CN102571318A - 一种时钟恢复的方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种时钟恢复的方法及装置,包括:对业务数据进行相位检测,得到相位检测结果,该相位检测结果包含相位偏移信息和超前滞后信息;根据相位偏移信息确定在基准时钟周期内需要加减的时钟脉冲数以及在基准时钟周期之间加减时钟脉冲时需要间隔的基准时钟周期数;生成基准时钟,按照在基准时钟周期内需要加减的时钟脉冲数和在基准时钟周期之间加减时钟脉冲时需要间隔的基准时钟周期数,根据超前滞后信息,对基准时钟进行加时钟脉冲或减时钟脉冲,得到业务恢复时钟。本发明一方面使恢复的业务时钟在接收数据流的抖动较小时输出比较平滑,另一方面保证在接收数据流的抖动较大时业务无误码。
Description
技术领域
本发明涉及微波通信技术领域,尤其涉及一种时钟恢复的方法及装置。
背景技术
微波通信技术已经问世半个多世纪,其与光纤、卫星通信一起被称为现代通信传输的三大支柱。微波通信是一种利用微波频率作载波携带信息,通过无线电波空间进行视距间的中继(接力)的通信方式。
数字微波通信设备按传输的容量可分为小容量的点对点设备和中大容量的节点设备。图1所示为传统的微波网,网内设备大部分是点对点设备,整个微波网络都是以接力的形式一站往一站传递用户数据,在主干道上很少有分支。图2所示为现代微波网,网络的边缘是小容量的点对点微波设备,各中心节点是大容量的节点设备,中心节点可以同时对接多路其他的微波设备,如图中节点E和节点H等。
目前,微波传输设备主要应用于2G/3G移动Backhaul(回程线路)承载网络,为移动运营商提供语音和数据业务的传输,随着移动无线网络技术的发展,微波传输也由传统的TDM(时分复用)业务传输逐步发展为现今的Hybrid(混合)业务传输,并最终向全Packet(分组)业务传输演进。
微波传输相对于其它的传输方式有着一定的特殊性,其受环境的影响比较明显,因而利用微波传输的业务会存在一定的速率不稳定性和抖动较大的特点,而在数据抖动性这个特点上,现今的Hybrid业务传输模式尤其明显,因此数据时钟恢复技术就显得尤为重要了。
数据时钟恢复技术在很多通信接口中都是不可或缺的。通常,在通信信道上传输的数据中往往包含着时钟信息,因此在通信末端就需要将时钟从数据中恢复出来,然后才能够恢复出数据。由于外界的干扰,各种通信接口上传输的数据总是会引入一定的抖动,因而需要一种技术来容忍这种抖动,正确地恢复数据,这就是数据时钟恢复技术。数据时钟恢复电路的好坏直接决定了恢复出的时钟数据的质量。
当前时钟数据恢复技术有多种,通常分高速数据时钟恢复和低速数据时钟恢复两种,高速数据的恢复常采用多相时钟与模拟数字混合电路实现,低速数据时钟恢复常采用高速时钟进行鉴相,并采用全数字电路实现。
E1业务的数据速率为2.048Mbps,因此其时钟数据恢复可以采用低速数据时钟恢复技术。如图3和图4为目前使用较多的两种高速数据时钟恢复方法,其基本原理都是利用大的FIFO来缓存高速数据通道过来的业务数据。不同点在于,图3所示的方法,利用两个时钟分频模块从高速时钟分出三个低速时钟,而这三个低速时钟中有一个时钟的频率等于需要得到的恢复时钟的理论频率,而另外两个的频率非常接近于需要得到的恢复时钟,一个比恢复时钟的频率略低,另一个比恢复时钟频率略高,当FIFO(先入先出)寄存器中的数据存在波动时,恢复时钟就会在这两个时钟中来回切换实现时钟恢复。图4所示的方法先利用了一个标准的恢复时钟,然后在这个恢复时钟上增加或抠掉四分之一个恢复时钟脉冲,实现时钟恢复。
