CN103092067B - 基于数字逻辑的时间授时方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于数字逻辑的时间授时方法及系统，其方法包括如下步骤：S1、接收首次要求授时输出的请求信息；S2、获取特定时间格式的当前秒值，并将所述当前秒值换算成对应的GPS周值及GPS周内秒值；S3、感测秒脉冲，并在每接收到一个秒脉冲后，更新所述时间信息中的GPS周值及GPS周内秒值并保存；S4、输出当前被保存的时间信号。本发明可以较低的成本实现时间信号的实时输出。

Description

基于数字逻辑的时间授时方法及系统

技术领域

本发明涉及电信传输网、或工业控制、或以太网领域的时间同步技术，具体涉及一种基于数字逻辑的时间授时方法及系统。

背景技术

随着移动通信技术的发展，无线回传网中时间同步的精度要求越来越高。在传统技术中，无线回传网中每个站采用全球定位系统（GlobalPositioningSystem,GPS）进行时间的同步。然而，由于GPS天线存在部署、安装困难、易被雷击等因素，导致GPS装置故障率高并且维护困难，另外，GPS装置成本也较高，难以适应当前的应用需求。

IEEE1588精确时间同步协议（PrecisionTimeSynchronizationProtocol,PTP）正是为了应对上述困难而产生的。该标准可通过以太网分发传递亚微秒级的时间，以代替GPS的使用。由于传统的时间设备需要GPS格式的授时信息，因此需要由PTP同步设备在同步后输出GPS格式的授时信息，以实现与传统时间设备对接。

现有技术中，无论是将哪种格式的时间转换成GPS时间格式后，其授时原理大致为：时间通过某种方式（比如石英晶振、铷原子钟等）以亚秒级精度（如纳秒级别）计量，当时间计量到亚秒向秒进位的时刻，也就是整秒的时刻，产生秒脉冲，在产生秒脉冲的那一刻，记录当时的时间信息，并将此时间信息转换为“GPS秒”，再通过特定的转换公式将其转换成“GPS周”和“GPS周内秒”，最后将“GPS周”和“GPS周内秒”通过“ToD（TimeofDay）信号线”输出。例如，对于PTP同步设备，由于PTP时间使用的是国际原子时（TAI），而GPS时间采用的是自有的时间格式，GPS和TAI时间的转换关系如下（以下简称“GPS转换公式”）：

“GPS秒”=“PTP秒”-315964819；“GPS周内秒”=“GPS秒”%604800；

“GPS周”=（“GPS秒”-“GPS周内秒”）/604800。

然而，对于数字逻辑来说，一般很难实现非二进制的除法，因而上述授时技术需要通过非常大的数字逻辑除法器，其逻辑开销非常大，成本高。

因此，为了减小成本，现有技术中包括另外一种时间授时技术，其具体为：在得到“GPS秒”之后，通过减法和加法的组合逻辑，得到“GPS周”和“GPS周内秒”，其具体为：

步骤一：将“GPS秒”赋值给临时“变量X”；设置“GPS周”为0；

步骤二：若“变量X”小于604800，将“变量X”赋值给“GPS周内秒”；否则，将“变量X”减去604800，得到的结果赋值给“变量X”，“GPS周”自增一次，自增步进为“1”，然后不断重复本步骤二。

然而，在此现有技术中，该方法无法立即生成时间结果，其逻辑需要作多次“加减”操作后，才能得到实际时间结果，如此大的延迟是不能接收的。

因此，有鉴于上述情况，非常有必要提供一种新的基于数字逻辑的时间授时方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于数字逻辑的时间授时方法，以较低的成本实现时间信号的实时输出。

相应地，本发明的目的还在于提供一种基于数字逻辑的时间授时系统。

为实现上述发明目的之一，本发明提供了一种基于数字逻辑的时间授时方法，其包括如下步骤：

S1、接收首次要求授时输出的请求信息；

S2、获取特定时间格式的当前秒值，并将所述当前秒值换算成对应的GPS周值及GPS周内秒值；

S3、感测秒脉冲，并在每接收到一个秒脉冲后，更新时间信息中的GPS周值及GPS周内秒值并保存；

S4、输出当前被保存的时间信号。

作为本发明的进一步改进，所述特定时间格式包括采用国际原子时的PTP时间。

作为本发明的进一步改进，所述步骤S3具体包括：在每接收到一个秒脉冲后，将当前GPS周内秒值加一；若GPS周内秒值等于604800，则设置GPS周内秒值为0，并将GPS周值相应加一。

