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SPARTAN6系列现场可编程门阵列(FieldProgrammable 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。
中图分类号：TN915
文献标识码：A
DOI:10.19358/j.issn.2097-1788.2023.08.014
引用格式：苏畅，梁昊.基于白兔时间同步协议的加速器节点时钟同步系统［J］.网络安全与数据治理，2023，42（8）：83-87，94.
文献标识码：A
DOI:10.19358/j.issn.2097-1788.2023.08.014
引用格式：苏畅，梁昊.基于白兔时间同步协议的加速器节点时钟同步系统［J］.网络安全与数据治理，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 multinode subnanosecond level time synchronization method based on the White Rabbit time synchronization protocol, and it is implemented using SPARTAN6 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
本文提出了一种基于白兔时间同步协议和SPARTAN6系列FPGA的方法，可实现同步辐射加速器中多节点的触发信号高精度时间同步和数字化。如果没有定时系统，就无法精确控制和测量加速器不同节点信号间的时间关系，从而无法获取详细信息。因为粒子以接近光速在加速器中运动,即使是纳秒级别的定时误差都会造成粒子的位置产生几米的误差。因此，定时系统对于同步辐射加速器的运行和实验结果的精确性至关重要。当前，主流的定时系统包括白兔和事件定时系统。相较于事件定时系统，白兔技术易于集成到现有网络和系统中，且作为一个开放硬件和软件项目，可以自由使用和修改以满足特定需求。因此，本文选择白兔技术作为实现方案。同时，为了实现精确的定时和触发信号恢复，还必须考虑温度变化等因素对系统的影响。
本文方法精确实现了各个加速器节点相对于主节点的优于120 ps精度的时间同步功能，具有广泛的应用前景。本文的研究成果不仅为同步辐射技术的发展提供了新的解决方案，也为科学研究和工程应用提供了更多可能。
本文详细内容请下载：https://www.chinaaet.com/resource/share/2000005472
作者信息：
苏畅1,2，梁昊1,2
（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）
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