如图5所示为目前使用比较多的一种典型的低速数据时钟恢复电路,鉴相模块对输入数据进行相位检测,根据其相位的超前和滞后相应地输出一个相位超前或滞后的信息,相位调节模块根据超前滞后信息来对基准时钟进行加减脉冲,得到恢复时钟,然后利用恢复时钟来锁存数据实现数据的恢复。图5所示的时钟恢复电路用于从输入的低速率数据中恢复出业务流,由于输入的数据的抖动非常小,该电路在鉴定输入与输出的相位差后,能直接将输出的相位调整为与输入相一致,跟随速度快,但是,这种数据时钟恢复技术的缺陷在于,时钟恢复不够灵活,允许的输入抖动容限值较小。
在现代微波技术方案下,实现E1等需要从高速率数据传输链路上恢复出低速率的业务流的业务,在传输与恢复上存在着如下限制:
微波网络上,业务在空中传输时比在传统的传输系统中传输的抖动更大,尤其是在开启ACM(自适应编码调制解调)切换时,业务抖动更为明显。而目前传统的数据时钟恢复方法允许的输入抖动容限值难以满足微波传输网中的E1等业务传输的需求。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种时钟恢复的方法及装置,实现对微波传输网中传输的业务的进行时钟恢复。
为解决上述技术问题,本发明的一种时钟恢复的方法,包括:
对业务数据进行相位检测,得到相位检测结果,该相位检测结果包含相位偏移信息和超前滞后信息;
根据相位偏移信息确定在基准时钟周期内需要加减的时钟脉冲数以及在基准时钟周期之间加减时钟脉冲时需要间隔的基准时钟周期数;
生成基准时钟,按照在基准时钟周期内需要加减的时钟脉冲数和在基准时钟周期之间加减时钟脉冲时需要间隔的基准时钟周期数,根据超前滞后信息,对基准时钟进行加时钟脉冲或减时钟脉冲,得到业务恢复时钟。
进一步地,对业务数据进行相位检测的步骤包括:
从业务数据中提取出净荷数据,滤除净荷数据的瞬时抖动,并进行缓存,对所缓存的净荷数据计算相位检测结果。
进一步地,滤除净荷数据的瞬时抖动的步骤包括:
配置计数器,在接收到业务数据时,计数器的计数值增加该业务数据的比特数,在缓存的净荷数据被输出时,该计数器的计数值减少输出的净荷数据的比特数;并采用该计数器的计数值,对对所缓存的净荷数据计算相位检测结果。
进一步地,相位偏移信息为分级结果,指示业务数据的相位偏移程度;
根据相位偏移信息确定在基准时钟周期内需要加减的时钟脉冲数以及在基准时钟周期之间加减时钟脉冲时需要间隔的基准时钟周期数的步骤包括:根据相位偏移信息的级别,从预先配置的对应关系信息中,确定的该级别对应的在基准时钟周期内需要加减的时钟脉冲数以及在基准时钟周期之间加减时钟脉冲时需要间隔的基准时钟周期数。
进一步地,当相位偏移信息为两级时,第一级和第二级对应的在基准时钟周期内需要加减的时钟脉冲数分别为1~2和3~10;对应的在基准时钟周期之间加减时钟脉冲时需要间隔的基准时钟周期数分别为100~150和600~640。
进一步地,对基准时钟进行加时钟脉冲或减时钟脉冲的步骤包括:
当超前滞后信息指示业务数据的相位超前时,按照在基准时钟周期内需要加减的时钟脉冲数和在基准时钟周期之间加减时钟脉冲时需要间隔的基准时钟周期数,对基准时钟加脉冲;
当超前滞后信息指示业务数据的相位滞后时,按照在基准时钟周期内需要加减的时钟脉冲数和在基准时钟周期之间加减时钟脉冲时需要间隔的基准时钟周期数,对基准时钟减脉冲。
进一步地,一种时钟恢复的装置,包括:相位检测单元、加减脉冲幅度控制单元、加减脉冲频度控制单元、分频单元和加减脉冲单元,其中:
相位检测单元,用于对业务数据进行相位检测,得到相位检测结果,该相位检测结果包含相位偏移信息和超前滞后信息;
加减脉冲幅度控制单元,用于根据相位偏移信息确定在基准时钟周期内需要加减的时钟脉冲数;
加减脉冲频度控制单元,用于根据相位偏移信息确定在基准时钟周期之间加减时钟脉冲时需要间隔的基准时钟周期数;
分频单元,用于生成基准时钟;
