CN101174158B - 远动装置中高性能时钟系统实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及远动装置中一种高精度高分辨率时钟的实现方法。属于电力系统自动化制造技术领域。本发明在硬件上采用高精度时钟芯片产生高频脉冲输出信号驱动计数器，由计数器的读数来表征绝对时间；在软件上针对该计数器表征的绝对时间依靠分别计算相对时差的方式实现多套时钟。采取本发明之后，装置的时钟精度达到了2ppm、分辨率达到了31μs，完全可以满足电力自动化系统对时钟的要求。

Description

远动装置中高性能时钟系统实现方法

技术领域

本发明涉及远动装置中一种高精度高分辨率时钟的实现方法。属于电力系统自动化制造技术领域。

背景技术

远动装置主要实现电力系统厂站自动化系统与远方调度间数据信息的转发功能。在调度端，调度系统为了保证其下辖的各厂站上送信息时间的统一，往往需要向各厂站远动装置下发统一时钟对时命令，由各站的远动装置负责向站内的智能电子设备进行对时，或者将子站当地时间转化成主站时间。因此，远动装置所提供的时钟系统优劣直接影响到调度主站所获取时间的准确性。目前所普遍使用的远动装置在时钟系统方面，受到各自系统时钟中断服务时间的影响，所能获取到的时钟分辨率往往只能达到毫秒甚至10毫秒的数量级，而时钟精度在不接入外部对时信号的情况下，往往也只有几十ppm。本文介绍的通过软硬件结合的实现方法，可以使得远动装置的时钟系统在时钟分辨率和时钟精度得到较大提高。

发明内容

本发明的目的是提供一种可靠的适用于远动装置中的一种高精度高分辨率时钟的实现方法。

为了实现上述目的，本发明是采取以下的技术方案来实现的：

远动装置中高性能时钟系统实现方法，包括：

(1)硬件上采用高精度时钟芯片产生高频脉冲输出信号驱动计数器，由计数器的读数来表征绝对时间；

(2)软件上针对该计数器表征的绝对时间依靠分别计算相对时差的方式实现多套时钟。

前述的远动装置中高性能时钟系统实现方法，其特征在于其中所述的

(1)硬件上采用的高精度时钟芯片是指达2ppm的时钟芯片，产生的高频脉冲是指32kHz脉冲输出信号，同时驱动16位的微秒计数器和32位的秒计数器；参考图1系统时钟硬件原理示意图；

(2)软件上操作系统底层设备驱动对两个计数器以及自身的操作系统时钟进行统一管理，使得远动装置的系统时钟真正能够为应用层软件所用；

(3)远动装置应用层软件中接收到多个调度主站对时命令时，分别计算其与系统时钟的相对时差；远动装置在将厂站信息上送调度主站时则可以根据与相应调度主站的相对时差将厂站时间调整为调度主站时间，从而实现多套时钟。

本发明的有益效果是：本发明采用高精度(2ppm)时钟芯片产生32kHz脉冲输出信号，驱动16位的微秒计数器和32位的秒计数器，操作系统底层设备驱动对两个计数器进行管理及自身的操作系统时钟进行统一管理，使得远动装置的系统时钟真正能够为应用层软件所用。本发明运用于电力系统自动化系统，相对于目前远动装置所广泛使用的时钟系统，该方法可以大大提高远动装置系统时钟的精度和分辨率，为厂站自动化系统提供更加精确的时钟服务。

采取上述方法之后，装置的时钟精度达到了2ppm、分辨率达到了31μs，完全可以满足电力自动化系统对时钟的要求。

附图说明

图1：系统时钟硬件原理示意图；

具体实施方式

如图1所示的本发明提供一种可靠的适用于远动装置中的一种高精度高分辨率时钟的实现方法。该方法包括以下步骤：

1、本发明中，在设计远动装置嵌入式系统时，采用了PowerPC系列MPC8247CPU，以及RTC时钟芯片DS3231。本系统采用的DS3231时钟芯片，由于集成了带温度补偿的晶振(TCXO)，本身精度即可达2ppm，同时其还具有一个32kHz脉冲输出信号。因此，为了在系统工作过程中仍然能获取到高分辨率和高精度的时钟信号，我们将DS3231的32KHz脉冲输出信号接入到CPU的一个CLOCK输入管脚中。这样，可以用一个16位寄存器保存该数值，该数值每递增1，即代表时间逝去(1000000/32K≈31)微秒；同时，该32KHz脉冲信号还用于驱动另外一个32位寄存器，使得该寄存器数值每秒递增1，形成一个秒计数器。参考图1系统时钟硬件原理示意图；

