CN102265237A - 同步和计时方法及设备 - Google Patents

Abstract

一种用于将第一装置和至少一个第二装置同步的方法和系统，每个第二装置具有本地振荡器和微控制器，且第二装置与第一装置经由通信总线进行数据通信。该方法包括第一装置将多个信号传送给第二装置，第二装置使用该多个信号来测量其本地振荡器的频率，第一装置将指示要被同步到的所需频率的信号传送给第二装置，以及第二装置采用其微控制器来配置该第二装置自身，从而使用其本地振荡器的频率来生成具有所述所需频率的本地时钟信号。

Description

同步和计时方法及设备

相关申请

本申请基于2008年8月21日提交的美国专利申请No.61/090,638并要求该专利申请的申请日的权益，该提交的专利申请的内容被作为参考而整体合并于此。

技术领域

本发明涉及一种用于提供基于微控制器的同步和计时系统的方法和设备，尤其是用于在本地或分布式环境中提供测试和测量装置、仪器接口和过程控制装置的经调谐的时钟、数据获取以及自动化及控制，以及提供基本上任意程度的所述时钟的同步，但并不排除用于其它情况。

背景技术

USB规范是为了便于来自不同供应商的装置在开放式体系结构中的交互。使用差分信号(也就是以传送信息的两根导线的信号电平之间的差的形式)对USB数据进行编码。USB规范是为了增强跨接便携式、台式和家庭环境的PC体系结构。

USB规范假设多个装置不同。对于来自多个厂商的装置被连接的环境而言正是如此，但也存在其它环境(诸如某些公共工业或实验室环境)，这些环境需要用于以同步方式操作多个相似性质的装置的规范。而USB规范不能有效地解决这种问题。这些环境通常是执行测试、测量或监控的环境，并且需要以比所规定的精度更高的精度来使装置同步。USB规范通过给所有装置提供1kHz时钟信号来允许有限的装置间同步。然而，许多实验室和工业环境需要兆赫频率或者更高频率的同步。

USB采用层次化星型拓扑结构，其中集线器提供USB装置的连接点。位于用户的个人计算机(PC)、笔记本或个人数字助理(PDA)上的USB主机控制器包括根集线器，该根集线器是系统中所有USB端口的起点。根集线器提供多个USB端口，USB功能装置或附加集线器可连接至该多个USB端口。

反过来，可以将更多集线器(诸如USB复合装置)连接到这些端口中的任何端口上，所述集线器然后经由端口为更多的USB装置提供另外的连接点。这样，USB最多允许连接127个装置(包括集线器)，具有任何装置最多可以处于第五级纵深的限制。

主机中的根集线器每1ms将帧起始(SOF)信号包发送给每个装置，两个SOF包之间的时间被称为帧。由于USB拓扑结构中固有的电子延迟，每个模块会在不同的时间接收该SOF包，这意味着在直接连接到主机控制器的装置和处于底下第五级的装置处的信号接收之间有明显的时间延迟(规定为≤380ns)。当需要以兆赫或者更高频率来同步装置时，这是严重的限制。而且USB规范允许主机控制器多达5个连续SOF令牌传送不成功。

通过两种类型的USB传输(中断的和等时的)，能够进行USB主机和USB装置之间的当前同步。中断传输允许装置的有保证的轮询频率具有125μs的最小周期，而等时传输保证恒定的传输率。两种方法都需要在装置和主机之间有用于进行同步的流量(traffic)，从而同步的程度越高，所占用的带宽越大。不幸的是，这意味着可用的USB带宽可能会在连接最大数量的装置之前被用完。这种方式还给主机添加了通过软件方式来保持127个装置与主机同步的较大的计算负担，依旧不能解决保持装置之间的同步性，因为对于主机而言，单个装置表示单独的进程。

包含一些种类的物理换能器(诸如激光二极管或光电探测器)的装置可能需要时钟和触发信息。诸如具有1MHz的调制光输出的激光二极管的装置可以使用时钟信号来以规则的时间间隔或以恒定的频率执行换能器功能。触发信号通常被用来在设定的时间开始或结束一个操作。例如，在激光二极管中，触发信号可以被用来开启或关闭调制光输出。

假如时钟和触发信号对所有装置均是公共的且同时发生的，这些时钟和触发信号可以被用于使多个装置彼此同步(从而构成下面被称为“同步信息”的信息)。“共同的”和“同时发生的”在此表示装置之间在这些信号的时刻的变化小于特定量δt。例如，在激光二极管中，这能够使多个激光二极管以一个频率调制其光输出。所有装置的调制频率将是相同的，并且其波形是同相的。当前的USB规范(版本2.0)允许δt达到0.35μs。对于具有1MHz频率和1.0μs周期的信号，该延迟表示几乎半个周期。从而，对于常规使用而言，这不能用作同步信息。

诸如集线器和USB控制器芯片的装置通常使用一定量的端点锁相，以对USB协议进行解码。USB协议中的SYNC模式的目的是提供同步模式以用于另一个电路锁在该同步模式上。然而，这为了以足够解释数据流的精度来使装置端点同步到USB比特流。这不是为了使两个单独的装置的功能性彼此同步。特别地，这不是为了使装置功能性同步到许多测试和测量仪器所需的水平上。USB规范——就其解决装置间同步的方面而言——主要涉及对USB-CD音频流的数据包进行充分同步，以在USB-扬声器对上进行输出。这种安排需要在kHz范围内，以及对于该申请，USB规范允许实施其中能容忍数据丢失的等时通道。然而，规范没有解决同步的潜在问题，例如，作为当前装置的100个USB-扬声器对只对端点对进行同步，而不对装置的功能性进行同步。规范没有解决与数据丢失相关的问题，所述数据丢失在绝大多数应用中是不可接受的。

如上所述，USB通信在常规的1ms帧(或者，在高速USB规范的情况下，每1ms帧8个微帧)的期间传输数据。帧起始(SOF)包在每帧的开始被传送到除低速装置之外的所有装置，在每微帧的开始被传送到所有高速装置。所以，SOF包表示广播给连接到给定主机控制器的除低速装置之外的所有装置的周期性低分辨率信号。

该SOF包广播以1kHz的额定频率(或者，在高速USB规范的情况下，以8kHz的额定频率)发生。然而，USB规范允许百万分之500的非常大的频率容错度(通过仪器使用标准)。背景技术利用被广播到每个装置的该低分辨率频率信号来提供时钟同步，但只能同步至由USB主机控制器提供的有些不确定的频率。

US专利No.6,343,364(莱迪尔等人)公开了针对智能卡读取器的对USB流量进行锁频的示例。该文档教导了一种本地自由运行的时钟，该时钟好比是USB SYNC和包ID流；其周期被更新成与该频率匹配，导致具有1.5MHz额定频率的本地时钟。这提供了足够将智能卡信息读取到主机PC中的同步程度，但是，由于该方法是针对智能卡读取器，所以没有解决装置间同步。

US专利No.6,012,115和随后的继续US专利No.6,226,701(钱伯斯等人)解决了USB SOF周期性和计时计数问题。这些文档公开了一种计算机系统，该计算机系统通过使用从USB主机控制器传送给连接到该主机控制器的外围装置的帧脉冲起始，能够对实时外围装置内发生的预定事件执行时刻的准确确定。

US专利No.6,092,210(拉基等人)公开了为了数据传输通过采用USB到USB连接装置来连接两个USB主机的方法，所述USB到USB连接装置用于将本地装置时钟同步至两个USB主机的数据流。锁相环路被用来同步本地时钟，以及过采样被用来确保不发生数据丢失。然而，该文档涉及两个USB主机相互之间的数据流的同步(并具有有限的准确性)，从而然后能够在所述主机之间进行信息传输；没有提供用于将多个USB装置同步到单个USB主机或同步到多个USB主机的方法。

US专利No.5,761,537(斯特奇斯等人)描述了如何将两个或更多个扬声器对与单个时钟同步，其中一对在PC中的立体声电路外操作，而另一对由USB控制。两个扬声器对使用其自己的时钟，所以它们需要被同步，所以该文档教导了一种用于保持音频信号的同步的技术，尽管在异步时钟之间有可能有时钟偏移。

US专利申请No.10/620,769(福斯特等人)公开了同步版本的USB，其中每个装置的本地时钟在给定USB上被同步到任意程度。该文本还公开了一种用于提供触发信号给USB内每个装置的方法和设备，从而可以通过触发信号在多个装置上同步地发起事件。

用于多个USB装置的每个USB装置上的本地时钟的同步的体系结构采用已经存在于USB流量中的周期性数据结构。US专利申请No.10/620,769中公开的实施方式实质上是在频率和相位上将本地时钟锁定到USB装置上SOF包令牌的检测上。利用电路来监测通过USB的流量，并对来自总线流量的时钟载波信号进行解码(在一个实施方式中，SOF包)，这导致1kHz(或对于高速USB而言为8kHz)的额定载波信号频率。来自受控振荡器时钟的本地时钟信号在相位和频率上被锁定到USB SOF包的接收上。这确保了连接到根集线器的所有装置在频率上均被锁定到他们接收SOF包令牌的点上。然而，该方法的限制在于其将已知的精确时钟频率提供给每个装置的能力。

而且，虽然该公开内容教导了连接到USB的装置的高精度同步，但是所公开的方法采用了精确的受控振荡器(通常是电压受控电压振荡器的形式)，并且必须格外小心地提供稳定的供应电压。然后将闭环控制电路应用到精确的振荡器。这给同步USB装置的设计增加了成本和复杂性。

在2007年2月15日提交的US专利申请No.60/773,537(福斯特等人)中公开的另一个同步USB装置允许在不考虑主机PC中的时钟准确度的情况下在USB装置板上生成准确的时钟频率。在该公开内容中，USB帧起始包被当做时钟载波，而不是本地时钟要同步到的参考信号。该载波信号一旦从USB流量中解码，就与比例因数结合在一起来生成同步信息，从而利用对时钟频率的精确控制来合成本地时钟信号。这样，本地时钟信号的频率可以比载波信号的有些不确定的频率更准确。

该安排据说能够产生任意高频的本地时钟信号，诸如几十兆赫的时钟频率，从而确保连接到给定USB的每个装置的本地时钟在频率上被同步。US专利申请No.10/620,769还教导了一种方法和设备，用于通过测量从主机到每个装置的信号传播时间和在每个USB装置上提供时钟相位补偿来进一步在相位上同步多个本地时钟。

虽然这种同步USB系统能够利用准确的时钟频率生成来在USB装置之间执行准确的时钟同步，但这种同步USB系统需要特别的硬件组件来对USB上存在的数据进行解码，并需要精确确定载波信号接收的时刻。除了常规USB总线结构电路和微控制器外，还需要这些组件，从而这些方法与使用现货供应的USB接口微控制器的USB的普通实施品并不兼容。

另外，USB规范限制了USB装置能够对总线呈现的容量水平。在存在到地面的并联有效电阻的情况下，每个数据线到地面的USB有效容量被紧紧地控制。通常相兼容的USB装置只有小的容量余量。给传统的USB装置添加并行数据通路电路通常会超出容量限制。

相反，国际专利申请No.PCT/AU2008/000663(福斯特)公开了一种同步版本的USB，其中通过使用基于软件的帧检测机构、通过使用经由微控制器的单个USB连接点(而非现有技术中采用的并行数据通路)，每个装置的本地时钟在给定USB上被同步，但是这会以损失精度为代价。该方法目的是简化控制环路，并避免对灵敏模拟锁相环路体系结构的需要，但需以损失同步精度为代价。

发明内容

在第一个主要方面，本发明提供了一种将第一装置和至少一个第二装置(该第二装置可以是一个或多个这样的第二装置)同步的方法，每个第二装置具有本地振荡器(诸如自由运行的振荡器)和微控制器，且该第二装置与第一装置经由通信总线进行数据通信，所述方法包括：

所述第一装置将多个信号传送给所述第二装置；

所述第二装置使用所述多个信号来测量所述第二装置的本地振荡器的频率；

所述第一装置将指示要被同步到的所需频率的信号传送给所述第二装置；以及

所述第二装置采用所述第二装置的微控制器来配置所述第二装置自身，以通过使用所述第二装置的本地振荡器的频率来生成具有所述所需频率的本地时钟信号。

所述装置可以是USB装置。

在一个实施方式中，所述方法包括：所述第二装置配置所述第二装置自身，以生成具有任意程度的所述所需频率的所述本地时钟信号。

所以，在该实施方式中，提供了基于微控制器的多装置同步，由此所述(至少一个)第二装置(每个所述第二装置具有其自己的振荡器)被连接到公共总线，并使用来自该总线的信号而被同步。通常，每个装置接收来自总线的公共信号，该公共信号被用作参考载波信号。每个装置的本地时钟均可以通过使用在微控制器中一般可用的资源而被公共载波信号表征，从而被同步。

在一些实施方式中，诸如通信总线为USB的情况，系统控制器(诸如包括USB主机控制器的个人计算机)从每个所连接的装置接收关于其自由运行的本地时钟的频率的信息。然后，系统给每个装置提供信息，以从载波信号和本地自由运行的时钟合成其自己的同步时钟。

可以使用统计工具来处理信息，从而提供更好的同步准确性。每个装置可以使用另外的硬件支持来增加其时钟合成的分辨率和准确性。

本发明不局限于应用到USB或外部总线，还可以应用于任何通用通信总线，诸如PCI、PCI-e、以太网和火线。类似地，本发明例如可以被应用到无线或光纤通信系统、或印刷电线板上或集成硅芯片上的组件之间的总线上。