加减脉冲单元,用于按照在基准时钟周期内需要加减的时钟脉冲数和在基准时钟周期之间加减时钟脉冲时需要间隔的基准时钟周期数,根据超前滞后信息,对基准时钟进行加时钟脉冲或减时钟脉冲,得到业务恢复时钟。
进一步地,还包括:净荷提取单元、净荷传输去抖单元和净荷缓存单元,其中:
净荷提取单元,用于从业务数据中提取出净荷数据;
净荷传输去抖单元,用于滤除净荷数据的瞬时抖动;
净荷缓存单元,用于对净荷数据进行缓存;
相位检测单元对业务数据进行的相位检测为对所缓存的净荷数据计算相位检测结果。
进一步地,净荷传输去抖单元滤除净荷数据的瞬时抖动时,通过配置计数器,在净荷提取单元接收到业务数据时,计数器的计数值增加该业务数据的比特数,在净荷缓存单元中缓存的净荷数据被输出时,该计数器的计数值减少输出的净荷数据的比特数;
相位检测单元采用该计数器的计数值,对对所缓存的净荷数据计算相位检测结果。
进一步地,加减脉冲单元对基准时钟进行加时钟脉冲或减时钟脉冲时,当超前滞后信息指示业务数据的相位超前时,按照在基准时钟周期内需要加减的时钟脉冲数和在基准时钟周期之间加减时钟脉冲时需要间隔的基准时钟周期数,对基准时钟加脉冲;
当超前滞后信息指示业务数据的相位滞后时,按照在基准时钟周期内需要加减的时钟脉冲数和在基准时钟周期之间加减时钟脉冲时需要间隔的基准时钟周期数,对基准时钟减脉冲。
综上所述,本发明对参考时钟的调整分为多级,一方面使恢复的业务时钟在接收数据流的抖动较小时输出比较平滑,另一方面保证在接收数据流的抖动较大时业务无误码,从而减小高速通道中缓存的数据量,减小业务时延。
附图说明
图1是现有技术中的微波网主干道接力通信的结构示意图;
图2是现有技术中现代微波通信网多节点设备组网结构示意图;
图3是现有技术中在多时钟之间切换实现恢复时钟的原理示意图;
图4是现有技术中在标准时钟上抠取1/4脉冲实现时钟恢复的原理示意图;
图5是现有技术中典型的时钟恢复方法的原理示意图;
图6是本发明实施方式的方法所应用的E1业务的收发过程示意图;
图7是本发明实施方式的时钟恢复装置的示意图;
图8是本发明实施方式的时钟恢复方法的流程图。
具体实施方式
在图6所示的微波传输系统中包含:E1信号输入接口单元、码速调整单元、发送缓存单元、数据打包发送单元、数据接收解包单元、MAC包净荷缓存单元、时钟恢复单元、E1信号输出接口单元。数据处理流程为:在本端,E1信号经过输入接口单元的解码、码速调整单元的速率调整以及串并转换后组合成码速调整数据包,码速调整数据包经由调制解调板被发送到空中;在对端,调制解调板接收业务数据包传给接收解包单元,由接收解包单元解出的业务数据经去塞入、时钟恢复以及HDB3码的编码,转换为标准的E1业务。
本实施方式用于实现上述系统中的时钟恢复,时钟恢复的装置如图7所示,包括:净荷提取单元、净荷传输去抖单元、净荷缓存单元、相位检测单元、加减脉冲单元、加减脉冲频度控制单元、加减脉冲幅度控制单元、分频单元(如采用小数分配单元)和数据锁存单元,该装置的工作过程包括:
步骤A,净荷提取单元对业务数据进行去塞入操作,将MAC包净荷中的净荷数据提取出来,缓存至净荷缓存单元;
净荷提取单元在提取净荷后,通过净荷传输去抖单元滤除业务包传输过程中带来的瞬时抖动,将提取出来的净荷数据以一个较为均匀的速度写入到净荷缓存单元。
步骤B,相位检测单元根据净荷缓存单元的数据量计算业务数据的相位检测结果,相位检测结果包含相位偏移信息和超前滞后信息,并将相位偏移信息发送给加减脉冲频度控制单元和加减脉冲幅度控制单元,同时将超前滞后信息发送给加减脉冲单元;
相位检测单元可采用现有的任何的方式,根据缓存单元的数据量计算相位检测结果。
步骤C,小数分频单元从高速时钟分出一个基准时钟;
步骤D,加减脉冲单元根据相位偏移信息调整基准时钟得到业务恢复时钟;
步骤E,根据业务恢复时钟从数据锁存单元中恢复出业务数据。
