Óraszinkronizáció és adatgyűjtés mikrokontrolleres beágyazott rendszerekkel

Világunkban egyre általánosabbá válik az elosztott mérőrendszerek használata. Minden túlzás nélkül kimondható, hogy mára ezek a rendszerek nem csak mérnöki gyakorlatban bírnak nagy jelentőséggel, hanem a mindennapi életben gyakran egy-egy beágyazott rendszer részeként, beágyazott mérőeszközként is segítik életünket, elég csak a minket körülvevő okoseszközökre gondoljunk. Ilyen elosztott, hálózatba kapcsolt rendszerekkel aszinkron mérések rendkívül egyszerűen megvalósíthatók, melyek sok esetben kielégítő eredményt nyújtanak, ám bizonyos, több fizikai mennyiség egyidejű mérését megkövetelő adatgyűjtések esetében a teljes rendszer minden elemének egymáshoz ‒ továbbá esetleg egy standardhez ‒ szinkronizáltnak kell lennie. A node-ok szinkronizációja sokféleképpen megvalósítható, alkalmazhatjuk a hagyományos "külső trigger" módszert (annak minden előnyével és hátrányával), de olyan módon is szinkronizálhatjuk a mérőeszközöket, hogy erre külön szinkronizáló hálózatot nem használunk, hanem a mérési eredményeket továbbító ‒ minden node-ot elérő ‒ hálózatot vesszük igénybe.

Az Ethernet-hálózat ‒ mely korunk talán legelterjedtebb hálózattípusa ‒ is rendelkezik szabványos módszerrel a végberendezések óráinak nagy pontosságú szinkronizációjára, ez az IEEE 1588 szabvány, a Precision Time Protocol (PTP). A legtöbb esetben ezt a szabványt csak költséges és bonyolult rendszerek implementálják, holott nagy igény lenne az egyszerűbb eszközökben történő implementációjára is, amik segítségével akár egymikrokontrolleres node-okból álló flexibilis beágyazott, elosztott mérőrendszerek lennének kiépíthetők.

TDK-dolgozatomban az Texas Instruments TivaC (TM4C1294) beépített Ethernet-vezérlővel és hardveres PTP-támogatással rendelkező mikrovezérlőre elkészített implementációmat és annak tulajdonságait mutatom be mind elméleti, mind gyakorlati megközelítésben ‒ mérésekkel alátámasztva, a szinkronizáció számára ideális és nem ideális körülmények között vizsgálva, illetve az óraszinkronizáció egy lehetséges felhasználását is bemutatom egy saját tervezésű oszcilloszkóp-kártya segítségével.

szerző

• 
  Wiesner András
  Villamosmérnöki szak, mesterképzés
  mesterképzés (MA/MSc)

konzulens

• 
  Dr. Kovácsházy Tamás
  Egyetemi docens, Méréstechnika és Információs Rendszerek Tanszék

helyezés