在某些实施方式中，多个信号包括多个周期信号。

在特定的实施方式中，所述方法包括：所述第一装置在预定义时间(诸如在本地世界时间中的一秒边界(one second boundary)上)传送多个信号。

所述第一装置可以是主装置或控制器装置，其中所述第二装置是从装置。所述方法还可以包括由装置构成的点对点网络，从而使得第一装置不控制第二装置，而是只用作同步信号源。

在一个实施方式中，所述方法包括：所述第一装置利用时间戳以非周期方式将多个信号传送给第二装置。所述时间戳可以来自主机系统或主时间装置的时域。

所述微控制器可以包括时钟生成器，诸如计时器/计数器。

在一些实施方式中，所述微控制器被配置成在检测到多个信号时执行中断服务程序。

可以以现场可编程门阵列逻辑装置或其他逻辑元件的形式提供所述微控制器。

优选地，所述微控制器包括用来测量同步参考信号的接收之间的时间间隔的电路，诸如以由所述本地振荡器进行时钟驱动的计数器/计时器(无论是硬件、软件还是其他形式)的形式。优选地，所述微控制器包括用来生成包括本地时钟信号的电路，该电路包括计数器/计时器、或由相同的本地振荡器进行时钟驱动的其他时钟生成电路。

所述计数器/计时器或其他时钟生成功能可以包含在现场可编程门阵列逻辑装置或其他逻辑元件中。

所述通信总线可以是串行总线、并行总线或其他形式的通信总线，第一和第二装置可以是连接到其各自总线上的各种类型。所述通信总线可以是通用串行总线(USB)、PCI-高速(PCI-Express)总线、以太网、火线总线、RS232、或其他串行接口总线形式的串行总线。所述通信总线可以是PCI总线、PXI总线、VME总线、VXI总线、GPIB或其他并行接口总线形式的并行总线。所述通信总线可以位于有线、光学或无线总线、基于支架的仪器的底板总线、印刷电路板上的总线、或内部芯片总线上的装置之间。

所述通信总线可以包括单个总线或多个互连的总线，诸如包括多个不同的但相连接的总线的混合互连总线(诸如在一些电子测试装置中所使用的)。根据该方面，第一和(至少一个)第二装置可以连接到多个不同的总线上并且全部被同步。举例来说，根据本发明的该方面，USB装置、以太网装置和PCI装置可以都被同步。

在一个实施方式中，所述第二装置是经由通信总线与第一装置进行数据通信的多个第二装置中的一个第二装置，其中所述方法包括：

所述第一装置将多个信号传送给多个其他装置；

每个所述第二装置使用所述多个信号来测量所述第二装置各自的本地振荡器的频率；

所述第一装置将指示要被同步到的所需频率的信号传送给所述第二装置；以及

所述第二装置采用所述第二装置各自的微控制器来配置该第二装置自身，以通过使用该第二装置各自的本地振荡器的频率来生成各自的具有所述所需频率的本地时钟信号。

在第二个主要方面，本发明提供了一种设备，该设备包括：

USB装置，该USB装置具有本地时钟、带有计数器/计时器功能的微控制器和振荡器(诸如自由运行的本地振荡器)，其中所述微控制器被配置成通过生成适于用作用于实质上所有多个时钟载波信号的同步参考信号的输出信号来响应预定义软件中断(诸如利用在其中提供的中断服务程序)，该USB装置可连接到USB主机控制器上；

电路，该电路被配置成监测USB流量，从USB数据流中解码周期信号，并输出解码后的载波信号，所述周期信号由所述主机控制器传送，并包含关于所分布的时钟频率和相位的信息的时钟载波信号；

电路，该电路被配置成接收所述解码后的载波信号，在接收到预定义数据包(诸如SOF包)时生成所述预定义软件中断，并将该软件中断传递给所述微控制器；

电路，该电路用于测量在所述本地振荡器的时域中所述同步参考信号(从而和载波信号)的接收之间的时间间隔，该测量相对于已知载波信号频率提供关于所述本地振荡器的频率的信息(例如通过使用第一计数器/计时器功能)；

其中所述设备适于通过基于所需同步频率和所述本地振荡器的所述频率来计算第二计数器/计时器电路的设定，以响应来自所述USB主机控制器的消息，该消息包括关于所需同步频率的信息，所述USB装置设定所述微控制器内的所述计数器/计时器电路的配置，以在计数器功能的情况下达到终点计数事件时、或在计时器功能的情况下达到超时事件时，生成输出信号；

其中所述第二计数器/计时器由所述振荡器(该振荡器的频率已参考所述周期载波信号而被表征)进行时钟驱动；以及

当所述第二计数器/计时器达到所述终点计数或所述超时事件时，重设该计数器/计时器的所述配置。

所以，根据该方面，提供了一种用于在连接到通信总线上的装置上生成同步本地时钟的方法，该方法适于使用便宜的自由运行的振荡器和可用于标准微控制器的特征。

优选地，所述用于测量所述同步参考信号的接收之间的时间间隔的电路是由所述本地振荡器进行时钟驱动的第一计数器/计时器功能。

优选地，第二计数器/计时器电路被用于生成同步时钟信号。还优选地，所述本地振荡器的频率相对于所述时钟载波信号被连续测量，以及当本地振荡器发生频漂时，连续对所述第二计数器/计时器的配置进行修改，从而保持所述本地时钟信号的同步。

优选地，用于测量本地振荡器的频率的时间间隔是连续载波信号的接收之间的时间间隔。优选地，通过在多个连续时间间隔上的测量和使用统计工具来增加本地振荡器的频率的测量准确性。

优选地，微控制器是包含计时器/计数器功能的装置。本领域的技术人员可以理解，这种计数器/计时器可以在外部被复制到逻辑装置中的微控制器上，所述逻辑装置例如但不局限于现场可编程门阵列(FPGA)或复杂可编程逻辑装置(CPLD)。

优选地，微控制器包括中断服务程序，由此该中断服务程序可以通过检测所述载波信号而被调用或触发。

优选地，所述中断是硬件中断，其中在从中断服务程序(ISR)生成所需输出时有最小的延迟。

还优选地，所述第二计数器/计时器电路可操作用于在达到终点计数或超时，生成硬件输出信号，其中在生成所需输出信号时有最小延迟。

优选地，在所述USB装置中进行对所述计数器/计时器电路的设定的所述计算。还优选地，可替换地，在所述USB主机控制器中进行对所述计数器/计时器电路的设定的所述计算。

本领域的技术人员可以理解的是，出于经济的目的，所述本地振荡器可以是自由运行的，但是可替换的，出于增加准确性的目的，可以例如是压控晶体振荡器(VCXO)(尤其是在锁相环路(PLL)体系结构中)、温度补偿晶体振荡器(TCXO)、恒温槽受控晶体振荡器(OCXO)、或多接头时钟的形式。

本领域的技术人员还可以理解，所述计数器/计时器电路可以不直接由本地振荡器进行时钟驱动，而是由本地振荡器的频率被相除或相乘的时钟源进行时钟驱动。

根据该方面，本发明提供了一种用于对连接到USB主机控制器上的具有微控制器和本地振荡器(诸如自由运行的本地振荡器)的USB装置的本地时钟进行同步的方法，所述微控制器包含计数器/计时器功能，所述方法包括：

所述主机控制器将周期信号传送到所述USB装置，其中所述周期信号构成了时钟载波信号；

监测USB流量，并从USB数据流中解码所述周期信号，并输出解码后的载波信号，所述周期信号包含关于所分布的时钟频率和相位的信息；

接收所述解码后的载波信号，在接收到预定义数据包(诸如SOF包)时，生成软件中断，并将该软件中断传递给所述USB微控制器；

所述USB微控制器通过生成适于用作用于实质上所有所述时钟载波信号的同步参考信号的输出信号来响应所述软件中断(诸如利用在其中所提供的中断服务程序)；

测量在所述本地振荡器的时域中所述同步参考信号(从而和载波信号)的接收之间的时间间隔，以相对于已知载波信号频率提供关于所述本地振荡器的频率的信息(例如使用第一计数器/计时器功能)；

所述USB主机控制器将消息传送给所述USB装置，所述消息包含关于所需同步频率的信息；

通过使用所述同步频率和所述本地振荡器的所述频率来计算第二计数器/计时器电路的设定；

所述USB装置设定所述微控制器内的所述计数器/计时器电路的配置，以在计数器功能的情况下达到终点计数事件时、或在计时器功能的情况下达到超时事件时，生成输出信号；

其中所述第二计数器/计时器由所述本地振荡器(该振荡器的频率已参考所述周期载波信号被表征)进行时钟驱动；以及

当所述第二计数器/计时器达到所述终点计数或所述超时事件时，重设所述计数器/计时器的所述配置。

根据该方面，多个USB装置可以被同步成任意程度，其中所述方法被应用来同步连接到公共USB主机控制器上的多个USB装置。

本领域的技术人员可以理解，相对于所述本地振荡器对连续载波信号的接收之间的周期的测量等同于得知了在所述本地振荡器的时域中多个所述载波信号的接收的时间。还可以理解，这种相对时间概念可以被引用到绝对时间概念中。

在第三个主要方面，本发明提供了一种用于将装置的本地时钟同步到源自总线的时基的系统，该系统包括：

测量级；

预测级；以及

控制级。

这些级中的每个级都实现一个相应的方法(在下面被分别称为测量、预测和控制方法)。

在优选的实施方式中，所述测量级包括：

第一装置，该第一装置连接到通信总线上，具有微控制器和本地振荡器，所述微控制器包含由振荡器进行时钟驱动的计数器/计时器；

用于监控所述总线流量的电路，以及用于从所述总线对时钟载波信号进行解码的电路，所述时钟载波信号由连接到所述总线上的至少一个第二装置中的至少一者生成，其中所述载波信号的频率已知；以及

其中所述测量级被配置成在从所述通信总线接收到多个所述载波信号时执行对所述计数器/计时器电路的本地时间的多个测量，每个所述测量对应于所述多个载波信号的每个载波信号的接收。

一般的微控制器的计数器/计时器电路通常具有小于16比特的分辨率，通常小于12。这意味着当由高频振荡器进行时钟驱动时，计数器/计时器将会频繁翻转。所以，在一个实施方式中，测量级适于跟踪翻转事件，并将多个低比特计数计时器测量转换成高的64比特分辨率或其他时间表示。

这样，测量级提供了在一个或多个第二装置的时域中对多个载波信号的时间的一批测量，以及对应于第一装置的时域中的时间的64比特计时器值。

优选地，所述载波信号是周期性的，但并非必须是周期性的，因为所述测量方法的结果是载波信号时间与本地振荡器时间的映射。

所述至少一个第二装置可以是总线控制器、主机控制器装置或主总线装置。所述第二装置还可以是点对点总线体系结构中的标准装置。

优选地，多个计时参考信号是周期信号，其中所述信号的周期和绝对时间在第二装置的时域中是已知的。多个计时参考信号还可以是非周期性的，但是每个都在第二装置的时域中被加有时间戳。

优选地，所述测量级适于连续操作，其中每个测量提供了在最近的测量周期上对第二装置中的振荡器的频率的新测量。随着测量次数的增加(或所述振荡器特性的改善)，所述预测方法的可能准确性增加。

根据该方面，所述通信总线可以是串行总线、并行总线或其他形式的通信总线，并且所述装置可以是连接到其各自总线上的类型的装置。如果是串行总线，所述通信总线可以是通用串行总线(USB)、PCI-高速总线、以太网、火线总线、RS232或其他串行接口总线。如果是并行总线，所述通信总线可以是PCI总线、PXI总线、VME总线、VXI总线、GPIB或其他并行接口总线。所述通信总线可以位于有线、光学或无线总线、基于支架的仪器的底板总线、印刷电路板上的总线或甚至内部芯片总线上的装置之间。

所述通信总线可以是单个总线或多个互连的总线。连接到多个不同总线上的多个装置可以全被同步，这也在该方面的范围内。例如(但不局限于)，USB装置、以太网装置和PCI装置都可以使用本发明的该方面而被同步。

在多个互连的总线的情况下，测量级可以被应用到所述总线和连接到所述总线的所述装置的每个互连上。这样，每个所述被连接的总线和装置的相对时钟速率的映射均可以随着时间被建立。

优选地，所述总线为USB，且所述第一装置为USB主机控制器，在这种情况下，所述载波信号可以包括USB规范中定义的USB包信号结构、发送到所述USB装置的命令序列、发送到所述USB装置的数据序列、OUT令牌、IN令牌、ACK令牌、NAK令牌、STALL令牌、PRE令牌、SOF令牌、SETUP令牌、DATA0令牌、DATA1令牌或USB数据包中预定义的比特模式序列中的任一者。

根据该方面，所述振荡器在时间周期上相对于多个计时参考信号被表征。这样，所述振荡器在延长的时间周期上相对于所述第一装置的时域的频漂可以被精确获知。通过引用，如果所述第二装置的时基是已知的，则所述振荡器的频率以及从而所述第一装置的时基可以被完全表征。

如本领域的技术人员所理解的，存在一些用于时钟信号的速率分析和规范(disclplining)的算法。一种有用的规范算法被称为卡尔曼滤波，在卡尔曼滤波中，可以从一系列测量中估计一般系统的状态，所述测量包含随机误差(诸如确定所述振荡器频率时的离散化误差)。使用该方法，振荡器可以在非常长的周期上以高准确度被表征，得到对未来频漂的准确预测。