下面以E1业务的时钟恢复为例说明本实施方式的方法,本实施方式不涉及到E1业务的正负极性数据通路的处理,这个处理过程由E1输出接口单元完成,针对E1业务的时钟恢复是从码速调整包去塞入后的E1净荷中恢复出E1时钟,如图8所示,包括:
步骤801:净荷提取单元对码速调整包进行去塞入操作,得到E1净荷数据;
步骤802,净荷传输去抖单元滤除瞬时抖动,净荷提取单元将E1净荷数据缓存到净荷缓存单元中;
在净荷提取单元和净荷缓存单元之间设置净荷传输去抖单元,主要是消除包传输过程中引入的较大的数据抖动。由于传输系统的TDM业务都是以数据包的形式在空中的高速数据链路中传输,这势必引入较大的数据抖动;另外,微波设备容易受到环境因素的影响而不断地切换工作模式,更改数据带宽,这使得业务的抖动更为明显。因此,可以引入一个数据消抖过程。
净荷传输去抖单元利用一个较低时钟速率的计数器(如3~5MHz),对净荷缓存单元中缓存的数据进行计数,净荷提取单元每收到一个数据包,计数器的计数值增加数据包的比特数,数据锁存单元每从净荷缓存单元读取一个数据,计数器减1,相位检测单元根据净荷传输去抖单元的计数值进行相位检测。
例如,业务数据在传输链路中以数据包的形式传输,传输链路上的数据传输速度为1Gbps,业务速率为2Mbps,因此在传输链路末端其接收业务数据的速率为非连续的1Gbps,而发送出去的是连续的2Mbps。当连续的一个数据包来到传输末端,相当于接收包缓存增加了1个包的数据,这就是个比较大的瞬时抖动了。为了消除这个瞬时抖动的影响,进行如下处理:
设定一个计数器计算净荷缓存单元接收的数据包的有效比特(bit)数量,该计数器工作在3MHZ的时钟下,如果每个数据包中包含300个bit的业务数据,那么接收一个包相当于数据包缓存瞬间多了300个bit,计数器以3MHZ的速率加300;每当净荷缓存单元输出端输出一个bit时,计数器以3MHZ的速率减去1,这样,该计数器的值既能反映出包缓存的数据比特数,又保证了其变化的平缓性,从而达到了消抖的目的。
步骤803,净荷传输去抖单元将净荷缓存单元中的业务数据量反馈给相位检测单元;
步骤804,相位检测单元根据净荷缓存单元的数据量计算相位检测结果,并将相位检测结果中的相位偏移信息发送给加减脉冲频度控制单元和加减脉冲幅度控制单元,将相位检测结果中的超前滞后信息发送给加减脉冲单元;
相位检测单元输出的相位偏移信息可以采用分级结果,若采用两级结果,则在相位检测单元中配置一个相位阈值,相位检测单元计算得到的相位差小于相位阈值时,输出的相位偏移信息为第一级,相位差大于相位偏移信息时,输出的相位偏移信息为第二级。
步骤805,加减脉冲幅度控制单元根据相位偏移信息确定每个基准时钟2.048MHZ的周期内需要加减的高频时钟脉冲数,并向加减脉冲单元输出基准时钟周期内的脉冲调整数;
加减脉冲幅度控制单元根据相位检测单元的分级结果,从预先配置的分级-时钟脉冲数的对应关系信息中,确定加减的高频时钟脉冲数,如相位检测单元输出的相位偏移信息为第一级,则确定加减1~2个高频时钟脉冲,输出的相位偏移信息为第二级,则确定加减3~10个高频时钟脉冲。
步骤806,加减脉冲频度控制单元根据相位偏移信息确定在基准时钟2.048MHZ周期之间加减脉冲时需要间隔的基准时钟的数量,即每隔多少个2.048MHZ周期需要进行1次加减脉冲操作,并向加减脉冲单元发送基准时钟间脉冲调整需要间隔的基准时钟的数量;
加减脉冲频度控制单元根据相位检测单元的分级结果,从预先配置的分级-基准时钟间隔数的对应关系信息中,确定需要间隔的基准时钟的数量,如相位检测单元输出的相位偏移信息为第一级,则间隔100~150周期调整一次,如128,输出的相位偏移信息为第二级,则间隔600~640个周期调整一次。
