CN103401672B - 时间同步装置、设备及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种时间同步装置、设备及系统，用以解决现有技术中无法对多种1PPS+TOD接口标准进行兼容时间同步的问题。分别从时间同步的主设备侧和从设备侧提出了一种时间同步装置；主设备侧的时间同步装置将PTP格式的时间信息转换成多种1PPS+TOD接口标准的TOD时间信息，并产生1PPS信号，将产生的1PPS信号和每种TOD时间信息发送给从设备；从设备侧的时间同步装置根据多种1PPS+TOD接口标准，从主设备发出的信号中识别出1PPS信号和TOD时间信息，并将TOD时间信息转换成PTP格式的时间信息，根据识别出的1PPS信号和转换得到的PTP格式的时间信息对从设备本地的系统时间进行校正。

Description

时间同步装置、设备及系统

技术领域

本发明涉及时间同步技术，具体地，涉及一种时间同步装置、设备及系统。

背景技术

时间同步通常是指将通信网络上各种通信设备或计算机设备的时间信息（年/月/日/时/分/秒）与协调通用时间（UTC，Universal Time Coordinate）之间的时间偏差限定在足够小的范围（比如100毫秒以内）的同步过程。

伴随计算机网络的快速发展，越来越多的应用对时间同步精度提出较高的需求，许多领域根据需要开发具备一定功能的分布式网络系统。如何构造时钟系统为不同的分布式网络系统提供有效的时间服务，成为一个迫切需要解决的问题。

精确时钟协议（PTP，Precision Time Protocol）正是因此而诞生的精确时间同步协议，利用这项技术设计或集成分布式系统，能达到不增加网络负荷的情况下，实现整个系统中各类不同精度、稳定性的时钟的高精度同步，有效解决分布式系统中的实时性问题，进一步改善与提高系统精度。

在PTP的协议框架下，美国电气和电子工程师协会（IEEE，Institute ofElectrical and Electronics Engineers）1588v2以太时间接口和1秒脉冲+日时间（1Per Pulse Second+Time Of Day，简称1PPS+TOD）接口逐渐成为业界主流的时间同步标准。

为了保证分布式网络中网络有个高精度且可靠的时钟源，通常会对通信设备通过1PPS＋TOD接口进行高精度时间源授时，保证系统在一定的时间内可靠稳定地运行。

在1PPS+TOD接口授时方式中，1PPS信号不包含时刻信息，但其上升沿标记了准确的每秒的开始，通常用于本地测试，也可用于局内时间分配。TOD信息以美国新型交互标准码（ASCII，American Standard Code for InformationInterchange）字符串方式进行编码，通过RS232/RS422串行通信口传输，波特率一般为9600bit/s，精度不高，通常还需同时利用1PPS信号。

但是，目前全世界对于高精度时间同步1PPS+TOD接口并没有统一的规范，各大全球定位系统（GPS，Global Positioning System）厂商和运营商都拥有自身的规范，对于传统支持单一接口的时间同步设备提出巨大挑战。

目前，1PPS+TOD接口标准具有三种版本，分别为1PPS+TOD移动标准、UBX（U-blox）标准和美国国家海洋电子协会（National Marine ElectronicsAssociation）标准。

1、1PPS+TOD移动标准

随着时分同步码分多址（TD-SCDMA，Time Division-Synchronous CodeDivision Multiple Access）、时分长期演进（TD-LTE，Time Division Long TermEvolution）系统高精度时间地面传送需求的出现，要求网络设备和基站设备等提供各种类型的高精度时间同步接口。根据1PPS+TOD移动标准，基站应支持通过1PPS信号和TOD信息输入，获得同步定时信息，使基站与传输网络上游时间同步设备之间实现满足空口时间和频率精度要求的同步。

1PPS信号和TOD信号的波形图如图1所示，1PPS秒脉冲采用上升沿作为准时沿，上升时间应小于50ns，脉宽应为20ms～200ms。TOD信息波特率默认为9600，无奇偶校验，1个起始位（用低电平表示），1个停止位（用高电平表示），空闲帧为高电平，8个数据位，应在1PPS上升沿1ms后开始传送TOD信息，并在500ms内传完，此TOD消息标示当前1PPS触发上升沿时间。TOD协议报文发送频率为每秒1次。

TOD消息使用完整的8bit一个字节的数据进行传输，采用校验和保护，使用消息类型和消息ID两级的方式对消息进行分类。bit0代表字节中的最低有效位（LSB，Least Significant Bit），每个字节发送时，bit0最先发送。TOD报文包括帧头、消息类、消息ID、消息长度域、净负荷域和帧校验序列（FCS，Frame Check Sequence）域，对于超过一个字节的域（消息长度域和净负荷域），需遵循降序（Big Endian）规范。