优选地，所述预测级包括：

读取对应于多个时域中的多个时间戳测量的数据组；

确定多个时域之间的关系；以及

提前推断所述关系。

优选地，所述数据组包括测量。优选地，所述预测级采用统计计算来提高确定所述关系的准确性。

优选地，所述推断包括线性、多项式或指数推断或基于卡尔曼滤波或类似统计技术的预测方法。

由预测级执行的计算可以被第一装置执行、在所述至少一个第二装置中的一个第二装置中被执行、或在与第一和第二装置通信的另一个装置中被执行。

这样，预测级的输出是多个时域的映射。这可以在任何时候提供对每个时域中的本地时间的估计。在下述一个实施方式中，在所述多个第二装置中的至少一者的参考时域与由本地振荡器进行时钟驱动的第一装置的时域之间有映射。

所述数据组可以对应于多个互连的总线。连接到多个不同总线的多个装置可以全部被同步，这也在该方面的范围内。例如(但不局限于)，USB装置、以太网装置和PCI装置都可以使用本发明的该方面被同步。

在多个互连的总线的情况下，所述对时间的映射和预测可以跨过所述混合互连总线的广度应用到所述多个总线和装置的每一者上。

可以理解，随着对未来时间的推断，所述映射的准确度将降低。

优选地，所述控制级适于：

从所述测量级或预测级接收指示所述第一装置的所述计数器/计时器的当前时间(t1)的数据；

选择时间点(t2)，在该时间点(t2)将要生成未来将要发生的事件；

利用第二计数器/计时器源来控制输出信号，从而使得在所述未来将要发生的事件的所述时间点(t2)生成输出信号；

计算所述第二计数器/计时器的滴答数(或“滴答计数”)，所述第二计数器/计时器需要用来在计数器功能的情况下达到终点计数事件时、或在计时器功能的情况下达到超时事件时，在时间t2生成所述输出信号；

利用所述滴答计数配置所述第二计数器/计时器电路，以在计数器功能的情况下达到所述终点计数事件时、或在计时器功能的情况下达到所述超时事件时，生成输出信号；

其中所述第二计数器/计时器由所述振荡器(该振荡器的频率已参考所述周期载波信号被表征)进行时钟驱动，并适于在达到所述终点计数事件或所述超时事件时，生成输出信号。

所述控制级可以适于生成本地时钟信号。根据该实施方式，所述控制级适于：

在时间t1生成输出信号；

通过给所述第二计数器/计时器加载新的滴答计数来生成输出信号；以及

利用所述滴答计数配置来重设所述第二计数器/计时器，从而使得下一个超时或终点计数事件在时间t2+(t2-t1)发生。

然后由控制级重复执行这些步骤。

优选地，所述测量级和预测级可以被连续使用，从而使得振荡器的频漂被测量，且预测级提供滴答计数的更新值，以保持本地时钟信号与第二装置的参考时钟的同步性。

这样，如果振荡器有足够高的操作频率，控制级能够合成高达任意高频的本地时钟信号。

优选地，振荡器的频率远高于周期载波信号的频率。这允许以高分辨率确定所述周期载波信号之间的所述时间间隔。类似地，在非周期但是加有时间戳的载波信号的情况下，所述振荡器的周期(频率的导数)远小于载波信号的接收之间的所述时间间隔。

优选地，所述本地时钟信号的频率远低于所述振荡器的频率，从而允许以高分辨率控制所述本地时钟频率。另外，本地时钟周期(即，频率的导数)不太可能会正好是振荡器的多个周期，尤其是当本地时钟被控制成一些外部频率参考以及预期到所述振荡器发生频漂时。在这种情况下，由至少一个振荡器周期构成的本地时钟周期中会有一些抖动(jitter)。

根据该方面，可以使用各种方法以提供对最终同步时钟信号的更精细控制。在一个实施方式中，控制所述本地时钟的最终输出频率的所述方法可以包括对所述计时器/计数器被时钟驱动的速率的调节。而且，可以使用在所述本地时钟信号的连续周期期间对所述“滴答计数”的明智选择来减少频率调谐发生时的时钟频率噪声的影响。例如，如果需要对本地时钟信号进行调节来解决所述本地振荡器(该本地振荡器可以是自由运行的)中的频漂，优选在一些周期期间上慢慢地调节本地时钟速率，而不使用阶跃变化(stepchange)。这种方法可以显著影响时钟噪声的频谱，并有可能在较宽的频带上(以低振幅)传播这种控制环路噪声，而不是生成噪声谱的大振幅窄频成分。其他类似的方法和这种方法的应用对于本领域的技术人员来说是显而易见的。

根据该方面，所以使用方法来使第二计时器/计数器的配置在用于设定所述本地时钟信号需要的周期频率所需的额定配置周围摇摆(dither)。这具有减少时钟抖动的效果。所述控制级然后可以在所述系统等待更新的同步信息的同时，调节如何管理下一个时间间隔上的相位的数字调节(随后的计数器/计时器周期的配置)。

这种控制级的基本准确性受到测量时间间隔、振荡器的频率和振荡器的频漂的限制。增加测量时间间隔可以增加测量振荡器频率的潜在分辨率，然而，这也会导致时间间隔期间振荡器频率的更大频漂。在测量准确度和振荡器频漂之间存在权衡。利用预测系统的时钟方法允许振荡频率在更长周期上具有更大的确定性，从而允许更大的精度。

本地振荡器优选为自由运行的本地振荡器，但是本领域的技术人员可以理解，为了增加的准确性，压控晶体振荡器(VCXO)(尤其是在锁相环路(PLL)体系结构中)、温度补偿晶体振荡器(TCXO)、恒温槽受控晶体振荡器(OCXO)多接头时钟或其他更准确的时钟源也可以被用来替换自由运行的本地振荡器。

本领域的技术人员还可以理解，所述计数器/计时器电路可以不直接由本地振荡器进行时钟驱动，而是由从本地振荡器的频率被相除或相乘的时钟源进行时钟驱动。类似地，可在本地振荡器信号被用来对计数器/计时器电路进行时钟驱动之前，对本地振荡器信号进行相位调节，以增加事件生成的分辨率。

然后，同步本地时钟信号可以被用来生成多个输出信号和/或准确地对外部事件或信号加上时间戳。

所述通信总线可以是单个总线或者多个互连总线。连接到多个不同总线上的多个装置可以全部被同步，这也在该方面的范围内。例如(但不局限于)，USB装置、以太网装置和PCI装置可以都使用本发明的该方面而被同步。

在多个总线的情况下，控制级优选被应用到所述总线和连接到所述总线的所述装置的每个互连上。

该方面的这三个级实施各自的方法(测量、预测和控制)，根据本发明所述方法可以如上所述被结合或者按照需要被单独使用。所述三个级也可以与本公开中教导的任意其他发明结合使用。

所以，根据该方面，提供了由上述三个级执行的任意一个或多个方法。

而且，通过只使用该主要方面的测量和计算阶段，便能够同步由多个装置获取的数据。

所以，根据该方面，本发明提供了一种用于同步由连接到通信总线的多个装置所获取的数据的方法，该方法包括：

使用本公开中教导的任意方法来确定所述多个装置的非同步时域之间的映射；

对在每个各自的装置的时域中获取的数据加上时间戳；

将所述加有时间戳的数据传送到中央单元；以及

对来自所述多个装置的所述数据进行时间对准。

在一个实施方式中，连接到USB上的多个USB装置每个包括自由运行的本地振荡器，所述各个自由运行的本地振荡器被用来控制所述各个USB装置的每个USB装置上的数据获取。所述多个USB装置具有其经由在此公开的方法被映射到USB主机控制器的时域上的时域。然后，每个所述USB装置所获取的数据在主机PC中通过与每个获取点相关的时间戳而被时间对准。

应该注意，虽然数据没有被每个USB装置同步(在同一瞬间)采样，但数据能够在公共时基上被对准。所以，该技术可以被应用到经由多个通信总线连接的多个装置上，这将会在本发明的第六个主要方面中被进一步描述。

根据本发明的第四个主要方面，本发明提供了一种用于提高本地时钟相位同步的准确性的方法，该方法包括：

调谐连接到通信总线上的装置的本地时钟；

对用于所述通信总线的总线流量进行解码，以得到预定义周期载波信号；

在接收每个所述周期载波信号的瞬间，确定所述本地时钟的本地时钟信号的相位；

利用统计方法，相对于所述周期载波信号确定所述本地时钟信号的真实相位；以及

调节所述本地时钟的相位，以同步所述本地时钟。

优选地，调谐所述本地时钟，使所述本地时钟的频率被锁定到周期时钟载波信号上。这样，在连续周期载波信号的接收之间存在整数个时钟周期，简化了以统计方法确定本地时钟相位的方法。

根据该方面，所述通信总线可以是串行总线、并行总线或任意其他形式的通信总线，所述装置是连接到其各自总线上的类型的装置。如果是串行总线，所述通信总线可以是通用串行总线(USB)、PCI-高速总线、以太网、火线总线、RS232或其他串行接口总线。如果是并行总线，所述通信总线可以是PCI总线、PXI总线、VME总线、VXI总线、GPIB或其他并行接口总线。所述通信总线可以位于有线、光学或无线总线、基于支架的仪器的底板总线、印刷电路板上的总线或甚至内部芯片总线上的装置之间。

所述通信总线可以是单个总线或多个互连的总线。连接到多个不同总线上的多个装置可以全部被同步，这也在该方面的范围内。例如(但不局限于)，USB装置、以太网装置和PCI装置可以都使用本发明的该方面而被同步。

优选地，所述通信总线为USB，以及载波信号包括USB规范中定义的USB包信号结构、发送到所述USB装置的命令序列、发送到所述USB装置的数据序列、OUT令牌、IN令牌、ACK令牌、NAK令牌、STALL令牌、PRE令牌、SOF令牌、SETUP令牌、DATA0令牌、DATA1令牌或USB数据包中预定义的比特模式序列中的任一者。

根据本发明的第五个主要方面，提供了一种用于提高对连接到通信总线上的多个装置的本地时钟进行同步的准确性的方法，该方法包括：

上述第四个方面的被应用到连接到通信总线的多个装置上的方法。

根据该方面，所述通信总线可以是串行总线、并行总线或任意其他形式的通信总线，且所述装置是连接到其各自总线上的类型的装置。

在又一个主要方面中，本发明提供了一种用于相对于外部提供的参考信号同步连接到总线上的多个装置的方法。

根据该方面，所述多个装置的每个装置的本地时钟由本公开中教导的任意方法在时间周期上相对于主机控制器或总线上的一个装置的周期信号(载波信号)而被表征。被提供给所连接的装置的至少一者的外部参考信号也相对于所述周期信号结构被表征。关于所述外部参考信号的信息被发送到每个所述装置上。然后，该装置能够在频率和相位上利用所述外部信号合成其本地同步时钟。

所以，根据本发明的第六个方面，提供了一种用于将连接到通信总线上的多个装置同步到外部信号的方法，所述外部信号被提供给至少一个所述装置，该方法包括：

使用本发明的第三个方面的测量和预测方法来表征所述多个装置的自由运行的振荡器；

使用本发明的第三个方面的测量和预测方法来表征提供给所述多个装置中的至少一者的外部信号；以及

使用本发明的第三个方面的控制方法来生成用于所述多个装置中的每个装置的同步本地时钟；

其中每个所述时钟均被同步到所述外部信号的时基上。

这样，参考时钟信号可以被提供给连接到所述总线的多个装置中的一个装置上，以及每个所连接的装置可以将其本地时钟合成所述外部参考信号。外部参考信号可以是从(但不局限于)原子参考时钟、全球定位系统(GPS)、同步以太网协议(诸如IEEE-1588)、仪器底盘(instrumentation chassis)(诸如PXI、PXI-e、cPCI、VXI、VME)或其他任何时钟源中得到的时钟信号。

为了进一步描述这点，给出了一将GPS时钟应用到经由USB总线而被连接到USB主机控制器上的第一USB装置的示例。这绝不是用来限制的示例，而只是示例性实施方式。

所以，所述USB主机控制器将多个时钟载波信号传送到所述第一USB装置。载波信号可以是周期帧起始(SOF)信号。可替换地，载波信号可以是已在USB主机控制器的时域中被加有时间戳的非周期信号。所以，GPS时钟相对于载波信号而被表征。查看该情况的可替换的方式是载波信号以及从而USB主机控制器的时域根据GPS时钟而被表征。以类似的方式，连接到USB上的第二USB装置的本地振荡器可以相对于载波信号而被表征。

可以使用相同的载波信号来表征第一和第二USB装置，正如广播载波信号那样。可替换地，可以使用不同组的载波信号来表征第一和第二USB装置，只要两组载波信号源于相同的时域，也就是USB主机控制器。

所以，第二USB装置的时域可以被映射和同步到GPS时域，如下：

i)GPS时域经由载波信号而被映射到USB主机控制器时域；以及

ii)第二USB装置的时域经由载波信号而被映射到USB主机控制器时域。

本领域的技术人员可以理解的是，第二USB装置的时域可以通过类似于在其各自时域中交换载波信号而被映射到第三装置。还应该被注意的是，第三装置不需要是USB装置，其可以是能够与第二装置传输载波以及可能的时间戳信息的任何装置。

所以，第三装置可以是PCI总线、PCI-高速(PCI-Express)总线、以太网、火线总线、PCI-高速总线、RS232总线、VME总线、VXI总线、GPIB或其他串行或并行接口总线。所述通信总线可以位于有线、光学或无线总线、基于支架的仪器的底板总线、印刷电路板上的总线或内部芯片总线上的装置之间。

