【应用】匠芯创工业级D21X系列高性能MPU用于同步工业以太网，支持IEEE 1588协议，拥有自主专利的安全引擎

时间： 2023-07-21 来源：匠芯创

技术问答

随着工业自动化的发展，对于工业以太网的同步性能要求越来越高。IEEE 1588协议作为一种精确时间同步协议，被广泛应用于工业以太网中。本文将详细介绍匠芯创工业级D21X系列高性能MPU内嵌的IEEE 1588协议的原理和应用，以及其在同步工业以太网中的重要性。

工业自动化领域对于时间同步的要求越来越高，尤其是在分布式控制系统中，各个设备之间需要精确的时间同步。传统的网络协议无法满足这一需求，因此需要一种专门的协议来实现精确的时间同步。IEEE 1588协议应运而生，成为工业以太网中最常用的时间同步协议之一。

IEEE 1588协议的原理

IEEE 1588协议基于主从架构，其中一个设备作为主时钟，其他设备作为从时钟。主时钟通过发送时间戳报文来同步从时钟，从时钟根据接收到的时间戳报文来调整自己的时钟。主时钟和从时钟之间通过网络进行通信，通过测量报文的传输延迟来实现时间同步。

IEEE 1588协议的应用

1.工业自动化
在工业自动化领域，各个设备之间需要精确的时间同步，以确保系统的协调运行。例如，在分布式控制系统中，各个控制器需要按照统一的时间进行操作，以避免冲突和误操作。IEEE 1588协议可以提供微秒级的时间同步，满足工业自动化的需求。

2.电力系统
在电力系统中，各个发电机和负载之间需要精确的时间同步，以确保电力系统的稳定运行。IEEE 1588协议可以提供高精度的时间同步，使得电力系统中的各个设备能够按照统一的时间进行操作，提高系统的可靠性和稳定性。

3.交通系统
在交通系统中，各个信号灯和交通控制设备之间需要精确的时间同步，以确保交通系统的安全和高效运行。IEEE 1588协议可以提供微秒级的时间同步，使得交通系统中的各个设备能够按照统一的时间进行操作，提高交通系统的效率和安全性。

4.通信系统
在通信系统中，各个基站和终端设备之间需要精确的时间同步，以确保通信系统的正常运行。IEEE 1588协议可以提供高精度的时间同步，使得通信系统中的各个设备能够按照统一的时间进行操作，提高通信系统的可靠性和性能。

IEEE 1588协议的重要性

1.提供高精度的时间同步
IEEE 1588协议可以提供微秒级甚至纳秒级的时间同步，满足工业自动化等领域对于时间同步的高要求。高精度的时间同步可以确保系统的协调运行，提高系统的可靠性和性能。

2.灵活的网络拓扑支持
IEEE 1588协议支持多种网络拓扑结构，包括星型、环形、树状等，适应不同应用场景的需求。这使得IEEE 1588协议在各种工业以太网环境中都能够灵活应用。

3.开放的标准化协议
IEEE 1588协议是一种开放的标准化协议，得到了广泛的支持和应用。各个厂商可以基于IEEE 1588协议开发自己的设备和系统，实现互操作性和兼容性。

应用场景

广泛应用于工业交换机、工业网关、电力融合终端。

匠芯创工业级MPU D213ECV规格及特点

国产工业级MPU

1.RISC-V 64bit 600MHz@1.2V

2.SiP DDR2 512Mb or DDR3 1Gb

3.QFN88/100/128

满足工控场景需求

1.实时异步接口PBUS，与外部FPGA、SRAM等实现扩展

2.8xUART, 传输速度可达3Mbps，支持软件/硬件流控，RS-485支持硬件使能

3.2xCAN, 支持CAN2.0A和CAN2.0B协议

4.集成4 Line RTP，节省BOM成本

5.两层板接触放电8KV，EMI CLASS B级标准

6.最大支持-40~125℃结温

丰富的互联接口

1.支持100M RMII/1000M RGMII 2路以太网，支持IEEE1588精确时间协议

2.2xUSB 2.0, 支持Host/Device

3.2xSDIO，xSPI，4xI²C，1xCIR

4.1x12bits SAR ADC，最多支持8个模拟信号输入

自主专利的安全引擎

1.支持SPI总线在线加解密，防止固件盗用

2.支持AES、TDES、HMAC、SHA、MD5、RSA、TRNG等密码算法硬件加速

3.自定义芯片Secure ID，省去外部加密芯片

4.支持安全启动、安全固件签名和解密、固件烧录防回滚

高性能显示和图形硬件加速

1.支持RGB565/666/888, dual-link LVDS, QSPI, MCU, 4 lane-MIPI，最高性能1920*1080@60fps

2.高性能G2D硬件加速，完美对接QT、LVGL等图形框架

3.支持4K分辨率长条屏

完善的多媒体编解码

1.H.264 1080P@30fps Decode

2.MJPEG/PNG Decode，JPEG Encode

3.支持1xAMIC模拟音频输入，支持2xDMIC立体声音频输入，最大支持两路I2S接口

4.支持YUV422和BT.656两种视频输入

匠芯创工业级MPU D213ECV精确时钟同步模块结构图：

IEEE 1588协议作为一种精确时间同步协议，在同步工业以太网中发挥着重要的作用。它可以提供高精度的时间同步，满足工业自动化、电力系统、交通系统、通信系统等领域对于时间同步的需求。同时，IEEE 1588协议具有灵活的网络拓扑支持和开放的标准化协议特点，使得它在工业以太网中得到了广泛的应用和推广。

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Built-In DDR2 16bit 533Mhz 512Mb

external SPI NAND/Nor Flash, eMMC 4.5

MIPI/RGB888/LVDS 1080P@60fps

Built-In 4线RTP，两点触摸

DVP&BT.656 5M 1080p@30fps

Encode JPEG 8192x8192 Decode H.264 1080p@30fps Decode MJPEG 8192x8192 Decode PNG 4096x4096

1xAMIC, 2xDMIC&SPK, 1xI²S, 2xPCM

1xEMAC

1xUSB 2.0

SPI总线加密，安全启动，固件加密，固件防回退，AES、TDES、HMAC、SHA、MD5、RSA、TRNG硬件加速

﹣20℃~105℃

盘168 包1680

HMI、医疗分析仪、车载显示器等

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