CN101615965B - 主/备时钟的倒换方法和装置 - Google Patents

Abstract

为实现电路中主/备时钟的无损倒换，本发明提供了一种主/备时钟的倒换方法，包括：主时钟单元发出倒换信号，主时钟单元与备时钟单元进入倒换准备状态；响应于倒换信号，在线卡模块进行复位操作，并在主时钟单元与备时钟单元之间进行倒换。此外，本发明还提供了一种主/备时钟的倒换装置。

Description

主/备时钟的倒换方法和装置

技术领域

本发明涉及通讯领域，更具体地，涉及主/备时钟的倒换方法和装置。

背景技术

在通讯产品中，特别是SDH(同步数字体系)设备中，时钟信号用于设备中各个工作单元保持同步一致，是设备正常工作的核心信号。为了避免时钟单元异常导致设备无法正常工作，通常在设备中设置两套时钟单元(或时钟板)，两套时钟单元形成主备保护状态，一套出现异常时，立即启动另外一套时钟单元来代替当前的时钟单元，保证设备能提供正确的时钟信号。在设备的各个线卡上，需要接收时钟单元提供的时钟信息，并将该时钟信息作为本线卡工作的系统时钟信息。随着可编程器件规模的提高，以及成本的下降，目前通讯设备上大量使用可编程器件进行信号处理。在通讯设备的线卡上，大量采用可编程器件实现业务信息的处理，可编程器件接收输入的时钟信号，通过内部的时钟恢复模块(如PLL等)，将输入的时钟信号恢复成系统时钟信号，保持恢复的系统时钟和输入的时钟信号频率、相位的一致，这样应用恢复时钟来处理输入的业务信号。由于技术原因，当前的可编程器件内部时钟处理单元存在固有缺陷：恢复出的时钟可以和输入时钟保持频率一致，但相位上只能保持最初的跟踪相位。时钟单元发生倒换时，新的输入时钟信号和旧的输入信号相位上存在差异，这样恢复的时钟信号只是和旧的时钟信号保持相位一致，而不是和新的输入时钟信号相位保持一致，恢复的时钟在处理新的输入业务时出现错误，无法正常工作。在这种情况下，需要复位可编程器件的时钟恢复模块，让时钟恢复模块重新跟踪输入时钟，跟踪当前的输入时钟相位。这样，一旦时钟单元出现异常，或者主备时钟单元发生切换，需要复位每个线卡上可编程器件中时钟恢复模块，保持每个线卡的系统时钟相位和当前的时钟单元的时钟相位一致。为了及时传递时钟异常和时钟倒换信息，目前一般采用两种方式：一种是由通讯设备中其他总线(如HW总线)传递时钟异常和时钟倒换信息，另外一种是在主备时钟单元和每个线卡之间增加互连的硬复位线，进行复位操作。第一种实现方式存在不稳定现象，当线卡恢复时钟相位已经不正确时，可能也无法正确采样其他总线(如HW总线)，因为无法正确判断是否出现时钟异常现象。在现有老的产品中，可能没有可被利用总线，或者有其他总线，但因设计原因，无法正确传递时钟异常信息，因此无法实现第一种方法。第二种方法需要所有线卡和时钟单元之间增加硬连线，实现复杂，并且涉及已有产品的改造，成本很高。在现有的两种实现方式中，复位可编程器件中的时钟恢复模块，将造成时钟短时中断，可能会造成业务损伤。本专利在不改造现有设备的情况下，可以实现时钟的正确恢复，即使时钟进行倒换，也可以实现业务无损伤。

发明内容

本发明的目的在于，实现电路中主/备时钟的无损倒换。

为实现此目的，本发明提供了一种主/备时钟的倒换方法，包括：主时钟单元发出倒换信号，主时钟单元与备时钟单元进入倒换准备状态；响应于倒换信号，对线卡模块进行复位操作，并在主时钟单元与备时钟单元之间进行倒换。

其中，所述的响应于倒换信号，对线卡模块进行复位操作包括：经由总线将倒换信号与帧内容一同发送至线卡模块，以对线卡模块进行复位操作。

其中，所述的经由总线将倒换信号与帧内容一同发送至线卡模块，以对线卡模块进行复位操作中，包括：由状态信息生成单元基于倒换信号产生时钟倒换状态信息，并由交叉单元将时钟倒换状态信息与帧内容一同发送到线卡模块；线卡模块检测到时钟倒换状态信息，向时钟恢复模块发送指示进行复位操作的复位信号，以进行复位操作。