该时域映射方法不依赖于极准确的用于载波信号的时钟源。由于其使用在时域之间的映射(如果载波信号包含时间戳，它们甚至可以实质上是非周期性的)，装置可以被彼此同步，以及如果需要的话，装置可以以较高程度同步到绝对时间上，而不考虑载波信号信息的质量。

在第七个主要方面，本发明提供了一种用于对连接到多个互连总线上的多个装置进行同步的方法，其中所述总线包含各种不同类型(包括但不局限于USB、以太网和PCI)，该方法包括：

所述第一方面的被应用到连接到所述多个总线的所述多个装置(以及总线控制器，如果适当的话)的每个装置的方法；

所述第三方面的被应用到连接到所述多个总线的所述多个装置(以及总线控制器，如果适当的话)的每个装置的预测方法；

其中所述映射包括连接到所述多个总线的每个总线上的每个所述装置的时基之间的相互关系；以及

控制级(诸如第三方面的控制级)用于为连接到所述多个总线的每个总线的所述多个装置的每个装置生成同步本地时钟。

优选地，所述多个总线包含不同总线类型和/或相同总线类型。例如，该方面同样很好地适用于包括USB、PCI和两个以太网总线、或包括多个USB总线的网络。

优选地，所述控制器包括本发明的第三方面的控制方法。然而应该理解，任何用于生成被同步到由所述预测系统生成的所述映射的本地时钟信号的装置同样是可适用的。

所述总线可以被简单地连接，也就是在任意两个节点之间只有一个连接路径，或者可以被多连，其中在任意两个节点之间存在多个连接路径。

该主要方面包括由总线和装置构成的网络，其中为了构建所述相互关系，在时基之间进行多个交叉测量。

应该注意的是，本发明的上述方面的每个方面的各个特征可以根据需要而被合并。还应该注意的是，可以基于所教导的方法来构建设备和系统，反之亦然。

在这里所提出的各种实施方式中，本地时钟振荡器的时间概念参考了通信总线上的载波信号。所述载波信号不必须对应于绝对时间概念，但本领域的技术人员应该理解，可以从包括一些独立时间概念的系统中选择任意合适的时间参考。相反地，所述载波信号可以被绑到一些可跟踪频率标准上。实际上，给定的本地振荡器可以被选择作为系统(具有对着参考被校正的所述载波信号)的绝对时间参考，且时间帧的选择最终归结至特定系统。

而且，本发明的任一方面均可以与互连中的信号传播延时的测量和补偿结合。这可以通过使用福斯特等人的方法(US专利申请No.10/620,769)或任何其他补偿方案(包括例如IEEE-1588的方法)来被实现。

另外，根据本发明的设备和系统可以以各种方式被实施。例如，这种装置可以以多组件的形式被构建在印刷电路或印刷电线板上、陶瓷衬底上或在半导体级上，也就是作为单个硅(或其他半导体材料)芯片。而且，根据本发明的系统可以被实施为用作协同系统或单个功能单元的多个组件，本领域的技术人员可以很容易理解这点。

根据第八个主要方面，本发明提供了一种用于同步第一装置和至少一个第二装置的方法，第一装置具有本地振荡器，并且第二装置与第一装置经由通信总线进行数据通信，该方法包括：

第一装置将指示第一装置的时域的多个载波信号传送给第二装置；

第二装置使用多个载波信号来测量其本地振荡器的频率；

第一装置将指示要被同步到的所需频率的信号传送给第二装置；以及

第二装置生成被调谐到第一装置的时域的本地时钟信号。

在一个实施方式中，所述第一和第二装置为USB装置，且所述通信总线为USB。

在一个实施方式中，所述第一和第二装置中的一者为USB装置，而该第一和第二装置中的另一者为USB主机控制器。

所述多个载波信号可为周期性的。

所述多个载波信号可为非周期性的，且在已知时间被传送。

所述方法可包括将各个已知时间传送到所述第二装置。

所述方法可包括在与所述载波信号同一数据包中将各自的已知时间传送到所述第二装置。

所述方法可包括在USB帧起始附近传送所述多个载波信号。

所述方法可包括在协调世界时(UTC)的一秒边界附近传送所述多个载波信号。

所述方法可包括在全球定位系统(GPS)时间的一秒边界附近传送所述多个载波信号。

所述方法可包括通过锁相环路(PLL)体系结构来生成所述本地时钟信号。

所述本地振荡器可为自由运行的。

所述方法可包括利用可编程计数器/计时器生成所述本地时钟信号，所述可编程计数器/计时器包括可编程预定标器和可编程计数器功能，其中所述计数器/计时器由所述本地振荡器进行时钟驱动。

所述方法可包括利用可编程计数器/计时器生成所述本地时钟信号。

所述可编程计数器/计时器可包括可编程预定标器、可编程计数器功能、以及用于使输入本地振荡器的相位偏移的机构，所述计数器/计时器由所述本地振荡器进行时钟驱动。

所述计数器/计时器可为例如微控制器的一部分、现场可编程门阵列装置的一部分、可编程逻辑装置的一部分、或混合半导体装置的一部分。

所述通信总线可为例如外围组件互连(PCI)总线、PCI-高速总线、以太网总线、火线总线、或无线总线。

所述多个载波信号可为周期性的，且所述方法包括通过压控晶体振荡器(VCXO)或锁相环路(PLL)体系结构生成所述本地时钟信号。

根据第九个主要方面，本发明提供了一种设备，该设备包括：

USB装置，该USB装置具有本地振荡器、微控制器和计数器/计时器(诸如以计数器/计时器电路的形式)，其中所述USB装置被配置成充分响应所有多个源于总线的加有时间戳的时钟载波信号；

电路，该电路被配置成监测USB流量，从该USB数据流中解码由USB主机控制器传送的包括时钟载波信号的信号，并输出解码后的载波信号，所述时钟载波信号包含关于所分布的时钟频率和相位的信息；

第一计数器/计时器(诸如以计数器/计时器电路的形式)，该第一计数器/计时器被配置成测量在本地振荡器的时域中时钟载波信号的接收之间的时间间隔，该测量相对于已知的载波信号频率提供关于本地振荡器的频率的信息；

其中所述设备适于通过基于所需同步频率和本地振荡器的频率计算第二计数器/计时器(诸如以计数器/计时器电路的形式)的设定，来响应来自USB主机控制器的消息，该消息包含关于所需同步频率的信息，所述USB装置配置所述USB装置的计数器/计时器，以在达到包括终点计数事件(在计数器功能的情况下)或超时事件(在计时器功能的情况下，其中第二计数器/计时器由本地振荡器进行时钟驱动)的输出条件时，生成输出信号；以及

所述第二计数器/计时器被配置使得，当达到输出条件(终点计数或超时)时，该第二计数器/计时器基于关于本地振荡器频率的更新信息而被重设成新的设定，并被再一次启动。

根据本发明的第十个方面，本发明提供了一种用于同步连接到USB主机控制器的USB装置的本地时钟的方法，该方法包括：

所述主机控制器将多个信号传送到USB装置，其中所述多个信号构成了在USB主机控制器的时域中具有已知时间的时钟载波信号；

由USB装置监测USB流量，并从该流量中解码包括关于所分布的时钟频率和相位的信息的多个信号，并输出解码后的载波信号；

测量在本地时钟的时域中所述解码后的载波信号的接收之间的时间间隔，以提供关于USB主机控制器的时域的信息；

相对于多个解码后的载波信号，确定所述本地时钟的相位；

所述USB主机控制器将实质上所有时钟载波信号的各自的已知时间传送给USB装置；

所述USB主机控制器将指示所需同步频率和相位的消息传送给USB装置；以及

控制所述本地时钟的频率和相位，从而使得本地时钟被调谐，并与USB主机控制器的时间概念同相。

所述多个信号可以是周期性的。

所述周期信号可以是USB帧起始(SOF)信号。

所述方法可以包括在与所述多个信号同一数据包中将各自的已知时间传送给USB装置。

所述方法可以包括在协调世界时(UTC)的一秒边界附近或在全球定位系统(GPS)时间的一秒边界附近传送多个载波信号。

所述本地时钟可以包括锁相环路(PLL)体系结构或压控晶体振荡器(VCXO)。

所述方法可以包括通过例如现场可编程门阵列装置或可编程逻辑装置来生成本地时钟。

所述计数器/计时器可以包括例如可编程预定标器和可编程计数器功能，所述计数器/计时器可以由本地振荡器进行时钟驱动。

所述可编程计数器/计时器还可以包括用于偏移输入本地振荡器的相位的机构。

所述计数器/计时器可以是微控制器的一部分。

根据本发明的第十一个方面，本发明提供了一种用于将USB装置的本地时钟和连接到该USB装置上的USB主机控制器的时域同步的方法，所述USB装置具有本地振荡器并包含计数器/计时器功能，该方法包括：

