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基于白兔时间同步协议的加速器节点时钟同步系统

网络安全与数据治理 8期

苏畅，梁昊

（1.中国科学技术大学核探测与核电子学国家重点实验室，安徽合肥230026； 2.中国科学技术大学近代物理系,安徽合肥230026）

摘要： 提出了一种基于白兔时间同步协议，利用SPARTAN6系列现场可编程门阵列(FieldProgrammable Gate Array,FPGA)实现多节点亚纳秒级别时间同步，并通过测量触发信号到达时间，根据设置的延迟进行恢复，从而实现高于120 ps时间分辨率。该方法能够精确控制多节点信号发生的绝对时间，具有广泛的应用前景。特别地，该方法可应用于同步辐射加速器中，提高实验数据的准确性和稳定性，有望在材料科学、生物学和化学等领域中得到广泛应用。该研究成果为同步辐射加速器的研究和实验提供了新的解决方案，有望推动同步辐射技术的发展，为科学研究和工程应用提供更多可能。

關(guān)鍵詞： 数字电路白兔时间同步协议同步辐射加速器时间数字化

中圖分類號：TN915
文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A
DOI:10.19358/j.issn.2097-1788.2023.08.014
引用格式：蘇暢，梁昊.基于白兔時(shí)間同步協(xié)議的加速器節(jié)點(diǎn)時(shí)鐘同步系統(tǒng)［J］.網(wǎng)絡(luò)安全與數(shù)據(jù)治理，2023，42（8）：83-87，94.

Accelerator node clock synchronization system based on White Rabbit time synchronization protocol

Su Chang1,2,Liang Hao1,2

(1.State Key Laboratory of Nuclear Detection and Nuclear Electronics, University of Science and Technology of China, Hefei 230026, China; 2.Department of Modern Physics, University of Science and Technology of China, Hefei 230026, China)

Abstract： This paper proposes a multinode subnanosecond level time synchronization method based on the White Rabbit time synchronization protocol, and it is implemented using SPARTAN6 series FPGAs. By measuring the trigger signal arrival time and recovering them based on the set delay, a time resolution higher than 120 ps is achieved. This method can precisely control the absolute occurrence time of signals from multiple nodes and has broad application prospects, especially in synchrotron accelerator experiments. It can improve the accuracy and stability of experimental data and may find widespread applications in material science, biology, chemistry, and other fields. The research results presented in this paper provide a new solution for synchrotron accelerator research and experiments, and have the potential to advance the development of synchrotron radiation technology, thereby providing more possibilities for scientific research and engineering applications.

Key words : digital circuits; White Rabbit time synchronization protocol; synchrotron accelerators; time digitization

0 引言

本文提出了一種基于白兔時(shí)間同步協(xié)議和SPARTAN6系列FPGA的方法，可實(shí)現(xiàn)同步輻射加速器中多節(jié)點(diǎn)的觸發(fā)信號高精度時(shí)間同步和數(shù)字化。如果沒有定時(shí)系統(tǒng)，就無法精確控制和測量加速器不同節(jié)點(diǎn)信號間的時(shí)間關(guān)系，從而無法獲取詳細(xì)信息。因?yàn)榱Ｗ右越咏馑僭诩铀倨髦羞\(yùn)動(dòng),即使是納秒級別的定時(shí)誤差都會造成粒子的位置產(chǎn)生幾米的誤差。因此，定時(shí)系統(tǒng)對于同步輻射加速器的運(yùn)行和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的精確性至關(guān)重要。當(dāng)前，主流的定時(shí)系統(tǒng)包括白兔和事件定時(shí)系統(tǒng)。相較于事件定時(shí)系統(tǒng)，白兔技術(shù)易于集成到現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)中，且作為一個(gè)開放硬件和軟件項(xiàng)目，可以自由使用和修改以滿足特定需求。因此，本文選擇白兔技術(shù)作為實(shí)現(xiàn)方案。同時(shí)，為了實(shí)現(xiàn)精確的定時(shí)和觸發(fā)信號恢復(fù)，還必須考慮溫度變化等因素對系統(tǒng)的影響。

本文方法精確實(shí)現(xiàn)了各個(gè)加速器節(jié)點(diǎn)相對于主節(jié)點(diǎn)的優(yōu)于120 ps精度的時(shí)間同步功能，具有廣泛的應(yīng)用前景。本文的研究成果不僅為同步輻射技術(shù)的發(fā)展提供了新的解決方案，也為科學(xué)研究和工程應(yīng)用提供了更多可能。

本文詳細(xì)內(nèi)容請下載：http://www.tom3567.com/resource/share/2000005472

作者信息：

蘇暢1,2，梁昊1,2

（1.中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)核探測與核電子學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，安徽合肥230026；2.中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)近代物理系,安徽合肥230026）

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