此外，为实现上述另一发明目的，本发明提供了一种基于数字逻辑的时间授时系统，其包括：

获取单元、用于在首次要求授时输出的请求后，获取特定时间格式的当前秒值，并将所述当前秒值换算成对应的GPS周值及GPS周内秒值；

更新单元、用于在每接收到一个秒脉冲后，更新时间信息中的GPS周值及GPS周内秒值并保存；以及

输出单元、用于输出当前被保存的时间信号。

作为本发明的进一步改进，所述特定时间格式包括采用国际原子时的PTP时间。

作为本发明的进一步改进，所述更新单元具体用于：在每接收到一个秒脉冲后，将当前GPS周内秒值加一；若GPS周内秒值等于604800，则设置GPS周内秒值为0，并将GPS周值相应加一。

作为本发明的进一步改进，该系统的实现基于用于配置该数字逻辑的配置软件、或者配置该数字逻辑的数字信号处理器、或者该数字逻辑本身。

根据以上技术方案可以看出，本发明通过在第一次授时请求发出后，提取当前时刻的时间信息，并将其转换成“GPS周”和“GPS周内秒”，后续以该时间点的“GPS周”和“GPS周内秒”的数值作为“标杆”，在每来到一个秒脉冲后，实时更新相应的“GPS周”和“GPS周内秒”的数值，其逻辑简单，并且每次更新时间信息均可在极短的时间内完成，从而实现了低成本、快速输出实时时间信号的时间授时机制。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施例或现有技术的技术方案，下面将对本发明具体实施例或现有描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下述附图仅为本发明的一部分附图，对于本领域普通技术人员而言，在不作出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明一实施方式中基于数字逻辑的时间授时方法的流程图；

图2是图1所示的方法中步骤S3的具体步骤流程图；

图3是本发明一实施方式中基于数字逻辑的时间授时系统的单元示意图。

具体实施方式

以下将结合附图以PTP时间到GPS时间格式的转换为例对本发明进行详细描述。但本发明并不局限于从PTP时间到GPS时间格式的转换需求上，基于本发明的具体实施例，本领域的普通技术人员在未作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，均应包含在本发明的保护范围内。

请参图1所示，在本发明一实施方式中，基于数字逻辑的时间授时方法的实现者包括但不限于：用于配置该数字逻辑模块的配置软件、或者配置该数字逻辑模块的数字信号处理器（DSP）、或者该数字逻辑模块本身。

具体地，该方法包括如下步骤：

S1、接收首次要求授时输出的请求信息；所示请求信息为对应于第一次ToD（TimeofDay）授时信息输出的请求。

S2、获取的当前时刻的“PTP秒值”，并将所述当前秒值换算成对应的“GPS周值”及“GPS周内秒值”；此步骤中获取得到的是时间“初始值”抑称之为“标杆”，后续的处理基于这个“标杆”，对于PTP时间，则这个时间信息是48位宽的秒，表示的时间是国际原子时（InternationalAtomicTime,TAI）起始点到当前时间所经历的秒数，称作“PTP秒”。值得一提的是，本实施例获取的是PTP格式的时间信息，但在其他实施方式中，还可包括其他格式的时间信息。

下面列举了获取上述“初始值”的三种方案。

实施例一：

概述：在实现了本发明方法所述的ToD授时硬件数字逻辑（以下简称“数字逻辑”）准备输出授时信息的时候，使用通用中央处理器单元（CPU）上运行的，用于配置的驱动软件（以下简称“软件”），读取“数字逻辑”中当前时刻的“PTP秒”信息，在软件中通过“GPS转换公式”计算出“PTP秒”对应的“GPS周”和“GPS周内秒”（软件计算除法代价可以忽略不计），将其作为“标杆”，配置到“数字逻辑”中。