主机控制器将多个信号传送给USB装置，其中所述多个信号构成了在USB主机控制器的时域中具有已知频率的时钟载波信号；

利用USB装置监测USB流量，并从该USB流量解码包括关于所分布的时钟频率和相位的信息的多个信号，并从中生成解码后的载波信号；

利用第一计数器/计时器功能在本地振荡器的时域中测量解码后的载波信号的接收之间的时间间隔，并根据该时间间隔，相对于已知载波信号时间间隔，确定本地振荡器的频率；

相对于所述多个解码后的载波信号，确定所述本地振荡器的相位；

所述USB主机控制器将消息传送给USB装置，该消息包含关于所需本地时钟频率的信息；

使用所需本地时钟频率和相位以及本地振荡器的频率和相位来计算第二计数器/计时器功能的设定；

将所述第二计数器/计时器功能配置成在USB装置的时域中的预定时间处，生成本地时钟跃迁信号；

其中所述第二计数器/计时器功能由所述本地振荡器进行时钟驱动；以及

所述本地时钟跃迁信号对所述本地时钟输出进行。

所述本地振荡器可以是自由运行的。

所述方法可以包括在与所述多个信号同一数据包中将多个信号中的各个信号的已知时间传送给USB装置。

在一个实施方式中，来自第一计时器/计数器的读数的时间序列包含关于本地振荡器在每个解码后的载波信号的接收时间处的相位的信息。

配置所述第二计时器/计数器可以包括设定起始值，该起始值表示在下一个所需本地时钟跃迁之前的一些本地振荡器周期。

所述方法可以包括在计数器功能的情况下，在第二计时器/计数器达到终点计数时，生成本地时钟跃迁信号。

所述方法可以包括在计时器功能的情况下，在第二计时器/计数器达到超时条件时，生成本地时钟跃迁信号。

所述方法可以包括重复进行对本地振荡器频率和相位的测量。

所述方法可以包括统计分析对本地振荡器频率和相位的重复测量，并由此增加测量的准确度。

所述方法可以包括连续更新第二计数器/计时器的配置，以保持本地时钟信号的同步。

第一计数器/计时器功能可以被包含在例如微控制器、现场可编程门阵列装置或可编程逻辑装置中。

所述方法可以包括读取第一计数器/计时器，然后在接收到解码后的载波信号时，重设第一计数器/计时器。

所述多个信号可以是周期性的。

所述多个信号可以是USB帧起始(SOF)信号。

所述多个信号可以是非周期性的，且所述方法包括在USB主机控制器的时域中的已知时间处生成所述信号。

所述方法可以包括在USB帧起始(SOF)信号附近传送所述多个信号。

所述方法可以包括在协调世界时(UTC)的一秒边界附近、或在全球定位系统(GPS)时间的一秒边界附近，传送所述多个载波信号。

根据本发明的第十二个主要方面，本发明提供了一种用于确定装置的本地振荡器的频率和相位的方法，所述装置具有本地振荡器并连接到通信总线上，该方法包括：

所述装置监控通信总线的总线流量，并从该总线流量解码由连接到该总线的多个其他装置中至少一个装置生成的多个时间载波信号；

所述装置测量在本地振荡器的时域中解码后的载波信号的接收之间的时间间隔，以相对于已知载波信号时间间隔，提供关于本地振荡器的频率的信息；以及

相对于多个解码后的载波信号，确定本地振荡器的相位。

所述多个载波信号可以是在各个第二装置的时域中被加有时间戳的。

所述多个载波信号可以是非周期性的。

所述被加有时间戳的载波信号的接收之间的多个时间间隔可以提供在各个其他装置的时域中对本地振荡器频率的多个测量。

在一个实施方式中，所述时间间隔的时间序列指示了本地振荡器在接收每个解码后的载波信号时的相位。

在另一个实施方式中，所述时间间隔的时间序列指示了在各个其他装置的时域中根据本地振荡器的时间演变。

所述方法还可以包括统计分析在各个其他装置的时域中的多个测量，以提高本地振荡器频率的确定的准确性。

测量在本地振荡器的时域中解码后的载波信号的接收之间的时间间隔可以包括对本地振荡器在由加有时间戳的载波信号的接收所围成的窗口内的跃迁数目进行计数。

在一个实施方式中，所述其他装置中的一个装置为总线主装置。所述其他装置可以是同级(peer)装置。

根据本发明的第十三个主要方面，本发明提供了一种用于预测第一自由运行的时钟在多个第二时钟的至少一者的时域中的某些未来时间处的时间的方法，该方法包括：

读取数据组，该数据组包括在多个第二时钟的至少一者的时域中对第一时钟的本地时间的多个测量；

计算第一时钟的时域与多个第二时域中的每者之间的关系；

提前推断第一时钟的时域与多个第二时域中的至少一者之间的关系；以及

基于在多个时域之间的关系，确定在某些未来时间处的基于第一时钟的本地时间。

所述方法可以包括利用对多个时域之间的多个关系的统计分析，来改善对第一时钟的本地时间的确定。

所述推断可以包括，例如线性、多项式、指数推断技术或者其结合，或卡尔曼或G-H滤波技术。

根据本发明的第十四个方面，本发明提供了一种预测多个自由运行的时钟在多个参考时钟的至少一者的时域中的某些未来时间处的时间的方法，该方法包括：

读取数据组，该数据组包括在多个参考时钟的至少一者的时域中对多个自由运行的时钟的本地时间的多个测量；

计算每个自由运行的时钟的时域与多个参考时域中的每者之间的关系；

提前推断每个自由运行的时钟的时域与多个参考时域中的至少一者之间的关系；以及

基于在多个时域之间的多个关系，确定在某些未来时间处的每个自由运行的时钟的本地时间。

所述方法可以包括通过对多个时域之间的多个关系的统计分析，来改善对自由运行的时钟的本地时间的确定。

所述推断可以包括，例如线性、多项式、指数推断技术或者其结合，或卡尔曼或G-H滤波技术。

根据本发明的第十五个主要方面，本发明提供了一种用于控制由本地振荡器进行计时的事件的方法，该方法包括：

接收指示第一时间的数据，在该第一时间处，所述事件将在本地振荡器的时域中被生成；

从本地振荡器生成时钟信号；

利用指示当前时间和第一时间之间的时间间隔的数据来重设和配置计数器/计时器功能；

当在计数器功能的情况下达到终点计数、或在计时器功能的情况下达到超时，生成所述事件；

通过本地振荡器对计数器/计时器进行时钟驱动。

所述时钟信号可以和本地振荡器同频和同相。

所述时钟信号可以是本地振荡器的频率的多倍，并与本地振荡器同相，其中所述时钟信号提供比本地振荡器更高的时钟驱动分辨率。

在一个实施方式中，所述本地振荡器是自由运行的。

在另一个实施方式中，所述本地振荡器是压控晶体振荡器(VCXO)或锁相环路(PLL)，并被锁定到所需频率。

根据第十六个主要方面，本发明提供了一种用于从本地振荡器生成本地时钟信号的方法，该方法包括：

i)接收指示第一时间的数据，在该第一时间处，本地时钟的跃迁将在所述本地振荡器的时域中被生成；

ii)从所述本地振荡器生成时钟信号；

iii)利用指示当前时间和第一时间之间的时间间隔的数据来重设和配置计数器/计时器功能；

iv)在计数器功能的情况下达到终点计数事件、或在计时器功能的情况下达到超时事件时，生成本地时钟的跃迁；

v)通过本地时钟来对计数器/计时器进行时钟驱动；以及

vi)在一次或多次生成本地时钟的跃迁时，重复步骤i)至v)。

所述时钟信号可以与本地振荡器同频和同相。

所述时钟信号可以是本地振荡器的频率的多倍，并与本地振荡器同相，其中所述时钟信号提供比本地振荡器更高的时钟驱动分辨率。

所述本地振荡器可以是自由运行的。

在另一个实施方式中，所述本地振荡器是压控晶体振荡器(VCXO)或锁相环路(PLL)，并被锁定到所需频率。

所述方法可以包括在某些设定之间调节计数器/计时器的配置或使计数器/计时器的配置在某些设定之间摇摆，从而提供对本地时钟信号的频率和相位的更精细控制。

根据本发明的第十七个方面，本发明提供了一种用于对连接到公共通信总线的多个非同步装置所获取的数据进行同步的方法，该方法包括：

确定多个装置的非同步时域之间的映射，包括：

根据上述方法，确定每个装置的本地振荡器的频率和相位；以及

根据上述方法，预测本地振荡器在多个第二本地振荡器的至少一者的时间域中的某些未来时间处的时间；

对在每个各自装置的时域中所获取的数据加上时间戳；

将加有时间戳的数据传送给中央单元(central location)；以及

在公共时域中对来自多个装置的数据进行时间对准。

根据第十八个主要方面，本发明提供了一种用于对连接到USB的多个非同步USB装置所获取的数据进行同步的方法，每个所述USB装置具有自由运行的本地振荡器，该方法包括：

所述多个USB装置监控USB流量，并从USB解码由USB主机控制器生成的多个时间载波信号；

所述多个USB装置测量在所述本地振荡器的时域中解码后的载波信号的接收之间的时间间隔，以相对于已知载波信号时间间隔，提供关于本地振荡器频率的信息；以及

相对于所述多个解码后的载波信号，确定各个USB装置中的每者的本地振荡器的相位；

所述多个USB装置获取数据，其中数据获取由各个自由运行的本地振荡器来进行时钟驱动；

对在每个各自USB装置的时域中获取的数据加上时间戳；

将加有时间戳的数据传送给中央单元；以及

在公共时域中对来自多个装置的数据进行时间对准。

根据第十九个主要方面，本发明提供了一种用于将一个或多个装置的本地振荡器同步到源自总线的时基的系统，该系统包括：

测量级，该测量级适于相对于源自总线的时基来表征本地振荡器；

预测级，该预测级适于确定每个本地振荡器中的时间演变；以及

控制级，该控制级适于通过各个本地振荡器，生成各个装置中的每者的本地同步时钟信号。

在一个实施方式中：

测量级适于执行上述用于确定装置的本地振荡器的频率和相位的方法；

预测级适于执行上述用于预测第一自由运行的时钟在某些未来时间处的时间的方法；

控制级适于执行上述用于控制由本地振荡器计时的事件的方法。

预测级可以包括位于中央的计算机构和适于向每个装置传送指示第一时间的数据的系统。

在一个实施方式中，多个计算机构位于各个装置的每个装置内，其中指示第一时间的数据在每个装置本地被计算。

根据第十九个主要方面，本发明提供了一种用于同步经由通信总线连接的多个装置的方法，每个装置具有本地振荡器，该方法包括：

指定从所述多个装置中选择的第一或主计时装置；

主计时装置将多个时钟载波信号传送给多个第二装置中的每个装置；

多个第二装置中的每个装置根据上述用于确定装置的本地振荡器的频率和相位的方法，相对于主计时装置的时域，确定其各自的本地振荡器的频率和相位；

根据上述用于预测第一自由运行的时钟在一些未来时间处的时间的方法，预测在主计时装置的时域中多个其他装置的每个装置中的时间演变；以及

根据上述用于控制由本地振荡器计时的事件的方法，利用主计时装置的时间概念来同步多个装置的每个装置的本地时钟。

所述方法可以在集中计算指示第一时间的数据，并将该数据传送给每个装置。

在另一个实施方式中，所述方法包括在每个装置本地计算指示第一时间的数据。

所述时钟载波信号可以是周期性的。

在另一个实施方式中，所述时钟载波信号可以是非周期性的，并且可以被加上时间戳或在主计时装置的时域中的已知时间上被传送。

根据第二十个主要方面，本发明提供了一种用于同步经由多个互连通信总线连接的多个装置的方法，每个装置具有本地振荡器，该方法包括：

指定从所述多个装置中选择的用于每个总线互连的主计时装置；

多个主计时装置将多个时钟载波信号传送给多个其他装置中的每个装置；

多个其他装置中的每个装置根据上述用于确定装置的本地振荡器的频率和相位的方法，相对于主计时装置的时域，确定其各自的本地振荡器的频率和相位；

根据上述用于预测第一自由运行的时钟在未来时间处的时间的方法，预测在主计时装置的时域中多个其他装置的每个装置中的时间演变；以及

根据上述用于控制由本地振荡器计时的事件的方法，利用主计时装置的时间概念来同步多个装置的每个装置的本地时钟。

跨接多个互连通信总线的多个装置的每个装置中的时间演变可以以任意精度已知，以及时钟载波信号频率的准确度以较少的程度已知。

还应该注意的是，本发明的每个上述方面的多个特征的任意特征可以适当地根据需要而被结合。

附图说明

为了更清楚地了解本发明，现在将以示例的方式参考附图描述实施方式，在附图中：

图1是根据本发明的第一个主要方面的同步USB装置的示意图；

图2是在本发明的第一个主要方面中使用的微控制器的示意图；

图3是图2的微控制器的内部资源和体系结构的示意图；

图4是根据本发明第二个实施方式的同步USB的示意图；

图5是根据本发明第三个实施方式的同步到GPS时间服务器的USB的示意图；

图6是根据本发明第四个实施方式的跨接PCI总线而被同步的同步装置的网络的示意图；

图7是根据本发明的第五个实施方式的同步互连总线的混合网络的示意图；以及

图8是用于经调谐的系统的载波和同步信号的示意图。

具体实施方式

根据本发明第一个实施方式的USB装置由图1中的10示意性示出，且具有数字USB 12。USB装置10包括用于连接到USB 12的总线连接器14、USB接口/微控制器16、数字输入/输出电路18(例如是数字换能器的形式，诸如模数转换器、压力换能器、或变形测量器)、和自由运行的振荡器20。振荡器20为USB接口/微控制器16提供时钟信号22。USB接口/微控制器16具有控制数字输入/输出电路18的数据总线26。

USB接口/微控制器16被配置为将时钟信号22与从USB流量24中内部解码的时钟载波信号进行比较。

以每秒的周期数为单位对振荡器的频率进行测量。振荡器通常用作时钟，以及振荡器的每个周期可以被认为是时钟的单个“滴答”。所以时间可以以振荡器的滴答数的形式被测量。这提供了本地时间概念，所以振荡器也可以参考一些绝对(或更权威的)时间概念(如果绝对时间概念可用)。这样，从USB流量24解码的载波信号提供了另外的时基以用于比较。如果该载波信号包含更准确的绝对时间概念(或甚至用于给定系统的所选择的合适的时基)，则本地振荡器20可以对着该载波信号被校准。

在USB的情况下，本地自由运行的振荡器20的时钟信号22被称为帧起始(SOF)包载波信号。这造成一参考USB主机控制器的本地时钟的系统。用达到2048的12比特数字来对SOF包进行编号。然而，主机控制器的操作系统能够将较大的比特计数数字作为其时间参考。这适于保持重要的USB主机控制器时基，然后如果需要的话，该时基可以与其他互连总线进行比较。

所以，如上所述，重复时钟载波信号形式的时钟同步信息由USB接口/微控制器16从来自USB 12的USB流量24被解码。图2是图1的USB接口/微控制器16的示意图，该示意图示出了其内部电路。USB接口/微控制器16包括USB物理层收发机(Phy)32和传统的微控制器34。USB Phy 32通过USB接口端口36接收USB流量。微控制器34具有多个输出端口(由38共同表示)、时钟源输入端口40和专用同步时钟生成输出端42；同步时钟生成输出端42实际上可以是专用的多个输出端口38中的一者。

USB Phy 32经由数据总线44和经由另外的硬件中断信号连接46而被连接到微控制器34。硬件中断信号连接46允许USB Phy32通知微控制器34从USB流量接收到了指定载波信号。

图3是USB接口/微控制器16的微控制器34的示意图。微控制器34具有用于图2的数据总线44的输入端52、SOF中断输入端口54、多个输出端口(由56共同表示，并连接到USB接口/微控制器16的输出端口38、或与USB接口/微控制器16的输出端口38集成)、时钟源输入端口58和专用同步时钟生成输出端60(连接到时钟源输入端口40和USB接口/微控制器16的专用同步时钟生成输出42、或与时钟源输入端口40和USB接口/微控制器16的专用同步时钟生成输出42集成)。微控制器34还包含处理核心62(通常包括存储器和其他功能)和第一和第二计数器/计时器64a和64b。

第一计数器/计时器64a适于相对于SOF载波信号66来测量本地振荡器时间(或频率)。第二计数器/计时器64b由来自时钟源输入端口58的本地时钟信号22进行时钟驱动。SOF载波信号66被用于选通(gate)第一计数器/计时器64a，从而使得第二计数器/计时器64b在连续SOF载波信号66的接收之间的期间，对本地时钟信号22的滴答进行计数(或对周期进行计时)。第一计数器/计时器64a的测量结果68(包括在连续SOF接收所定义的期间中的时间(计数)的数字表示)被第一计数器/计时器64a传送给处理核心62，之后处理核心62根据该测量结果68，确定USB装置10的时域中的时间。

传统USB微控制器(诸如塞浦路斯(cypress)EZUSB-FX系列的USB微控制器)可以被配置成在接收到USB数据流中的帧起始(SOF)包时，执行软件中断。在该实施方式中，微控制器34中提供的中断服务程序响应于SOF包的接收而被执行，并被配置成生成参考计时信号(对于USB全速以1kHZ、或对于USB高速以8kHz)，该参考计时信号被用于选通第一计数器/计时器64a。

处理多个这种对本地时钟时间(或频率/周期)的测量结果68，以及处理核心62将统计技术应用到这些结果68中，以确定具有增强准确性的最后结果。该对本地时钟时间的周期性确定已在本发明的第三个主要方面中作为测量方法而被描述。

根据该实施方式的预测方法，USB装置10确定第二计数器/计时器64b应该如何被配置以保持与USB 12的时域的时间同步。被加载到计数器/计时器64b的值基于每个时域的时间概念——在这种情况下，是SOF时域(主机控制器)和(USB装置10的)本地振荡器20的时域的时间概念。