其中，所述的由状态信息生成单元基于倒换信号产生时钟倒换状态信息，并由交叉单元将时钟倒换状态信息与帧内容一同发送到线卡模块的操作中，包括：检测到倒换信号时，状态信息生成单元产生时钟倒换状态信息；在帧的固定位置中插入时钟倒换状态信息，并将插入时钟倒换状态信息的帧发送至线卡模块。

其中，在所述的主时钟单元发出倒换信号的操作之前，本方法还包括：两个时钟单元进行协商，从中确定主时钟单元和备时钟单元。

其中，所述的主时钟单元发出倒换信号，主时钟单元与备时钟单元进入倒换准备状态的操作中，包括：当主时钟单元检测到倒换请求时，主时钟单元发出倒换信号并进入倒换准备状态，而备时钟单元接收倒换信号并进入倒换准备状态。

其中，本发明还包括：当检测到异常的时钟状态信息时，在帧的固定位置中插入异常的时钟状态信息，并将插入异常的时钟状态信息的帧发送至线卡模块，以对线卡模块进行复位操作。

此外，为实现此目的，本发明还提供了一种主/备时钟的倒换装置，包括：主时钟单元和备时钟单元，各自提供一套时钟，其中，主时钟单元用于发出倒换信号；状态信息生成单元，用于响应于倒换信号，产生时钟倒换状态信息；交叉单元，用于发送时钟倒换状态信息；时钟恢复模块，用于响应于时钟倒换状态信息，在预定时刻完成复位操作；倒换单元，用于在预定时刻内对主/备时钟单元进行倒换。

其中，交叉单元具体用于在帧的固定位置中插入时钟倒换状态信息，并将插入信息的帧发送至线卡模块。

其中，还包括：状态分析单元，配置在线卡模块中，用于检测帧的固定位置中是否存在时钟倒换状态信息；以及复位处理单元，用于当状态分析单元检测到时钟倒换状态信息时，在预定时刻向时钟恢复模块发出复位指示。

通过实施本发明的主备时钟无损倒换的方法和装置，我们可以在主备时钟进行倒换时克服现有技术的缺陷(即，在频率和相位上，尤其是相位上有差异)，从而在不改变系统结构的前提下完成了主备时钟的无损倒换。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的限定。在附图中：

图1是根据本发明示例性实施例的SDH设备的结构示意图；

图2是根据本发明示例性实施例的图1中的线卡的结构示意图；

图3是根据本发明示例性实施例的主备时钟和恢复的系统时钟相位关系图；

图4是根据本发明示例性实施例的STM-1的帧结构图；

图5是根据本发明示例性实施例的STM-N的帧结构图；

图6是根据本发明示例性实施例的VC的帧结构图；

图7是根据本发明示例性实施例的时钟状态(M)和时钟倒换信息(N)的示意图；

图8是根据本发明示例性实施例的时钟检测和时钟倒换结构图；

图9是根据本发明示例性实施例的线卡上时钟状态和倒换信息的结构图；

图10是根据本发明示例性实施例的时钟倒换序列图；

图11是根据本发明示例性实施例的时钟单元倒换过程的流程图；

图12是根据本发明示例性实施例的倒换信息发送过程的流程图；以及

图13是根据本发明示例性实施例的线卡单元复位PLL的操作过程的流程图。

具体实施方式

下面结合附图对主备时钟无损倒换的方法和装置进行说明。

图1是SDH(同步数字体系)设备结构示意图，设备中许多线卡用于处理来自各个光(电)方向的信息，然后发送给交叉单元，由交叉单元进行方向交叉，发送到需要输出的线卡上。在设备中通常有两套时钟单板(单元)，向设备中其他线卡、交叉单元提供时钟信号。两套时钟单元提供两套时钟信号，相互之间互为备份，一个时钟单元出现故障，则由另外一个时钟单元代替提供时钟信号。在线卡上，接收时钟单元提供的时钟信号，恢复成系统时钟信号，为线卡提供工作用的时钟信号。随着可编程器件规模的提高，以及成本的下降，目前通讯设备上大量使用可编程器件来处理业务信息。在通讯设备的线卡上，如图2，大量采用可编程器件实现业务信息的处理，可编程器件接收输入的时钟信号，通过芯片内部的时钟恢复模块(如PLL等)，将输入的时钟信号(in_clock)恢复成系统时钟信号sys_clock，保持恢复的系统时钟和输入的时钟信号频率、相位的一致，这样应用恢复时钟来处理输入的业务信号。如果时钟恢复模块PLL锁定输入时钟in_clock，则输出out_lock，恢复单元根据out_lock信号生成复位reset，用来复位PLL，让PLL重新跟随输入时钟in_clock。由于技术原因，当前的可编程器件内部时钟处理单元存在固有缺陷：恢复出的时钟可以和输入时钟保持频率一致，但相位上只能保持最初的跟踪相位。在实际系统中，主备两个时钟信号之间存在相位差，如图3，PLL恢复的时钟为sys_clock1，该时钟和主时钟相位保持一致。当时钟从主时钟倒换到备时钟时，这时输入的时钟信号为备时钟信号，期望PLL恢复的时钟信号为sys_clock2，和备时钟信号保持相位一致。由于从主时钟倒换到备时钟，时钟信号并没有中断，只是相位发生偏移，因此PLL能够跟随输入时钟，不会出现out_lock信号。但是由于PLL的固有缺陷，当倒换后恢复的时钟相位仍旧是跟随主时钟相位，也就是恢复的时钟仍然是sys_clock1，而不是期望的sys_clock2。这样恢复的时钟sys_clock1和目前的备时钟相位存在差异，用该时钟去处理业务，可能会造成错误。要保证恢复时钟是所有sys_clock2，和输入备时钟相位保持一致，需要人为产生复位信号reset，用来复位PLL，让PLL重新跟随输入时钟，这样才能保证恢复出期望的时钟sys_clock2。通过本发明的方法和装置，可以在时钟信号发生倒换时，及时产生复位信号，复位PLL，让PLL重新跟随输入时钟。

