45 / 86
EMBEDDED
54 • NOVEMBRE • 2014
45
HARDWARE
HSR
… e di IEEE 1588 PTP
Anche nel caso dell’implementazione di IEEE 1588 si fa ri-
corso a componenti sia hardware sia software. Laddove non
vi sono requisiti real-time – algoritmo di selezione del clock
master, stack del protocollo, generazione di frame Ether-
net e così via – la realizzazione software è senza dubbio la
più adeguata. Per quanto concerne invece i task critici dal
punto di vista della temporizzazione – acquisizione dei tem-
pi esatti di trasmissione e ricezione, modifica del campo di
correzione dei messaggi di sincronismo (Sync), Delay_Req,
Pdelay_Req e Pdelay_Resp – con un’implementazione di tipo
hardware è possibile ottenere livelli di accuratezza inferiori
al microsecondo su reti Ethernet.
A questo punto si tenga presente che con realizzazioni inte-
ramente basate sul software è molto difficile ottenere livelli
di accuratezza inferiori al millisecondo, mentre con un’im-
plementazione che prevede anche componenti hardware il li-
vello di accuratezza può essere dell’ordine del nanosecondo.
Sebbene siano reperibili sul mercato chip per il livello fisico
di IEEE 1588, in questo caso non risultano necessari.
La funzionalità di clock trasparente prevista da IEEE 1588
nello switch e quella di marcatura temporale (timestamp)
nella connessione switch-HPS elimina la necessità di sup-
portare IEEE 1588 nei chip PHY. In tal modo è possibile ad
esempio utilizzare IEEE 1588 PTP con moduli SFP per con-
nessioni in rame prive di supporto per IEEE 1588 PTP.
Il protocollo PTP (Precision Time Protocol) defi-
nito nello standard IEEE 1588 consente la sin-
cronizzazione del clock per reti Ethernet. Nelle
applicazioni in cui il protocollo è in grado di eli-
minare il ricorso a una rete di sincronizzazione
separata è possibile conseguire notevoli benefici
economici.
Le implementazioni di una rete IEEE 1588 PTP
si differenziano notevolmente in funzione del livel-
lo di accuratezza desiderato. La tecnologia di
rete riveste un ruolo di fondamentale importanza
sull’accuratezza. Le tecnologie DSL sono carat-
terizzate da livelli di accuratezza nettamente infe-
riori rispetto a Fast Ethernet, mentre Gigabit
Ethernet fornisce risultati nettamente migliori
rispetto a Fast Ethernet; in linea generale si può
affermare che una maggior capacità corrisponde
a una migliore accuratezza. Per quel che con-
cerne la sincronizzazione, la fibra è consigliata
rispetto al rame. Le implementazioni IEEE 1588
PTP possono essere di tipo completamente sof-
tware, ma per sfruttare al meglio le potenzialità
offerte da questa tecnologia è necessario utiliz-
zare componenti hardware espressamente ideati
per supportare IEEE 1588 PTP.
L’hardware può essere impiegato ad esempio
per registrare i tempi esatti di invio e ricezione
di determinati frame e in taluni casi (one step
clock) modificare i frame “al volo”. Utilizzando
componenti hardware dedicati è possibile con-
seguire livelli di accuratezza dell’ordine del nano-
secondo quando si utilizza Gigabit Ethernet con
cavi in fibra ottica.
IEEE 1588 include un algoritmo di selezione del
clock master (Best Master Clock) che in pratica
decide quale dei clock presenti nella rete è quello
principale e quali invece sono “slave”. In questo
modo tutti i clock nella rete saranno automatica-
mente eseguiti contemporaneamente e il sistema
è in grado di resistere a malfunzionamenti che
coinvolgono il clock e la rete. I clock trasparenti
sono clock che permettono di migliorare l’accu-
ratezza della sincronizzazione tra i clock master
e slave compensando gli errori provocati dai nodi
della rete.
Nelle reti Ethernet, i clock trasparenti sono inte-
grati negli switch Ethernet dove avviene la cor-
rezione dell’errore prodotto dai ritardi di acco-
damento (queuing delay) dello switch mediante
la modifica “al volo” dei messaggi PTP coinvolti.
Poiché HSR è solitamente utilizzato nelle medesi-
me applicazioni di IEEE 1588 PTP, le specifiche
del protocollo HSR definiscono le modalità di uti-
lizzo di IEEE 1588 PTP con HSR. I frame IEEE
1588 devono essere gestiti in maniera opportu-
na poiché la rete HSR prevede due o più percorsi
funzionali tra i clock mentre le tradizionali reti
Ethernet ne hanno solo uno.
Ciò significa ad esempio che non è possibile uti-
lizzare i messaggi di follow-up IEEE 1588 PTP
in una rete HSR, poiché il ricevitore non potrà
sapere se il messaggio ha viaggiato lungo lo stes-
so percorso, attraverso la rete, utilizzato dal
corrispondente segnale di sincronismo; per tale
motivo sarà necessario ricorrere al clock one-
step (messaggio di sincronismo senza messaggio
di follow-up) invece che clock two-step (messag-
gio di sincronismo e di follow-up).
IEEE 1588 PTP: informazioni di base