第二计数器/计时器64b根据上述本发明的第三个主要方面的控制方法而被操作。从而，第二计数器/计时器64b由本地时钟信号22进行时钟驱动，从而处于本地振荡器20的时域中。微控制器处理核心62利用值70对计数器/计时器64b进行周期性预配置。第二计数器/计时器64b可以利用从处理核心62发送的合适的控制信号而在计时器模式或计数器模式中操作。当第二计数器/计时器64b达到终点计数或超时条件时，在同步时钟生成端口60上生成硬件信号72。该硬件信号72可以被用于切换时钟引脚或微控制器34的其他功能。

对于本领域的技术人员很明显的是，被加载到第二计数器/计时器64b的值70的明智临时改变会导致输出信号相位的改变。所加载的值70的永久改变会造成频率改变。例如，利用其125μs载波信号(即，在连续USB SOF载波信号的接收之间具有整数个周期)调谐的10MHz本地时钟具有100ns的周期，所以在每125μs SOF期间会产生1250个周期。如果用1250加载第二计数器/计时器64b，且在时钟频率上没有改变，则在下一个SOF包接收时的相位关系没有改变。

另一方面，如果本地时钟的相位需要被提前100ns，则1249的值将会被加载到第二计数器/计时器64b，以用于一个SOF周期，然后1250将会被加载，以用于每个随后的SOF周期。

根据本发明的第二个实施方式，提供了一种由图4中80示意性示出的同步USB。同步USB 80包括USB主机控制器82和多个USB装置84、86和88(每个都具有图1的USB装置10的特征)。USB装置84、86和88每个分别具有自由运行的振荡器或时钟90、92和94。USB主机控制器82具有本地时钟96并被本地时钟96驱动，并生成周期SOF包，该周期SOF包广播到USB装置84、86和88。

USB装置84、86和88每个根据上述第一实施方式中的方法生成同步本地时钟。USB装置84跨过USB连接98测量其内部振荡器相对于USB主机控制器82(由周期SOF包接收来计时)的时钟96的时基的速率。类似地，USB装置86和88使用来自USB主机控制器82的相同广播SOF包来测量其本地时钟速率。

所以本发明的第三个主要方面的测量方法提供了一种数据阵列，所述数据阵列包括对应于所述周期SOF载波信号的接收(即，USB主机控制器82的时基)，USB装置84、86和88中每一者上的(各个振荡器90、92和94)本地时间。

而且，根据第三个方面的预测方法，生成和提前推断振荡器90、92、94和时钟96中每一者的相对时间的映射。根据第三个方面的控制方法，USB装置84、86和88中的每一者均被配置成使得USB装置84、86和88中每一者的计数器/计时器功能当由其各自的自由运行的振荡器90、92和94进行时钟驱动时，同步输出时钟信号。

本地振荡器90、92和94的时钟速率越高，可达到越高的精度来控制频率。然而，应该注意的是，随着本地振荡器频率增加，本地振荡器的频率稳定性对于给定控制环路周期而言必须更严格。

本地振荡器90、92和94的频率稳定性确定测量、预测和控制环路应该多久被执行一次。如果以标准晶体振荡器芯片的形式提供本地振荡器90、92和94，所述标准晶体振荡器芯片以48MHz进行操作，且具有百万分之100(ppm)的频率容差，并且如果假定周期载波信号对应于在完全理想的125μs时间间隔出现的USB SOF包令牌，则在每个125μs时间间隔会有48MHz时钟的6000个滴答。如果时钟在其容差带的端部，则频率将会是48.00048MHz。这造成在125μs时间间隔中有6000.06个滴答。每17个微帧期间(大约每2ms)本地振荡器将会误差48MHz时钟的一个周期(大约20ns)。

假定控制分辨率是48MHz的一个时钟滴答，控制环路只需要以大约每2ms一次或500Hz来操作。类似地，如果使用高质量本地时钟源，诸如恒温槽受控晶体振荡器(OCXO)，则时钟的稳定性允许非常不频繁的控制环路。

图5是根据本发明第三个实施方式的被同步到GPS时钟的USB 100的示意图。根据该实施方式，同步USB 100包括USB主机控制器102和与其进行数据通信的多个USB装置104和106。USB装置106另外被连接到GPS时间服务器108。GPS时间服务器108从GPS(或等价的)卫星系统经由天线110接收时间码，并保持本地时钟112以高精度准确符合世界时间。

GPS时间服务器108经由数据连接114在世界时间秒边界上每秒传送一个脉冲(1PPS信号)给USB装置106。其他时间或时钟信号可以被使用，诸如10MHz时钟信号。这些1 PPS信号可以被认为是跨过数据连接114传送的周期时钟载波信号。USB装置106在功能上等价于图1中的USB装置10，所以适于执行本发明的第三个方面的方法以测量和映射GPS时间服务器108的本地时钟112和USB装置106的时钟116的相对时间。为此，USB装置106适于使得这些1PPS信号生成中断而不是上述实施方式中的SOF包的接收。

而且，USB主机控制器102将周期SOF包传送给USB装置106，所以USB装置106可以使用本发明的第三个方面的方法来相对于USB主机控制器102的本地时钟118的时间，测量和映射其本地时钟116的时间。根据所用微控制器可用的资源，可采使一个计数器/计时器资源来测量数据连接114和位于USB主机控制器102和USB装置106之间的数据连接120中每一者的时间。如果没有足够的资源可用于同时测量数据连接114和数据连接120的时间，则可用资源可以在测量每个数据连接114和120的相对时间之间共享。

如上针对图1的USB装置10所述的那样，USB装置104能够通过对着由USB主机控制器102的本地时钟118提供的时基进行直接测量来表征其本地时钟122。

在测量系统中每个时钟(即，GPS时间服务器108的本地时钟112、USB装置106的本地时钟116、USB主机控制器102的本地时钟118和USB装置104的本地时钟112)的相对时间之后，USB 100生成这四个时钟的相对时间的预测映射，等价于上述本发明的第三个方面的预测方法的过程。

然后，本方面的第三个方面的控制方法被应用，以生成USB装置104和106中每一者的同步时钟。同步时钟与GPS时间服务器108的本地时钟112同步，但不是必须同步。

应该注意的是，在这种情况下，时钟116和118的绝对准确性不影响以高准确度将USB装置104的时钟122与GPS时间服务器108的时钟112同步的能力。所有时域之间的相对映射使得如果每个时钟的频漂不明显，则时钟可以被分开很宽并通过不准确的时钟而被连接，但仍以高准确度被同步。由于对测量的统计处理，该套方法对随机抖动也相对不敏感。

在本发明的第四个实施方式，提供了跨接PCI总线而被同步的多个USB，如图6中的130示意性示出的。根据该实施方式，被PCI控制器134控制的PCI总线132作为多个USB主机控制器136和138的主机。USB主机控制器136和138中每一者分别作为多个USB装置140、142和144、146的主机。

USB主机控制器136将其本地振荡器与PCI总线132上存在的时钟信号(由PCI控制器134生成)进行比较。使用符合上面所教导的技术，来自PIC总线132的时钟信号与多个USB主机控制器136和138内存在的本地时钟信号相比较。类似地，USB主机控制器138将其本地振荡器与PCI总线132上存在的时钟信号进行比较。这三个时钟的测量、预测和控制允许多个USB主机控制器136和138根据上述本发明的第三个方面的方法而被同步。

以USB主机控制器136作为主机的多个USB装置140和142被同步到USB主机控制器136，以USB主机控制器138作为主机的USB装置144和146被同步到USB主机控制器138。由此，USB装置140、142、144和146跨接PCI总线132而被同步。

根据本发明的第五个实施方式的互连总线的混合网络由图7中的150示意性示出，该混合网络被连接到GPS时间服务器。根据该方面，网络150包括由PCI总线152，以及通过以太网总线156连接到PCI总线152的PCI总线158，该PCI总线152由PCI控制器154控制，PCI总线158由PCI控制器160控制。网络150还包括连接到PCI总线152上的PCI-以太网控制器162和连接到PCI总线158的PCI-以太网控制器164，该PCI-以太网控制器162和PCI-以太网控制器164连接到主机以太网链接156。

PCI总线152包含支持USB装置168的USB主机控制器166，所述USB装置168转而连接到GPS时间服务器170上。PCI总线158包含支持USB装置174的USB主机控制器172。根据上述本发明的各种方法，对于本领域技术人员来说显然的是，每个互连节点(PCI控制器154、160、USB主机控制器166、172、以太网控制器162、164、USB装置16和GPS时间服务器170)能够将其本地时钟信号(时间)与其相邻节点的本地时钟信号(时间)进行比较。这样，形成互连的相对时基的映射，从而允许每个节点被同步。

所以，USB装置174的本地时钟176可以通过互连混合通信总线链被同步到GPS时间178。在该实施方式中，中间时钟的绝对准确性不影响以高准确性将USB装置174的时钟176与GPS时间178同步的能力。在所有时域之间的相对映射使得如果每个时钟中的频漂不明显的话，则时钟能够通过具有不准确的时钟的多个混合总线连接而被分开得很宽，但仍被以高准确度被同步。由于对测量的统计处理，该套方法对随机抖动也非常不敏感。

在上述第四和第五个实施方式(分别参见图6和7)中，多个PCI总线与各种其他总线同步。对于本领域技术人员明显的是，PXI总线也可以被同步。PXI是工业仪器使用标准，其将标准PCI总线与专用计时和触发总线结合起来。所以先前的实施方式可以同样适用PXI总线，其中不准确的PCI时钟源被PXI计时总线上的精确且相位对准的时钟源替代。

根据本发明的对同步的上述描述主要涉及在频率和相位上将时钟与载波信号的接收同步，而没有涉及对跨总线的载波信号的传播延迟的补偿。在一些情况下，如利用PCI，由于总线的物理上有限的性质，总线时钟载波信号从装置到装置的传播时间的差异非常小。在其他情况下，诸如以太网，总线的物理扩展造成点到点的明显传播延迟。USB处在这些极端情况之间，其中装置到装置的传播差异被限制到只有几百纳秒。

无论如何，存在用于测量跨这些总线的信号传播时间和用于补偿USB传播延迟的方法(例如，参见福斯特等人的US专利申请No.10/620,769，该专利申请作为参考被合并于此)。PCI总线需要特别的终止条件。这样能够通过多级信号发送装置来从PCI总线控制器找出给定装置的信号传播时间。类似地，从简单的技术到由IEEE-1588标准教导的方法均存在针对以太网测量和补偿信号传播延迟的技术。

在本发明的第六个优选实施方式中，提出了一种用于改善连接到通信总线的经调谐的时钟系统的同步准确性的方法。图8是在两种情况下的信号的时间序列的示意性表示180，以示出对于USB情况的该方法。

在该情况下，示出了经调谐的USB，其中本地时钟被锁定到平均统计载波信号(SOF包)频率。这样，连续SOF包的接收之间的时间是本地时钟周期的整数倍，并以平均统计载波接收时间为中心。

传统的同步方法采用单个事件来同步经调谐的时钟。在硬件触发系统中这是可接受的，但是基于软件的系统在任意单个SOF包的检测和生成结果控制信号之间的时间上会遭受明显的随机不确定性。

参考图8，情况A 182在时间上表示了载波信号(SOF)。单个SOF同步事件在184被软件中断服务程序检测和输出。这表示了单个事件位于任意单个SOF包的检测和生成结果控制信号之间的延迟平均值的理想情况。一个载波周期后(在186)检测到下一个SOF信号，但是生成本地控制信号188的不确定性导致控制信号相对于载波周期在190“过早”或在192“过晚”。在这种情况下，在不确定窗口188中的载波信号接收的分布将会以预期载波信号位置194为中心，因为单个事件与载波信号同步。

情况B 196也在时间上表示了载波信号(SOF)。单个SOF同步事件在198被软件中断服务程序检测和输出。在这种情况下，SOF事件输出在离理想情况一预期延迟的后端。系统不知道单个事件的该随机错误。一个载波周期后(在200)检测到下一个SOF，但是随机输出延迟(由于中断服务程序的不确定性)导致了可能输出窗口202。随着时间的推移，显现了一模式，该模式示出了在基于本地时钟(该本地时钟被锁定到载波信号的平均接收)的期望接收时间后，载波信号的检测具有以200为中心的分布。

这样，单个同步事件可以与平均载波信号时间进行统计比较。所以，装置的本地时间概念可以被调节，以补偿单个事件中的错误并提高同步准确性。

本领域的技术人员可以容易地实现发明范围内的修改。所以，应该理解的是，本发明不局限于上面通过实例所述的特定实施方式，并且在此所述的各种实施方式的结合对于本领域的技术人员来说的显而易见的，并在本公开的范围内。

在本发明的前述说明中，除了由于表达语言或必要的含义而上下文需要以其他方式解释的情况外，术语“主机控制器”指标准USB主机控制器、USB活动(USB-on-the-go)主机控制器、无线USB主机控制器或任意其他形式的USB主机控制器。

在本发明的前述说明和所附的权利要求中，除了由于表达语言或必要的含义而上下文需要以其他方式解释的情况外，术语“包括(comprise)”或者其变形(诸如“包括(comprises)”或“包括(comprising)”)被用于包含意思，也就是，用于具体说明所陈述特征的存在，而不用于排除在本发明的各种实施方式中其他的特征的存在或添加。

而且，在此对于现有技术的任何引用并非意欲暗示这些现有技术形成或形成了公知常识的一部分。

Claims (103)