SDH设备处理的业务内容是SDH帧内容，SDH基本帧(STM-1)结构如图4。帧是由9行270列组成，其中第1行前6个字节是A1和A2字节，A1字节固定为F6(十六进制)，A2字节固定为28(十六进制)。3个A1和3个A2用来表示一帧的开始，一旦发现这6个字节，表示一帧数据开始了。对于其他SDH帧，如图5，其结构都是基本帧(STM-1)的整数倍。如STM-4，结构是9行，270*4列，有4*3个A1字节，有4*3个A2字节，依次类推。在有些SDH中，线卡和交叉板之间传递的信息是VC4结构，如图6。只有实线框有内容，第1-3、5-9的前9列(或9*n列)没有具体内容，或者是传递用户自己定义的内容。这种情况下，没有采用A1和A2字节来表示帧开始，但是交叉单元会给线卡发送一个帧头信息fp，表示一帧的开始，该信号代替A1和A2字节的工作。无论线卡传递那种信号结构，在信号帧结构中，真正的有用信息是VC内容，在前面9列的开销位置，可以利用部分字节传递时钟单元的状态信息。例如，可以利用帧结构中第一个A1字节位置传递时钟状态信息，如图7。这样将第一A1字节改变成M和N信息。一帧信号中只采用其他2个A1字节和3个A2字节，这5个字节仍能够正确地表示帧的开始，不影响帧定位。第1个A1字节变成M和N信息，M和N信息可以各使用4个bit。M用来表示时钟单元是否正常，N信息表示有无倒换要求。

如图8，在两个时钟单元中，有倒换协商单元，开始工作时，两个时钟单元相互协商，确定哪个为主，哪个为备。主时钟单元向设备所有线卡、交叉单元提供工作时钟。当主时钟单元检测到该时钟单元(板)要进行拔板(单板上的微动开关等方式提供)，或者收到倒换命令，则发出倒换指示信号switch，该信号同时通知备时钟单元和信息发送单元。主、备时钟单元开始进入倒换准备阶段，等待一定帧周期后，在约定的固定时刻同时进行倒换：原来的主时钟单元变成备时钟单元，原来的备时钟单元变成主时钟单元，由新的主时钟单元提供时钟。具体工作流程如图11。

信息发送单元提供时钟单元的状态信息：时钟单元正常信息M和倒换请求信息N。当时钟单元正常时，生成时钟单元正常信息；当时钟单元异常时，提供时钟单元异常信息。当检测到倒换请求信号switch时，生成倒换请求信息。例如图10，正常时倒换信息N可以是F，表示没有倒换申请，一旦检测到switch，下一帧N就变成E、D、C....2、1、0等，然后恢复到正常值，表示倒换结束。将生成的时钟状态信息发送插入到SDH帧中的固定位置，如帧中第一个A1字节位置，由交叉单元将时钟状态信息和帧内容一起发送到各个线卡。具体工作流程如图12。

