Echtzeit-Ethernet Zeitsynchronisation in der Daisy Chain

Als Verfahren für die Anwendung des Ethernet in Fertigungsanlagen hat sich das Precision Time Protocol etabliert. Der Standard IEEE 1588v2 definiert dieses Protokoll, das die Zeiteinstellungen mehrerer Geräte in einem Netzwerk aufeinander synchronisiert. Hierzu werden zyklisch Zeitinformationstelegramme gesendet.

Die Synchronisation läuft wie folgt: Eine Grand Master Clock entspricht der System-Referenz; die Master Clock (MC) synchronisiert jeden Slave; die Transparent Clock (TC) der Slaves kompensiert die Laufzeitauswirkung an jedem Knotenpunkt; die Slave Clock (SC) ist die lokale Uhr.

Micrel implementiert diesen Standard hardwareseitig in seine EtherSynch-ICs der Reihe KSZ84xx. Die umfasst den 3-Port-Switch KSZ8463 mit Standard-MAC-Schnittstelle als Anbindung an CPUs mit integriertem MAC, den 3-Port-Switch KSZ8462 mit generischer Host-Schnittstelle für eine Verbindung mit einer CPU ohne MAC und den Controller KSZ8441(MAC/PHY), der wie der KSZ8462 mit einer Schnittstelle zum Host ausgestattet ist. Durch die Hardware-Implementierung reduziert sich der Rechenaufwand für den Host.

Tests haben ergeben, dass mit EtherSynch der vom IEEE 1588 vorgegebene Wert des zulässigen Jitters von weniger als 1 µs unterschritten wurde; ermittelt wurde ein Jitter >100 ns. An den verfügbaren Ein- und Ausgängen (GPIO) können Abläufe, die mit der Grand Master Clock synchronisiert sind, erkannt und initialisiert werden. Der Jitter der Slave Clock beträgt 38,8 ns, der Offset liegt unter 10 ns.