1.一种对第一装置和至少一个第二装置进行同步的方法，每个所述第二装置具有本地振荡器和微控制器，且所述第二装置经由通信总线与所述第一装置进行数据通信，该方法包括：

所述第一装置将多个信号传送给所述第二装置；

所述第二装置使用所述多个信号来测量所述第二装置的本地振荡器的频率；

所述第一装置将指示要被同步到的所需频率的信号传送给所述第二装置；以及

所述第二装置采用所述第二装置的微控制器来配置所述第二装置自身，以使用所述第二装置的本地振荡器的频率来生成具有所述所需频率的本地时钟信号。

2.一种设备，该设备包括：

USB装置，该USB装置具有本地时钟、带有计数器/计时器功能的微控制器和振荡器，其中所述微控制器被配置成通过生成适于用作用于实质上所有多个时钟载波信号的同步参考信号的输出信号来响应预定义软件中断，所述USB装置能连接到USB主机控制器上；

电路，该电路被配置成监测USB流量、从USB数据流中解码周期信号，所述周期信号由所述主机控制器传送且包括时钟载波信号，该时钟载波信号包含关于所分布的时钟频率和相位的信息，所述电路还被配置成输出解码后的载波信号；

电路，该电路被配置成接收所述解码后的载波信号、在接收到预定义数据包时生成所述预定义软件中断、以及将所述软件中断传递给所述微控制器；

电路，该电路用于测量在所述本地振荡器的时域中所述同步参考信号的接收之间的时间间隔，所述测量相对于已知载波信号频率，提供关于所述本地振荡器的频率的信息；

其中所述设备适于通过基于所需同步频率和所述本地振荡器的所述频率来计算第二计数器/计时器电路的设定，以响应来自所述USB主机控制器的消息，该消息包含关于所述所需同步频率的信息，所述USB装置设定所述微控制器内的所述计数器/计时器电路的配置，以在计数器功能的情况下达到终点计数事件时、或在计时器功能的情况下达到超时事件时，生成输出信号；

其中所述第二计数器/计时器由所述振荡器进行时钟驱动；以及

当所述第二计数器/计时器达到所述终点计数或所述超时事件时，重设所述计数器/计时器的所述配置。

3.一种用于对连接到USB主机控制器上的USB装置进行同步的方法，所述USB装置具有微控制器和本地振荡器，所述微控制器包含计数器/计时器功能，该方法包括：

所述主机控制器将周期信号传送到所述USB装置，其中所述周期信号构成了时钟载波信号；

监测USB流量、并从USB数据流中解码所述周期信号、以及输出解码后的载波信号，所述周期信号包含关于所分布的时钟频率和相位的信息；

接收所述解码后的载波信号、在接收到预定义数据包时生成中断、以及将软件中断传递给USB微控制器；

所述USB微控制器通过生成适于用作用于实质上所有所述时钟载波信号的同步参考信号的输出信号来响应所述软件中断；

测量在所述本地振荡器的时域中所述同步参考信号的接收之间的时间间隔，以相对于已知载波信号频率，提供关于所述本地振荡器的频率的信息；

所述USB主机控制器传送消息给所述USB装置，所述消息包含关于所述所需同步频率的信息；

使用所述同步频率和所述本地振荡器的所述频率来计算第二计数器/计时器电路的设定；

所述USB装置设定所述微控制器内的所述计数器/计时器电路的配置，以在计数器功能的情况下达到终点计数事件时、或在计时器功能的情况下达到超时事件时，生成输出信号；

其中所述第二计数器/计时器由所述本地振荡器进行时钟驱动；以及

当所述第二计数器/计时器达到所述终点计数或所述超时事件时，重设所述计数器/计时器的所述配置。

4.一种用于提高本地时钟相位同步的准确性的方法，该方法包括：

调谐连接到通信总线上的装置的本地时钟；

对所述通信总线的总线流量进行解码，以得到预定义周期载波信号；

在每个所述周期载波信号的接收瞬间，确定所述本地时钟的本地时钟信号的相位；

利用统计方法，相对于所述周期载波信号，确定所述本地时钟信号的真实相位；以及

调节所述本地时钟的相位，以同步所述本地时钟。

5.一种用于提高对连接到通信总线的多个装置的各自的本地时钟进行同步的准确性的方法，该方法包括：

调谐所述本地时钟；

每个所述装置对所述通信总线的总线流量进行解码，以得到预定义周期载波信号；

每个所述装置在每个所述周期载波信号的接收瞬间，确定该装置的本地时钟的本地时钟信号的相位；

每个所述装置利用统计方法，相对于所述周期载波信号，确定该装置的本地时钟信号的真实相位；以及

每个所述装置调节该装置的本地时钟的相位，以同步所述本地时钟。

6.一种用于对第一装置和至少一个第二装置进行同步的方法，所述第一装置具有本地振荡器，且所述第二装置经由通信总线与所述第一装置进行数据通信，该方法包括：

所述第一装置将指示所述第一装置的时域的多个载波信号传送给所述第二装置；

所述第二装置使用所述多个载波信号来测量所述第二装置的本地振荡器的频率；

所述第一装置将指示要被同步到的所需频率的信号传送给所述第二装置；以及

所述第二装置生成被调谐到所述第一装置的时域的本地时钟信号。

7.根据权利要求6所述的方法，其中所述第一装置和所述第二装置为USB装置，且所述通信总线为USB。

8.根据权利要求6或7所述的方法，其中所述第一装置和所述第二装置中的一者为USB装置，且所述第一装置和所述第二装置中的另一者为USB主机控制器。

9.根据权利要求6-8中任一项权利要求所述的方法，其中所述多个载波信号为周期性的。

10.根据权利要求6-8中任一项权利要求所述的方法，其中所述多个载波信号为非周期性的，且在已知时间被传送。

11.根据权利要求10所述的方法，该方法包括将所述各个已知时间传送给所述第二装置。

12.根据权利要求10所述的方法，该方法包括在与所述载波信号同一个数据包中将所述各个已知时间传送给所述第二装置。

13.根据权利要求6-12中任一项权利要求所述的方法，该方法包括在USB帧起始边界附近传送所述多个载波信号。

14.根据权利要求6-12中任一项权利要求所述的方法，该方法包括在协调世界时(UTC)的一秒边界附近传送所述多个载波信号。

15.根据权利要求6-12中任一项权利要求所述的方法，该方法包括在全球定位系统(GPS)时间的一秒边界附近传送所述多个载波信号。

16.根据权利要求6-15中任一项权利要求所述的方法，该方法包括通过锁相环路(PLL)体系结构来生成所述本地时钟信号。

17.根据权利要求6-15中任一项权利要求所述的方法，其中所述本地振荡器是自由运行的。

18.根据权利要求17所述的方法，该方法包括利用具有可编程预定标器和可编程计数器功能的可编程计数器/计时器来生成所述本地时钟信号，其中所述计数器/计时器由所述本地振荡器进行时钟驱动。

19.根据权利要求17所述的方法，该方法包括利用可编程计数器/计时器来生成所述本地时钟信号。

20.根据权利要求19所述的方法，其中所述可编程计数器/计时器包括可编程预定标器、可编程计数器功能和用于使输入本地振荡器的相位偏移的机构，且所述计数器/计时器由所述本地振荡器进行时钟驱动。

21.根据权利要求19或20所述的方法，其中所述计数器/计时器是微控制器的一部分。

22.根据权利要求19或20所述的方法，其中所述计数器/计时器是现场可编程门阵列装置的一部分。

23.根据权利要求19或20所述的方法，其中所述计数器/计时器是可编程逻辑装置的一部分。

24.根据权利要求19或20所述的方法，其中所述计数器/计时器是混合半导体装置的一部分。

25.根据权利要求6-24中任一项权利要求所述的方法，其中所述通信总线是外围组件互连(PCI)总线。

26.根据权利要求6-24中任一项权利要求所述的方法，其中所述通信总线是PCI-高速总线。

27.根据权利要求6-24中任一项权利要求所述的方法，其中所述通信总线是以太网总线。

28.根据权利要求6-24中任一项权利要求所述的方法，其中所述通信总线是火线总线。

29.根据权利要求6-24中任一项权利要求所述的方法，其中所述通信总线是无线总线。

30.根据权利要求25-29中任一项权利要求所述的方法，其中所述多个载波信号是周期性的，且该方法包括通过压控晶体振荡器(VCXO)或锁相环路(PLL)体系结构生成所述本地时钟信号。

31.一种设备，该设备包括：

USB装置，该USB装置具有本地振荡器、微控制器和计数器/计时器，其中所述USB装置被配置成响应实质上所有多个源于总线的加有时间戳的时钟载波信号；

电路，该电路被配置成监测USB流量、从USB数据流中解码由USB主机控制器传送的且包括时钟载波信号的信号、以及输出解码后的载波信号，所述时钟载波信号包含关于所分布的时钟频率和相位的信息；

第一计数器/计时器，该第一计数器/计时器被配置成测量在所述本地振荡器的时域中所述时钟载波信号的接收之间的时间间隔，该测量相对于已知的载波信号频率，提供关于所述本地振荡器的频率的信息；

其中所述设备适于通过基于所需同步频率和所述本地振荡器的所述频率来计算第二计数器/计时器的设定，以响应来自所述USB主机控制器的消息，该消息包含关于所述所需同步频率的信息，所述USB装置配置所述USB装置的所述计数器/计时器，以在达到包括终点计数事件或超时事件的输出条件时，生成输出信号；以及

所述第二计数器/计时器被配置使得，当达到所述输出条件时，所述第二计数器/计时器基于关于所述本地振荡器的频率的更新信息而被重设成新的设定，并被再一次启动。

32.一种用于对连接到USB主机控制器的USB装置的本地时钟进行同步的方法，该方法包括：

所述主机控制器将多个信号传送到所述USB装置，其中所述多个信号构成了在所述USB主机控制器的时域中具有已知时间的时钟载波信号；

由所述USB装置监测USB流量，并从所述流量中解码包含关于所分布的时钟频率和相位的信息的所述多个信号，并输出解码后的载波信号；

测量在所述本地时钟的时域中所述解码后的载波信号的接收之间的时间间隔，以提供关于所述USB主机控制器的时域的信息；

相对于所述多个解码后的载波信号，确定所述本地时钟的相位；

所述USB主机控制器将实质上所有所述时钟载波信号的各自的已知时间传送给所述USB装置；

所述USB主机控制器将指示所述所需同步频率和相位的消息传送给所述USB装置；以及

控制所述本地时钟的频率和相位，以使得所述本地时钟被调谐并与所述USB主机控制器的时间概念同相。

33.根据权利要求32所述的方法，其中所述多个信号是周期性的。

34.根据权利要求32所述的方法，其中所述周期信号是USB帧起始(SOF)信号。

35.根据权利要求34所述的方法，该方法包括在与所述多个信号同一数据包中将所述各自的已知时间传送给所述USB装置。

36.根据权利要求32-35中任一项权利要求所述的方法，该方法包括在协调世界时(UTC)的一秒边界附近、或在全球定位系统(GPS)时间的一秒边界附近，传送所述多个载波信号。

37.根据权利要求32-36中任一项权利要求所述的方法，其中所述本地时钟包括锁相环路(PLL)体系结构或压控晶体振荡器(VCXO)。

38.根据权利要求32-37中任一项权利要求所述的方法，该方法包括通过现场可编程门阵列装置来生成所述本地时钟。

39.根据权利要求32-36中任一项权利要求所述的方法，该方法包括通过可编程逻辑装置来生成所述本地时钟。

40.根据权利要求32-36中任一项权利要求所述的方法，其中所述计数器/计时器包括可编程预定标器和可编程计数器功能，且所述计数器/计时器由所述本地振荡器进行时钟驱动。

41.根据权利要求40所述的方法，其中所述可编程计数器/计时器还包括用于使输入本地振荡器的相位偏移的机构。

42.根据权利要求40或41所述的方法，其中所述计数器/计时器是微控制器的一部分。

43.一种用于对USB装置的本地时钟与连接到所述USB装置的USB主机控制器的时域进行同步的方法，所述USB装置具有本地振荡器并包含计数器/计时器功能，该方法包括：

所述主机控制器将多个信号传送给所述USB装置，其中所述多个信号构成了所述USB主机控制器的时域中具有已知频率的时钟载波信号；

利用所述USB装置来监测USB流量，并从所述USB流量中解码包含关于所分布的时钟频率和相位的信息的所述多个信号，并从所述多个信号中生成解码后的载波信号；

利用第一计数器/计时器功能测量所述本地振荡器的时域中所述解码后的载波信号的接收之间的时间间隔，并根据该时间间隔，相对于已知载波信号时间间隔，确定所述本地振荡器的频率；

