基于白兔時間同步協議的加速器節點時鐘同步系統
網絡安全與數據治理 8期
蘇暢，梁昊
（1.中國科學技術大學核探測與核電子學國家重點實驗室，安徽合肥230026； 2.中國科學技術大學近代物理系,安徽合肥230026）
摘要： 提出了一種基于白兔時間同步協議，利用SPARTAN6系列現場可編程門陣列(FieldProgrammable Gate Array,FPGA)實現多節點亞納秒級別時間同步，并通過測量觸發信號到達時間，根據設置的延遲進行恢復，從而實現高于120 ps時間分辨率。該方法能夠精確控制多節點信號發生的絕對時間，具有廣泛的應用前景。特別地，該方法可應用于同步輻射加速器中，提高實驗數據的準確性和穩定性，有望在材料科學、生物學和化學等領域中得到廣泛應用。該研究成果為同步輻射加速器的研究和實驗提供了新的解決方案，有望推動同步輻射技術的發展，為科學研究和工程應用提供更多可能。
中圖分類號：TN915
文獻標識碼：A
DOI:10.19358/j.issn.2097-1788.2023.08.014
引用格式：蘇暢，梁昊.基于白兔時間同步協議的加速器節點時鐘同步系統［J］.網絡安全與數據治理，2023，42（8）：83-87，94.
文獻標識碼：A
DOI:10.19358/j.issn.2097-1788.2023.08.014
引用格式：蘇暢，梁昊.基于白兔時間同步協議的加速器節點時鐘同步系統［J］.網絡安全與數據治理，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
本文提出了一種基于白兔時間同步協議和SPARTAN6系列FPGA的方法，可實現同步輻射加速器中多節點的觸發信號高精度時間同步和數字化。如果沒有定時系統，就無法精確控制和測量加速器不同節點信號間的時間關系，從而無法獲取詳細信息。因為粒子以接近光速在加速器中運動,即使是納秒級別的定時誤差都會造成粒子的位置產生幾米的誤差。因此，定時系統對于同步輻射加速器的運行和實驗結果的精確性至關重要。當前，主流的定時系統包括白兔和事件定時系統。相較于事件定時系統，白兔技術易于集成到現有網絡和系統中，且作為一個開放硬件和軟件項目，可以自由使用和修改以滿足特定需求。因此，本文選擇白兔技術作為實現方案。同時，為了實現精確的定時和觸發信號恢復，還必須考慮溫度變化等因素對系統的影響。
本文方法精確實現了各個加速器節點相對于主節點的優于120 ps精度的時間同步功能，具有廣泛的應用前景。本文的研究成果不僅為同步輻射技術的發展提供了新的解決方案，也為科學研究和工程應用提供了更多可能。
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作者信息：
蘇暢1,2，梁昊1,2
（1.中國科學技術大學核探測與核電子學國家重點實驗室，安徽合肥230026；2.中國科學技術大學近代物理系,安徽合肥230026）
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