设备中每个线卡接收来自交叉单元的SDH帧数据，如图9，线卡上FPGA芯片中的时钟恢复模块(如PLL)跟随输入时钟，产生和输入时钟的频率和相位一致的系统时钟sys_clock，该时钟作为线卡的工作时钟。当时钟恢复模块无法锁定上输入时钟时，产生失锁指示信号out_lock，复位处理单元产生相应的复位信号reset，复位时钟恢复模块，使其重新锁定输入时钟。状态分析单元分析接收数据帧中规定位置的时钟状态信息。如果检测到时钟状态不正确，则立即通知复位处理单元产生相应的复位信号reset，复位时钟恢复模块。如果状态分析单元分析出当前时钟单板进入倒换状态，则确定时钟单板的准确倒换时刻，一旦倒换时刻到，则立即将通知复位处理单元，由复位处理单元进行复位，这个时刻也是主备时钟单元进行时钟倒换的时刻。主备时钟瞬间完成倒换操作，同时PLL开始进行复位，复位结束后PLL跟随新的时钟信号，保持时钟频率和相位的一致。在复位期间，系统时钟出现中断，如果复位发生在第一个A1位置，也就是一帧的开始位置，这个时间片段的内容固定为A1和A2，属于已知内容，即使丢失，也不影响业务的正常处理。只要复位过程在最后一个A2位置前结束，此后开始提供正确的时钟信号，用于处理其他数据业务，这样不会造成其他信号的错误处理，实现业务的无损倒换。时钟单元在第一个A1字节位置进行倒换，线卡复位操作也在第一个A1字节开始进行复位操作，从第一个A1字节到最后一个A2字节之间留有最长的时间用来复位。目前，可编程器件的时钟恢复模块，从复位整个时钟恢复模块至时钟重新锁定时钟信号，大概需要90多个时钟周期以上；理想的情况下，复位时钟至锁定需要90个时钟周期。而在STM-16的帧结构及以上帧结构，A1A2的数量能够待到96个以上；因此，从第一个A1字节到最后一个A2字节之间有足够的时钟去复位PLL模块。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种主/备时钟的倒换方法，其特征在于，包括：

主时钟单元发出倒换信号，所述主时钟单元与备时钟单元进入倒换准备状态；

响应于所述倒换信号，对线卡模块进行复位操作，并在所述主时钟单元与所述备时钟单元之间进行倒换，其中，所述的响应于所述倒换信号，对线卡模块进行复位操作包括：经由总线将所述倒换信号与帧内容一同发送至所述线卡模块，以对所述线卡模块进行复位操作。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的经由总线将所述倒换信号与帧内容一同发送至所述线卡模块，以对所述线卡模块进行复位操作中，包括：

由状态信息生成单元基于所述倒换信号产生时钟倒换状态信息，并由交叉单元将所述时钟倒换状态信息与所述帧内容一同发送到所述线卡模块；

所述线卡模块检测到所述时钟倒换状态信息，向时钟恢复模块发送指示进行复位操作的复位信号，以进行复位操作。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述的由状态信息生成单元基于所述倒换信号产生时钟倒换状态信息，并由交叉单元将所述时钟倒换状态信息与所述帧内容一同发送到所述线卡模块的操作中，包括：

检测到所述倒换信号时，所述状态信息生成单元产生所述时钟倒换状态信息；

在帧的固定位置中插入所述时钟倒换状态信息，并将插入所述时钟倒换状态信息的帧发送至所述线卡模块。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述的主时钟单元发出倒换信号的操作之前，所述方法还包括：两个时钟单元进行协商，从中确定所述主时钟单元和所述备时钟单元。

5.根据权利要求1或4所述的方法，其特征在于，所述的主时钟单元发出倒换信号，所述主时钟单元与备时钟单元进入倒换准备状态的操作中，包括：

当所述主时钟单元检测到倒换请求时，所述主时钟单元发出所述倒换信号并进入倒换准备状态，而所述备时钟单元接收所述倒换信号并进入倒换准备状态。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：

当检测到异常的时钟状态信息时，在帧的固定位置中插入所述异常的时钟状态信息，并将插入所述异常的时钟状态信息的帧发送至所述线卡模块，以对所述线卡模块进行复位操作。

7.一种主/备时钟的倒换装置，其特征在于，包括：

主时钟单元和备时钟单元，各自提供一套时钟，其中，所述主时钟单元用于发出倒换信号；

状态信息生成单元，用于响应于所述倒换信号，产生时钟倒换状态信息；

交叉单元，用于发送所述时钟倒换状态信息；

时钟恢复模块，用于响应于所述时钟倒换状态信息，在预定时刻完成复位操作；

倒换单元，用于在所述预定时刻内对所述主/备时钟单元进行倒换。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述交叉单元具体用于在帧的固定位置中插入所述时钟倒换状态信息，并将插入所述时钟倒换状态信息的帧发送至线卡模块。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，还包括：

状态分析单元，配置在所述线卡模块中，用于检测帧的所述固定位置中是否存在所述时钟倒换状态信息；以及

复位处理单元，配置在所述线卡模块中，连接至所述状态分析单元，用于当所述状态分析单元检测到所述时钟倒换状态信息时，在所述预定时刻向所述时钟恢复模块发出复位指示。

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