相对于所述多个解码后的载波信号，确定所述本地振荡器的相位；

所述USB主机控制器将消息传送给所述USB装置，所述消息包含关于所需本地时钟频率的信息；

使用所需本地时钟频率和相位以及所述本地振荡器的所述频率和相位，计算第二计数器/计时器功能的设定；

将所述第二计数器/计时器功能配置成在所述USB装置的时域中的预计时间处，生成本地时钟跃迁信号；

其中所述第二计数器/计时器功能由所述本地振荡器进行时钟驱动；以及

所述本地时钟跃迁信号对所述本地时钟输出进行切换。

44.根据权利要求43所述的方法，其中所述本地振荡器是自由运行的。

45.根据权利要求44所述的方法，该方法包括在与所述多个信号同一数据包中将所述多个信号中的各个信号的已知时间传送给所述USB装置。

46.根据权利要求45所述的方法，其中来自所述第一计时器/计数器的读数的时间序列包含关于所述本地振荡器在每个所述解码后的载波信号的接收时间处的相位的信息。

47.根据权利要求46所述的方法，其中配置所述第二计时器/计数器包括设定起始值，该起始值表示在下一个所需本地时钟跃迁之前的若干所述本地振荡器周期。

48.根据权利要求47所述的方法，该方法包括在计数器功能的情况下，在所述第二计时器/计数器达到终点计数时，生成所述本地时钟跃迁信号。

49.根据权利要求47所述的方法，该方法包括在计时器功能的情况下，在所述第二计时器/计数器达到超时条件时，生成所述本地时钟跃迁信号。

50.根据权利要求43-49中任一项权利要求所述的方法，该方法包括重复进行对本地振荡器频率和相位的所述测量。

51.根据权利要求50所述的方法，该方法包括统计分析对本地振荡器频率和相位的所述重复测量，并由此增加所述测量的准确性。

52.根据权利要求50或51所述的方法，该方法包括连续更新所述第二计数器/计时器的配置，以保持所述本地时钟信号的同步。

53.根据权利要求43-52中任一项权利要求所述的方法，其中所述第一计数器/计时器功能被包含在微控制器中。

54.根据权利要求43-52中任一项权利要求所述的方法，其中所述第一计数器/计时器功能被包含在现场可编程门阵列装置中。

55.根据权利要求43-52中任一项权利要求所述的方法，其中所述第一计数器/计时器功能被包含在可编程逻辑装置中。

56.根据权利要求43-55中任一项权利要求所述的方法，该方法包括读取所述第一计数器/计时器，然后在接收到所述解码后的载波信号时，重设所述第一计数器/计时器。

57.根据权利要求43-56中任一项权利要求所述的方法，其中所述多个信号是周期性的。

58.根据权利要求57所述的方法，其中所述多个信号是USB帧起始(SOF)信号。

59.根据权利要求43-56中任一项权利要求所述的方法，其中所述多个信号是非周期性的，且该方法包括在所述USB主机控制器的时域中的已知时间处生成所述信号。

60.根据权利要求59所述的方法，该方法包括在USB帧起始(SOF)信号附近传送所述多个信号。

61.根据权利要求43-60中任一项权利要求所述的方法，该方法包括在协调世界时(UTC)的一秒边界附近、或在全球定位系统(GPS)时间的一秒边界附近，传送所述多个载波信号。

62.一种用于确定具有本地振荡器并连接到通信总线的装置的本地振荡器的频率和相位的方法，该方法包括：

所述装置监控所述通信总线的总线流量，并从所述总线流量中解码由连接到所述总线的多个其他装置中的至少一个装置生成的多个时间载波信号；

所述装置测量在所述本地振荡器的时域中所述解码后的载波信号的接收之间的时间间隔，以相对于已知载波信号时间间隔，提供关于所述本地振荡器的频率的信息；以及

相对于所述多个解码后的载波信号，确定所述本地振荡器的相位。

63.根据权利要求62所述的方法，其中所述多个载波信号在各个第二装置的时域中被加有时间戳。

64.根据权利要求62所述的方法，其中所述多个载波信号是非周期性的。

65.根据权利要求63或64所述的方法，其中所述被加有时间戳的载波信号的接收之间的所述多个时间间隔提供了在各个其他装置的时域中对所述本地振荡器的频率的多个测量。

66.根据权利要求65所述的方法，其中所述时间间隔的时间序列指示了在接收每个所述解码后的载波信号时的所述本地振荡器的相位。

67.根据权利要求65所述的方法，其中所述时间间隔的时间序列指示了在各个其他装置的时域中根据所述本地振荡器的时间演变。

68.根据权利要求65所述的方法，该方法还包括统计分析在各个其他装置的时域中的所述多个测量，以提高所述确定所述本地振荡器的频率的准确性。

69.根据权利要求62-68中任一项权利要求所述的方法，其中测量在所述本地振荡器的时域中所述解码后的载波信号的接收之间的时间间隔包括对所述本地振荡器在由所述加有时间戳的载波信号的接收所围成的窗口内的跃迁数目进行计数。

70.根据权利要求62-69中任一项权利要求所述的方法，其中所述其他装置中的一个装置为总线主装置。

71.根据权利要求62-69中任一项权利要求所述的方法，其中所述其他装置是同级装置。

72.一种用于预测第一自由运行的时钟在多个第二时钟的至少一者的时域中的某些未来时间处的时间的方法，该方法包括：

读取数据组，该数据组包含在所述多个第二时钟的至少一者的时域中对所述第一时钟的本地时间的多个测量；

计算所述第一时钟的时域与所述多个第二时域中的每个第二时域之间的关系；

提前推断在所述第一时钟的时域与所述多个第二时域中的至少一者之间的关系；以及

基于所述多个时域之间的关系，确定所述第一时钟在某些未来时间处的本地时间。

73.根据权利要求72所述的方法，该方法包括利用对所述多个时域之间的多个关系的统计分析，改善对所述第一时钟的所述本地时间的确定。

74.根据权利要求72所述的方法，其中所述推断包括线性、多项式、指数推断技术或者其结合。

75.根据权利要求72所述的方法，其中所述推断包括卡尔曼或G-H滤波技术。

76.一种用于预测多个自由运行的时钟在多个参考时钟的至少一者的时域中的某些未来时间处的时间的方法，该方法包括：

读取数据组，该数据组包含在所述多个参考时钟的至少一者的时域中对所述多个自由运行的时钟的本地时间的多个测量；

计算每个所述自由运行的时钟的时域与所述多个参考时域中的每个参考时域之间的关系；

提前推断在每个所述自由运行的时钟的时域与所述多个参考时域中的至少一个参考时域之间的关系；以及

基于所述多个时域之间的多个关系，确定每个所述自由运行的时钟在某些未来时间处的本地时间。

77.根据权利要求76所述的方法，该方法包括通过对所述多个时域之间的所述多个关系的统计分析，改善对所述自由运行的时钟的所述本地时间的确定。

78.根据权利要求76所述的方法，其中所述推断包括线性、多项式、指数推断技术或者其结合。

79.根据权利要求76所述的方法，其中所述推断包括卡尔曼或G-H滤波技术。

80.一种用于控制由本地振荡器计时的事件的方法，该方法包括：

接收指示第一时间的数据，在该第一时间处，所述事件将在所述本地振荡器的时域中生成；

从所述本地振荡器生成时钟信号；

利用指示当前时间与所述第一时间之间的时间间隔的数据来重设和配置计数器/计时器功能；

一旦在计数器功能的情况下达到终点计数、或在计时器功能的情况下达到超时，生成所述事件；

通过所述本地振荡器对所述计数器/计时器进行时钟驱动。

81.根据权利要求80所述的方法，其中所述时钟信号与所述本地振荡器同频和同相。

82.根据权利要求80所述的方法，其中所述时钟信号是所述本地振荡器的频率的多倍并与所述本地振荡器同相，其中所述时钟信号提供比所述本地振荡器更高的时钟驱动分辨率。

83.根据权利要求80-82中任一项权利要求所述的方法，其中所述本地振荡器是自由运行的。

84.根据权利要求80-82中任一项权利要求所述的方法，其中所述本地振荡器是压控晶体振荡器(VCXO)或锁相环路(PLL)，并被锁定到所需频率。

85.一种用于从本地振荡器生成本地时钟信号的方法，该方法包括：

i)接收指示第一时间的数据，在该第一时间处，所述本地时钟的跃迁将在所述本地振荡器的时域中生成；

ii)从所述本地振荡器生成时钟信号；

iii)利用指示当前时间与所述第一时间之间的时间间隔的数据来重设和配置计数器/计时器功能；

iv)在计数器功能的情况下达到终点计数事件、或在计时器功能的情况下达到超时事件时，生成所述本地时钟的所述跃迁；

v)通过所述本地时钟来对所述计数器/计时器进行时钟驱动；以及

vi)在一次或多次生成所述本地时钟的所述跃迁时，重复步骤i)至v)。

86.根据权利要求85所述的方法，其中所述时钟信号与所述本地振荡器同频和同相。

87.根据权利要求85所述的方法，其中所述时钟信号是所述本地振荡器的频率的多倍并与所述本地振荡器同相，其中所述时钟信号提供比所述本地振荡器更高的时钟驱动分辨率。

88.根据权利要求85-87中任一项权利要求所述的方法，其中所述本地振荡器是自由运行的。

89.根据权利要求85-87中任一项权利要求所述的方法，其中所述本地振荡器是压控晶体振荡器(VCXO)或锁相环路(PLL)，并被锁定到所需频率。

90.根据权利要求85-89中任一项权利要求所述的方法，该方法包括在某些设定之间调节所述计数器/计时器的配置、或使所述计数器/计时器的配置在某些设定之间摇摆，以提供对所述本地时钟信号的频率和相位的更精细控制。

91.一种用于对连接到公共通信总线的多个非同步装置所获取的数据进行同步的方法，该方法包括：

确定所述多个装置的非同步时域之间的映射，包括：

根据权利要求62-71中任一项权利要求所述的方法来确定每个所述装置的本地振荡器的频率和相位；以及

根据权利要求72-79中任一项权利要求所述的方法来预测所述本地振荡器在多个第二本地振荡器中的至少一个第二本地振荡器的时域中的某些未来时间处的时间；

对在每个各自装置的时域中所获取的所述数据加时间戳；

将所述加有时间戳的数据传送给中央单元；以及

在公共时域中对来自所述多个装置的所述数据进行时间对准。

92.一种用于对连接到USB的多个非同步USB装置所获取的数据进行同步的方法，每个所述USB装置具有自由运行的本地振荡器，该方法包括：

所述多个USB装置监控所述USB流量，并从所述USB解码由USB主机控制器生成的多个时间载波信号；

所述多个USB装置测量在所述本地振荡器的时域中所述解码后的载波信号的接收之间的时间间隔，以相对于已知载波信号时间间隔，提供关于所述本地振荡器的频率的信息；以及

相对于所述多个解码后的载波信号，确定所述各个USB装置中的每个USB装置的所述本地振荡器的相位；

所述多个USB装置获取数据，其中数据获取由所述各个自由运行的本地振荡器进行时钟驱动；

对在每个各自USB装置的时域中获取的所述数据加时间戳；

将所述加有时间戳的数据传送给中央单元；以及

在公共时域中对来自所述多个装置的所述数据进行时间对准。

93.一种用于将一个或多个装置的本地振荡器同步到源自总线的时基的系统，该系统包括：

测量级，该测量级适于相对于所述源自总线的时基来表征所述本地振荡器；

预测级，该预测级适于确定每个所述本地振荡器中的时间演变；以及

控制级，该控制级适于通过所述各个本地振荡器，生成所述各个装置中的每个装置的本地同步时钟信号。

94.根据权利要求93所述的系统，其中：

所述测量级适于执行权利要求62-71中任一项权利要求所述的方法；

所述预测级适于执行权利要求72-79中任一项权利要求所述的方法；以及

所述控制级适于执行权利要求80-90中任一项权利要求所述的方法。

95.根据权利要求94所述的系统，其中所述预测级包括位于中央的计算机构，且所述系统适于向每个所述装置传送指示所述第一时间的数据。

96.根据权利要求94所述的系统，其中多个所述计算机构位于所述各个装置的每个装置内，其中指示所述第一时间的数据在每个所述装置本地被计算。

97.一种用于同步经由通信总线而被连接的多个装置的方法，每个所述装置具有本地振荡器，该方法包括：

指定从所述多个装置中选择的第一计时装置或主计时装置；

所述主计时装置将多个时钟载波信号传送给多个第二装置中的每个第二装置；

所述多个第二装置中的每个第二装置根据权利要求62-71中任一项权利要求所述的方法，相对于所述主计时装置的时域，确定所述每个第二装置各自的本地振荡器的频率和相位；

根据权利要求72-79中任一项权利要求所述的方法，在所述主计时装置的时域中预测多个其他装置中的每个其他装置中的时间演变；以及

根据权利要求80-90中任一项权利要求所述的方法，利用所述主计时装置的时间概念来同步所述多个装置中的每个装置的本地时钟。

98.根据权利要求97所述的方法，该方法包括集中计算指示所述第一时间的数据，并将该数据传送给每个所述装置。

99.根据权利要求97所述的方法，该方法包括在每个所述装置本地计算指示所述第一时间的数据。

100.根据权利要求97-99中任一项权利要求所述的方法，其中所述时钟载波信号是周期性的。

101.根据权利要求97-98中任一项权利要求所述的方法，其中所述时钟载波信号是非周期性的且被加有时间戳或在所述主计时装置的时域中的已知时间处被传送。

102.一种用于同步经由多个互连通信总线而被连接的多个装置的方法，每个所述装置具有本地振荡器，该方法包括：

指定从所述多个装置中选择的用于每个总线互连的主计时装置；

所述多个主计时装置将多个时钟载波信号传送给所述多个其他装置中的每个其他装置；

所述多个其他装置中的每个其他装置根据权利要求62-71中任一项权利要求所述的方法，相对于所述主计时装置的时域，确定所述每个其他装置各自的本地振荡器的频率和相位；以及

根据权利要求72-79中任一项权利要求所述的方法，预测在所述主计时装置的时域中所述多个其他装置中的每个其他装置的时间演变；以及

根据权利要求80-90中任一项权利要求所述的方法，利用所述主计时装置的时间概念来同步所述多个装置中的每个装置的所述本地时钟。

103.根据权利要求102所述的方法，其中跨接多个互连通信总线的所述多个装置中的每个装置的所述时间演变以任意精度被已知，并且时钟载波信号频率的准确度以较低程度被已知。

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