2、在硬件具备的前提下，需要在操作系统底层设备驱动对两个计数器与操作系统自身的操作系统时钟进行统一管理，才能使得系统绝对时钟真正能够为应用层软件所用。

本文所涉及的几种时钟进行介绍如下：

RTC时钟：负责系统掉电情况下的时钟保持，上电时读取该时间作为上电后时钟的初始值。

系统绝对时钟：1Hz计数器及32kHz计数器所记录的，相对于1970年1月1日0时0分0秒0微秒的高精度时钟。

操作系统时钟：操作系统自身所使用的时钟，用于操作系统工作过程中的时间服务，如文件修改记录的时间就是取自于操作系统时钟。

调度主站时钟：每个调度主站自身所使用的时钟，一般调度主站都要求厂站远动装置上送的时间调整为调度主站时间。

系统启动时首先读取RTC时钟芯片中所存储的年月日时分秒信息，除将其作为操作系统时钟，供操作系统自身使用以外，还将其转化为相对于1970年1月1日0时0分0秒的相对秒数，作为系统绝对时钟的初始值，存储在1Hz计数器中，随后的递增则靠32kHz脉冲驱动，每收到32kHz后该计数器加1，代表1秒。同时32kHz计数器也开始工作，在收到每个脉冲计数器值都加1，代表31微秒。由于这两个计数器时钟信息来自于同一个时钟源，因此，从硬件上即可以保证：1Hz计数器记录系统启动以来的秒数，32kHz计数器则代表该时刻的微秒数，且分辨率可达31微秒。远动装置应用层程序获取1Hz计数器的数值后，即可换算出实际的日历时钟，而32kHz计数器的数值即代表对应的微秒数。由于这两个计数器的工作完全不受操作系统时钟中断的影响，因此，应用层访问该计数器所得的系统绝对时钟，即可代表访问时刻的实际精确时间；

3、由于远动装置往往还需要接收外部的时间对时，对诸如GPS、IRIG-B等具备年月日时分秒信息的硬件脉冲对时信号，可由硬件中断服务计算接收到的时间信息与系统绝对时钟的相对时差。为了保证系统绝对时钟与操作系统时钟之间的统一，需要定期将系统绝对时钟补偿该相对时差后同步到操作系统自身使用的操作系统时钟；

4、远动装置应用层软件中接收到多个调度主站对时命令时，分别计算其与系统时钟的相对时差；远动装置在将厂站信息上送调度主站时则可以根据与相应调度主站的相对时差将厂站时间调整为调度主站时间，从而实现多套时钟。

上述步骤具有以下特征：

1、硬件上采用高精度时钟芯片产生高频脉冲输出信号驱动计数器，由计数器的读数来表征绝对时间。

2、软件上针对该计数器表征的绝对时间依靠分别计算相对时差的方式实现多套时钟。

除上述实施例外，凡采用等同替换或等效变换的形式所获得的技术方案均落在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.远动装置中高性能时钟系统是实现方法，包括：(1)硬件上采用高精度时钟芯片产生高频脉冲输出信号驱动计数器，由计数器的读数来表征绝对时间；(2)软件上针对该计数器表征的绝对时间依靠分别计算相对时差的方式实现多套时钟，其特征在于：

(1)硬件上采用的高精度时钟芯片是指达2ppm的时钟芯片，产生的高频脉冲是指32kHz脉冲输出信号，同时驱动16位的微秒计数器和32位的秒计数器；

(2)软件上操作系统底层设备驱动对两个计数器以及自身的操作系统时钟进行统一管理，使得远动装置的系统时钟真正能够为应用层软件所用；

(3)实现多套时钟的具体步骤如下：远动装置应用层软件中接收到多个调度主站对时命令时，分别计算其与系统时钟的相对时差；远动装置在将厂站信息上送调度主站时则可以根据与相应调度主站的相对时差将厂站时间调整为调度主站时间，从而实现多套时钟。