按照上述加减脉冲幅度控制单元和频度控制单元的输出结果,结合相位检测单元的超前滞后控制信息,以输出结果划分两级为例,可以得到时钟调节分为四级,分别为幅度一级频度一级超前调节,幅度一级频度一级滞后调节,幅度二级频度二级超前调节和幅度二级频度二级滞后调节。
当业务数据相位偏移的幅度较小时,幅度和频度的控制为一级,此时恢复出来的业务数据理想,抖动小,频偏也满足指标;业务数据的相位偏移幅度较大时,如天气比较恶劣或者ACM频繁切换的情况下造成数据抖动非常大,幅度和频度的控制为二级,可以保证业务不出现误码。
步骤807,小数分频单元利用Sigma-Delta算法实现小时分频电路,利用高频时钟分频得到2.048MHZ的基准时钟,将基准时钟输出到加减脉冲单元;
步骤808,加减脉冲单元根据相位检测单元的超前滞后信息、基准时钟周期内的脉冲调整数和基准时钟间脉冲调整需要间隔的基准时钟的数量,对基准时钟进行加减脉冲,得到业务恢复时钟。
当相位检测单元的超前滞后信息指示业务数据的相位超前时,需要适当减慢输出业务的频率,此时加减脉冲单元需要根据基准时钟周期内的脉冲调整数和基准时钟间脉冲调整需要间隔的基准时钟的数量加脉冲,可以通过Sigma-Delta算法在小数分频中将计数值减去几个分频单位实现。
当相位检测单元的超前滞后信息指示业务数据的相位滞后时,需要适当加快输出业务的频率,此时加减脉冲单元需要根据基准时钟周期内的脉冲调整数和基准时钟间脉冲调整需要间隔的基准时钟的数量减脉冲,可以通过在小数分频中将计数值加上几个分频单位可现。
完成时钟恢复后,利用业务恢复时钟恢复出业务数据,将恢复的业务数据锁存输出。
显然,本领域的技术人员应该明白,上述的本发明的各模块、各步骤可以用通用的计算装置来实现,它们可以集中在单个的计算装置上,或者分布在多个计算装置所组成的网络上,可选地,它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现,从而,可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行,或者将它们分别制作成各个集成电路模块,或者将它们的多个模块或者步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样,本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。
以上所述仅为本发明的实施例而已,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,所做的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种时钟恢复的方法,其特征在于,包括:
对业务数据进行相位检测,得到相位检测结果,该相位检测结果包含相位偏移信息和超前滞后信息;
根据所述相位偏移信息确定在基准时钟周期内需要加减的时钟脉冲数以及在基准时钟周期之间加减时钟脉冲时需要间隔的基准时钟周期数;
生成基准时钟,按照所述在基准时钟周期内需要加减的时钟脉冲数和在基准时钟周期之间加减时钟脉冲时需要间隔的基准时钟周期数,根据所述超前滞后信息,对所述基准时钟进行加时钟脉冲或减时钟脉冲,得到业务恢复时钟。
2.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述对业务数据进行相位检测的步骤包括:
从所述业务数据中提取出净荷数据,滤除所述净荷数据的瞬时抖动,并进行缓存,对所缓存的净荷数据计算相位检测结果。
3.如权利要求2所述的方法,其特征在于,所述滤除所述净荷数据的瞬时抖动的步骤包括:
配置计数器,在接收到所述业务数据时,所述计数器的计数值增加该业务数据的比特数,在所述缓存的净荷数据被输出时,该计数器的计数值减少输出的净荷数据的比特数;并采用该计数器的计数值,对对所缓存的净荷数据计算相位检测结果。
