FPGA implementation of IEEE 1588 precision time protocol for avionics systems
Aviyonik sistemler için IEEE 1588 hassas zaman protokolünün FPGA uygulaması
- Tez No: 724540
- Danışmanlar: PROF. DR. ŞEREF NACİ ENGİN, DR. İBRAHİM HÖKELEK
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2022
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Yıldız Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Aviyonik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Aviyonik Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 55
Özet
Teknolojik gelişmeler yeni nesil elektronik sistemlerin daha kabiliyetli olmasına imkan sağlamıştır. Bu elektronikler kullanılarak oluşturulan aviyoniklerin eski nesil aviyonik mimarilere entegrasyonu zor olduğu için Entegre Modüler Aviyonik (EMA) adında yeni bir mimari ortaya çıkmıştır. EMA sayesinde farklı görevleri yapabilecek bir uygulama ve donanım havuzu ile esnek bir aviyonik mimari ortaya koyulmuştur. Her aviyonik birimin kendi görevini yapmasından ziyade bu birimlerden gelen verilerin birlikte yorumlanması ve kullanıcıya sunulması daha önemli bir gereksinimdir. Verilerin merkezi bir bilgisayarda yorumlanırken aynı zamana ait olduğunun garanti edilmesi gereklidir. Bu durumda birlikte çalışması gereken aviyonik birimlerin ortak bir zaman bilgisine sahip olması gereksinimi ortaya çıkmıştır. Bu gereksinimin varolan EMA mimarisi içinde, ek yük getirmeden, çözülmesi önemlidir. EMA'da kullanılan Ethernet tabanlı ARINC 664 olarak adlandırılan ağın sunduğu avantaj kullanılarak, yine Ethernet tabanlı olan, IEEE 1588 zaman senkronizasyonu protokolünün bu mimariye uygulanmasının faydalı olacağı düşünülmüştür. IEEE 1588 protokolünün FPGA üzerinde gerçeklenmesi ve gerçek bir ağ üzerinde performans testi yapılan bu tez çalışmasında, Hassas Zaman Protokolü'nün (HZP) sağladığı hassasiyeti iyileştirmek için Oran Düzeltme adında yeni bir özellik önerilmiştir. Aviyonik birimlerin zamanlarının senkron olmaması, çalışmaya başlama zamanlarının veya yerel zamanlarını oluştururken kullandıkları osilatörlerinin farklı olması olmak üzere iki temel sebebi vardır. Farklı zamanlarda çalışmaya başlayan birimlerin senkronizasyonu HZP'de tanımlanan Gecikme İstek-Cevap mekanizması ile yapılabilmektedir. Zamanlar HZP ile eşitlense bile osilatörlerin farklı olmasından dolayı birimlerin arasında tekrar zaman farkı oluşacaktır. Bu çalışmada önerilen Oran Düzeltme özelliği bu problemin çözümü için geliştirilmiştir. FPGA üzerinde gerçeklenen tasarımın üç farklı topolojide, farklı test senaryoları ile performans ölçümü yapılmıştır. Sonuçlar kısmında da anlatıldığı gibi Oran Düzeltme özelliğinin HZP performansına önemli ölçüde katkı sağladığı görülmüştür. Ağda başka Ethernet trafiği varken HZP performansını ölçmek amacıyla yapılan testler, senkronizasyon performansının düştüğünü göstermiştir. Alınan sonuçlara göre bir sonraki çalışmada trafik altında düşen senkronizasyon performansını arttırmak için Oran Düzeltme özelliğinde geliştirme yapılması hedeflenmektedir.
Özet (Çeviri)
Technological developments have been allowed next-generation electronic devices to be more capable. A new architecture called Integrated Modular Avionics (IMA) has emerged because of the challenges to integrating with latest electronics into the conventional avionics architecture. Thanks to IMA, a flexible architecture has been revealed with a software and hardware pool that can perform various tasks. Besides the fact that each avionics performs its task, it is a more critical requirement that the data coming from them is interpreted together and presented to the user. It is necessary to ensure that the receiving time of data is the same as it is interpreted on a central computer. Therefore there is a need for a common time notion between avionics equipment. This requirement must be resolved within the existing IMA architecture without additional overhead. Taking advantage of the Ethernet-based ARINC-664 network used in IMA, it is believed that it would be beneficial to apply the IEEE 1588 time synchronization protocol, which is also Ethernet-based, to this architecture. In this thesis, where the IEEE 1588 protocol is implemented on Field Programmable Gate Array (FPGA) and its performance tested on a real network, a new feature called Rate Correction is proposed to improve the precision provided by the Precision Time Protocol (PTP). The performance of the PTP design implemented on the FPGA is measured in various test scenarios with three different network topologies. As discussed in the Results section, it is seen that the Rate Correction feature contributed significantly to the PTP synchronization performance. The implemented PTP node synchronization performance is measured using scenarios such as only PTP traffic or Ethernet background traffic in the network. According to the results, the Rate Correction feature will be improved to increase the synchronization performance in the following study.
Benzer Tezler
- FPGA based implementation of IEEE 802.11A physical layer
IEEE 802.11A fiziksel katmanının FPGA tabanlı gerçeklenmesi
MUSTAFA İNCE
Yüksek Lisans
İngilizce
2010
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ABDULLAH ATALAR
- Sayısal haberleşme sistemlerinde esnek karar verme demodülasyon yöntemlerinin FPGA üzerinde etkin bir şekilde gerçekleştirilmesi
Efficient FPGA implementation of soft decision demapper for digital communication systems
EMRE KIRKAYA
Yüksek Lisans
Türkçe
2016
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiSakarya ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. İHSAN PEHLİVAN
YRD. DOÇ. DR. ENVER ÇAVUŞ
- OFDM tabanlı temel bant WIMAX fiziksel katman vericinin FPGA üzerinde gerçeklenmesi
Implementation of OFDM based WIMAX physical layer baseband transmitter on FPGA
AHMET TANSU AKTÜRK
Yüksek Lisans
Türkçe
2014
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MESUT KARTAL
- FPGA tabanlı OFDM modem gerçeklenmesi
FPGA based OFDM modem implementation
SUHAP ŞAHİN
Doktora
Türkçe
2010
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolKocaeli ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ADNAN KAVAK
- Erken ventriküler kasılmalarda ysa tabanlı bir sınıflandırıcının FPGA ile gerçekleştirilmesi
An FPGA implementation of ann-based premature ventricular contraction classifier
AHMET TURAN ÖZDEMİR
Doktora
Türkçe
2010
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolErciyes ÜniversitesiElektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. KENAN DANIŞMAN