具体地，其获取“初始值”的步骤包括：

步骤一：“软件”通过配置，将“数字逻辑”切换到ToD授时“输出准备模式”；

步骤二：“数字逻辑”在进入“输出准备模式”后的第一个“秒”跳变的时刻，通过某种通用的技术（比如“中断”）通知到CPU，“数字逻辑”记录当前时刻的“PTP秒”；

步骤三：CPU收到中断信号后，将该中断请求分发给“软件”；

步骤四：“软件”通过CPU和“数字逻辑”的配置接口，读取“数字逻辑”中记录的“PTP秒”；

步骤五：“软件”将读取的“PTP秒”通过“GPS转换公式”转换成“GPS周”和“GPS周内秒”；其中，GPS转换公式为：

“GPS秒”=“PTP秒”-315964819；“GPS周内秒”=“GPS秒”%604800；

“GPS周”=（“GPS秒”-“GPS周内秒”）/604800。

步骤六：“软件”将“GPS周”和“GPS周内秒”配置到“数字逻辑”的寄存器中；

步骤七：“软件”将“数字逻辑”切换到“正常输出模式”。

值得注意的是，从进入“输出准备模式”开始上述处理，到“数字逻辑”切换到“正常输出模式”，必须小于1秒。

实施例二：

概述：在实现了本发明方法所述的ToD授时硬件数字逻辑（以下简称“数字逻辑”）准备输出授时信息的时候，使用与本“数字逻辑”直接连接的数字信号处理器（DSP）直接读取“数字逻辑”中当前时刻的“PTP秒”信息，由DSP完成使用“GPS转换公式”计算出“PTP秒”对应的“GPS周”和“GPS周内秒”的过程（DSP完成这个过程的时间很短，远小于1秒），将其作为“标杆”，配置到“数字逻辑”中。

具体地，其获取“初始值”的步骤包括：

步骤一：“软件”通过配置，将“数字逻辑”切换到ToD（）授时“输出准备模式”；

步骤二：“数字逻辑”在进入“输出准备模式”后的第一个“秒”跳变的时刻，通过某种专用信号通知到DSP，记录当前时刻的“PTP秒”通知到DSP；

步骤三：DSP将“PTP秒”通过“GPS转换公式”转换成“GPS周”和“GPS周内秒”；

步骤四：DSP将“GPS周”和“GPS周内秒”配置到“数字逻辑”的寄存器中；

步骤五：DSP将“数字逻辑”切换到“正常输出模式”。

实施例三：

概述：在实现了本发明方法所述的ToD授时硬件数字逻辑（以下简称“数字逻辑”）准备输出授时信息的时候，使用“现有技术二”将“PTP秒”信息转换成“PTP秒”对应的“GPS周”和“GPS周内秒”，将其作为“标杆”。

具体地，其获取“初始值”的步骤包括：

步骤一：“软件”通过配置，将“数字逻辑”切换到ToD授时“输出准备模式”；

步骤二：“使用“现有技术二”将“PTP秒”信息转换成“PTP秒”对应的“GPS周”和“GPS周内秒”；

步骤三：“数字逻辑”自行切换到“正常输出模式”。

配合参照图1、图2所示，在获取得到上述“初始值”时间信息后，便可执行“正常输出模式”的动作，其具体包括如下步骤：

S3、感测秒脉冲，并在每接收到一个秒脉冲后，更新所述时间信息中的GPS周值及GPS周内秒值并将上述信息保存在一寄存器中；

1PPS(1pulsepersecond)+ToD(TimeofDay)接口授时概念（以下简称“ToD授时方法”）：授时信号通过1PPS+ToD接口分发；授时接口有两根信号线，其中一根传送秒脉冲（1PPS）信号（简称“1PPS信号线”），秒脉冲信号产生的条件是时间的“秒”发生跳变的时刻（通俗的讲就是手表上的一个“嘀嗒”）；另一根传送的是秒脉冲那一刻对应的时间信息（简称“ToD信号线”），比如2000年1月1日22时23分18秒。其中，时间通过某种方式（比如石英晶振、铷原子钟等）以亚秒级精度（如纳秒级别）计量，当时间计量到亚秒向秒进位的时刻，也就是整秒的时刻，产生秒脉冲。