4.如权利要求1所述的方法,其特征在于:
所述相位偏移信息为分级结果,指示所述业务数据的相位偏移程度;
所述根据所述相位偏移信息确定在基准时钟周期内需要加减的时钟脉冲数以及在基准时钟周期之间加减时钟脉冲时需要间隔的基准时钟周期数的步骤包括:根据所述相位偏移信息的级别,从预先配置的对应关系信息中,确定的该级别对应的在基准时钟周期内需要加减的时钟脉冲数以及在基准时钟周期之间加减时钟脉冲时需要间隔的基准时钟周期数。
5.如权利要求4所述的方法,其特征在于:
当所述相位偏移信息为两级时,第一级和第二级对应的在基准时钟周期内需要加减的时钟脉冲数分别为1~2和3~10;对应的在基准时钟周期之间加减时钟脉冲时需要间隔的基准时钟周期数分别为100~150和600~640。
6.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述对所述基准时钟进行加时钟脉冲或减时钟脉冲的步骤包括:
当所述超前滞后信息指示所述业务数据的相位超前时,按照所述在基准时钟周期内需要加减的时钟脉冲数和在基准时钟周期之间加减时钟脉冲时需要间隔的基准时钟周期数,对所述基准时钟加脉冲;
当所述超前滞后信息指示所述业务数据的相位滞后时,按照所述在基准时钟周期内需要加减的时钟脉冲数和在基准时钟周期之间加减时钟脉冲时需要间隔的基准时钟周期数,对所述基准时钟减脉冲。
7.一种时钟恢复的装置,包括:相位检测单元、加减脉冲幅度控制单元、加减脉冲频度控制单元、分频单元和加减脉冲单元,其中:
所述相位检测单元,用于对业务数据进行相位检测,得到相位检测结果,该相位检测结果包含相位偏移信息和超前滞后信息;
所述加减脉冲幅度控制单元,用于根据所述相位偏移信息确定在基准时钟周期内需要加减的时钟脉冲数;
所述加减脉冲频度控制单元,用于根据所述相位偏移信息确定在基准时钟周期之间加减时钟脉冲时需要间隔的基准时钟周期数;
所述分频单元,用于生成基准时钟;
所述加减脉冲单元,用于按照所述在基准时钟周期内需要加减的时钟脉冲数和在基准时钟周期之间加减时钟脉冲时需要间隔的基准时钟周期数,根据所述超前滞后信息,对所述基准时钟进行加时钟脉冲或减时钟脉冲,得到业务恢复时钟。
8.如权利要求7所述的装置,其特征在于,还包括:净荷提取单元、净荷传输去抖单元和净荷缓存单元,其中:
所述净荷提取单元,用于从所述业务数据中提取出净荷数据;
所述净荷传输去抖单元,用于滤除所述净荷数据的瞬时抖动;
所述净荷缓存单元,用于对所述净荷数据进行缓存;
所述相位检测单元对业务数据进行的相位检测为对所缓存的净荷数据计算相位检测结果。
9.如权利要求8所述的装置,其特征在于:
所述净荷传输去抖单元滤除所述净荷数据的瞬时抖动时,通过配置计数器,在所述净荷提取单元接收到所述业务数据时,所述计数器的计数值增加该业务数据的比特数,在所述净荷缓存单元中缓存的净荷数据被输出时,该计数器的计数值减少输出的净荷数据的比特数;
所述相位检测单元采用该计数器的计数值,对对所缓存的净荷数据计算相位检测结果。
10.如权利要求7所述的装置,其特征在于:
所述加减脉冲单元对所述基准时钟进行加时钟脉冲或减时钟脉冲时,当所述超前滞后信息指示所述业务数据的相位超前时,按照所述在基准时钟周期内需要加减的时钟脉冲数和在基准时钟周期之间加减时钟脉冲时需要间隔的基准时钟周期数,对所述基准时钟加脉冲;
当所述超前滞后信息指示所述业务数据的相位滞后时,按照所述在基准时钟周期内需要加减的时钟脉冲数和在基准时钟周期之间加减时钟脉冲时需要间隔的基准时钟周期数,对所述基准时钟减脉冲。
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