處理同步任務，高負載下維持穩(wěn)定同步精度，硬件全路徑時間戳性能MAC和PHY之間直接標記時間戳，無需額外增加復雜路徑延遲補償算法，壓低同步整體偏差，實時仿真平臺運維人員不用在主機側額外分配大量CPU核心資源處理同步任務，不用在同步計算過程中額外增加復雜的路徑延遲補償算法，降低同步任務對主機業(yè)務算力的占用。

大型軌道交通信號控制系統(tǒng)主機時鐘對齊場景

適配各類大型軌道交通信號控制系統(tǒng)主機的時鐘對齊作業(yè)，RJ45電口原生集成性能原生集成標準RJ45銅纜電口，無需配置光模塊和光纖，直接接入常規(guī)五類銅纜鏈路，PTP主從節(jié)點雙角色動態(tài)切換性能無需更換固件動態(tài)切換主從角色，無需同時插入主從兩張同步卡，靈活適配不同同步架構，軌道交通運維人員不用在同步網(wǎng)絡中額外部署光電轉換適配設備，不用在同一臺主機內(nèi)部同時插入主節(jié)點卡和從節(jié)點卡，降低現(xiàn)場布線的配套成本。

大型電力系統(tǒng)實時數(shù)字仿真器時間同步場景

適配各類大型電力系統(tǒng)實時數(shù)字仿真器的時間同步作業(yè)，PCIe標準總線直插性能標準PCIe直插主板插槽，無需外接獨立同步設備和專用供電線纜，直接嵌入主機內(nèi)部部署，多操作系統(tǒng)原生驅動適配性能多主流操作系統(tǒng)原生適配驅動，無需單獨開發(fā)定制化驅動程序，快速完成不同系統(tǒng)部署，電力仿真系統(tǒng)運維人員不用在主機外部預留獨立的設備安裝空間，不用投入額外的驅動二次開發(fā)工作量，適配標準工業(yè)主機的內(nèi)部安裝環(huán)境。

大型5G核心網(wǎng)測試平臺時間同步場景

適配各類大型5G核心網(wǎng)測試平臺的時間同步作業(yè)，支持多標準IEEE1588協(xié)議集性能完整覆蓋主流IEEE1588協(xié)議版本，無需加裝協(xié)議轉換網(wǎng)關設備，直接對接新舊異構網(wǎng)絡節(jié)點，低抖動1PPS信號輸入輸出性能獨立低抖動1PPS雙向交互，無需額外加裝獨立1PPS轉接板卡，直接對接外部高精度授時系統(tǒng)，5G測試平臺運維人員不用在同步網(wǎng)絡中額外加裝協(xié)議轉換網(wǎng)關設備，不用在主機內(nèi)部額外加裝獨立的1PPS轉接板卡，適配新舊混合的異構同步網(wǎng)絡。

七、總結

奧地利Oregano Systems syn1588® RJ-45 PCIe同步卡，憑借FPGA內(nèi)置專用Clock_M IP核設計、硬件全路徑時間戳的差異化設計，解決了普通常規(guī)軟同步PTP網(wǎng)卡同步精度波動大、占用主機CPU資源多的常見痛點，RJ45電口原生集成性能、PTP主從節(jié)點雙角色動態(tài)切換的特性覆蓋了大型工業(yè)實時仿真平臺高精度時間同步布設、大型軌道交通信號控制系統(tǒng)主機時鐘對齊、大型電力系統(tǒng)實時數(shù)字仿真器時間同步等多類工業(yè)標準PC架構主機高精度IEEE1588 PTP時間同步場景配套的專用帶FPGA硬件時鐘核心的標準PCIe總線直插式納秒級時間戳同步專用單元的使用需求，在工業(yè)PCIe總線PTP同步網(wǎng)卡應用領域擁有廣泛的落地適配空間，是一款針對長期高負載復雜同步工況場景、外掛獨立的同步授時硬件設備維護需求、存量普通常規(guī)軟同步PTP網(wǎng)卡升級替換適配場景深度優(yōu)化的實用型專用工業(yè)配套帶FPGA硬件時鐘核心的標準PCIe總線直插式納秒級時間戳同步專用單元。

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