具体地，所述步骤S3具体包括：

在每接收到一个秒脉冲后，将当前“GPS周内秒值”加一；

因为一周时间等于404800秒，所以，若“GPS周内秒值”等于604800，则设置“GPS周内秒值”为0，并将“GPS周值”相应加一。

S4、输出当前被保存的时间信号，即将保存的“GPS周内秒”和“GPS周”通过ToD信号线发送出去。其中，输出时间信号的时刻可以是每发生一次“秒”得跳跃，即相应输出一次；当然也可根据需要设定任意时刻的时间信号的输出。

接下来，请参照图3所示，基于数字逻辑的时间授时系统，该系统的实现基于用于配置该数字逻辑的配置软件、或者配置该数字逻辑的数字信号处理器、或者该数字逻辑本身。该系统包括如下单元：

获取单元10、用于在首次要求授时输出的请求后，获取特定时间格式的当前秒值，并将所述当前秒值换算成对应的GPS周值及GPS周内秒值；其中，特定时间格式包括采用国际原子时的PTP时间。

更新单元20、用于在每接收到一个秒脉冲后，更新所述时间信息中的GPS周值及GPS周内秒值并保存；

其中，更新单元20具体用于：

在每接收到一个秒脉冲后，将当前GPS周内秒值加一；

若“GPS周内秒值”等于604800，则设置“GPS周内秒值”为0，并将“GPS周值”相应加一。以及

输出单元30、用于输出当前被保存的时间信号。

需要指明的是，本文所描述的有关时间授时系统的实施例中的具体技术特征、功能及效果请参文中所描述的有关时间授时方法的实施例，在此，申请人不再予以赘述。

综上所述，本发明通过在第一次授时请求发出后，提取当前时刻的时间信息，并将其转换成“GPS周”和“GPS周内秒”，后续以该时间点的“GPS周”和“GPS周内秒”的数值作为“标杆”，在每来到一个秒脉冲后，实时更新相应的“GPS周”和“GPS周内秒”的数值，其逻辑简单，规避了复杂的逻辑计算，并且每次更新时间信息均可在极短的时间内完成，从而实现了低成本、快速输出实时时间信号的时间授时机制。值得一提的是，本发明的技术方案不限于由PTP时间到GPS时间格式的转换需求上。

通过以上的实施方式的描述可知，本领域的技术人员可以清楚地了解到本申请可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行本申请各个实施方式或者实施方式的某些部分所述的方法。

以上所描述的装置实施方式仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施方式方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施方式中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于数字逻辑的时间授时方法，其特征在于，其包括如下步骤：

S1、接收首次要求授时输出的请求信息；

S2、获取特定时间格式的当前秒值，并将所述当前秒值换算成对应的GPS周值及GPS周内秒值；

S3、感测秒脉冲，并在每接收到一个秒脉冲后，更新时间信息中的GPS周值及GPS周内秒值并保存；

S4、输出当前被保存的时间信号。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述特定时间格式包括采用国际原子时的PTP时间。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S3具体包括：

在每接收到一个秒脉冲后，将当前GPS周内秒值加一；

若GPS周内秒值等于604800，则设置GPS周内秒值为0，并将GPS周值相应加一。

4.一种基于数字逻辑的时间授时系统，其特征在于，其包括如下单元：

获取单元、用于在首次要求授时输出的请求后，获取特定时间格式的当前秒值，并将所述当前秒值换算成对应的GPS周值及GPS周内秒值；

更新单元、用于在每接收到一个秒脉冲后，更新时间信息中的GPS周值及GPS周内秒值并保存；以及

输出单元、用于输出当前被保存的时间信号。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述特定时间格式包括采用国际原子时的PTP时间。

6.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述更新单元具体用于：

在每接收到一个秒脉冲后，将当前GPS周内秒值加一；

若GPS周内秒值等于604800，则设置GPS周内秒值为0，并将GPS周值相应加一。

7.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，该系统的实现基于用于配置该数字逻辑的配置软件、或者配置该数字逻辑的数字信号处理器、或者该数字逻辑本身。