在TOD帧的净负荷域中传输的消息内容包括：GPS时间周内秒、GPS时间周数、GPS时间与UTC时间偏移量、秒脉冲状态、PPS抖动量级等内容。

2、UBX标准

UBX标准为瑞士GPS芯片供应商U-blox制定的关于1PPS+TOD同步接口标准。

TOD消息使用完整的8bit一个字节的数据进行传输，采用校验和保护，使用消息类型和消息ID两级的方式对消息进行分类。bit0代表字节中的LSB，每个字节发送时，bit0最先发送。TOD报文包括帧头、消息头、消息长度域、净负荷域和FCS域，对于超过一个字节的域（消息长度域和净负荷域），需遵循Big Endian规范。

在TOD帧的净负荷域中传输的消息内容包括：GPS周微秒时间、GPS周时间、GPS时间与UTC时间偏移量、PPS抖动量级等内容。

3、NMEA标准

NMEA0183是为海用电子设备制定的标准格式。目前业已成了GPS导航设备统一的国际海运事业无线电技术委员会（RTCM，Radio TechnicalCommission for Maritime services）标准协议。该协议采用ASCII码，其串行通信默认参数为：波特率=4800bps，数据位=8bit，开始位=1bit，停止位=1bit，无奇偶校验。

TOD报文包括：帧头、消息头、净负荷域和校验和域。

在TOD帧的净负荷域中传输的消息内容包括：时间数据，时间数据的格式为：年/月/日/小时/分钟/秒。

在通信系统高精度时间同步方案中，在不同类型或不同厂家的卫星定位系统、时间同步设备、承载设备、基站设备以及计算机设备之间存在多种时间对接应用场景，这些对接应用场景均有可能会涉及到多种1PPS+ToD接口标准的互通。

但是，在目前实现1PPS+TOD接口的方式中，均是实现单一的1PPS+TOD移动标准或者单一的UBX标准或者单一的NMEA标准，无法对这三种标准进行兼容，从而在采用多种1PPS+TOD接口标准进行时间同步的场合中无法进行兼容同步。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供了一种时间同步装置、设备及系统，用以解决现有技术中无法对多种1PPS+TOD接口标准进行兼容时间同步的问题。

本发明实施例技术方案如下：

一种时间同步装置，包括：系统时钟模块，用于根据外接的协调通用时间UTC信号对本地的系统时钟进行偏差校正，得到与UTC一致的精确时钟协议PTP格式的系统时钟信号；秒脉冲模块，用于根据所述系统时钟模块得到的系统时钟信号产生秒脉冲1PPS信号；协议转换模块，用于根据所述秒脉冲模块产生的1PPS信号对所述系统时钟模块的系统时钟信号进行采样，将采样得到的时钟信号中所携带的时间信息转换为至少两种秒脉冲和日时钟1PPS+TOD接口标准的TOD信息；报文封装模块，用于将所述协议转换模块转换得到的至少两种1PPS+TOD接口标准的TOD信息分别封装到相应标准的TOD报文中；发送模块，用于根据预设的发送控制参数将所述报文封装模块封装得到的每种1PPS+TOD接口标准的TOD报文和秒脉冲模块产生的1PPS信号分别发送给进行时间同步的从设备。

一种时间同步设备，包括如上所述的时间同步装置。

一种时间同步装置，包括：第一接收模块，用于从来自时间同步的主设备的信号中识别出秒脉冲1PPS信号；第二接收模块，用于根据预设的1PPS+TOD接口标准，或者根据至少两种秒脉冲和日时钟1PPS+TOD接口标准，从来自所述时间同步的主设备的信号中识别出日时钟TOD报文；报文解析模块，用于根据预设的1PPS+TOD接口标准，或者根据至少两种1PPS+TOD接口标准的TOD报文格式，从所述第二接收模块识别出的TOD报文中解析出时间信息；协议转换模块，用于将所述报文解析模块解析出的时间信息转换为精确时钟协议PTP格式的时间信息；系统时钟模块，用于根据所述第一接收模块识别出的1PPS信号和所述协议转换模块转换得到的PTP格式的时间信息对本地的系统时钟进行偏差校正，得到计时的时间信息与所述PTP格式的时间信息一致的系统时钟。

一种时间同步设备，包括如上所述的时间同步装置。

一种时间同步系统，包括主设备和从设备；主设备，用于根据外接的协调通用时间UTC信号对本地的系统时钟进行偏差校正，得到与UTC一致的精确时钟协议PTP格式的系统时钟信号；根据校准得到的系统时钟信号产生秒脉冲1PPS信号；根据产生的1PPS信号对校准得到的系统时钟信号进行采样，将采样得到的时钟信号中所携带的时间信息转换为至少两种秒脉冲和日时钟1PPS+TOD接口标准的TOD信息；将转换得到的至少两种1PPS+TOD接口标准的TOD信息分别封装到相应标准的TOD报文中；根据预设的发送控制参数将封装得到的每种1PPS+TOD接口标准的TOD报文和所产生的1PPS信号分别发送给进行时间同步的从设备；从设备，用于从来自时间同步的主设备的信号中识别出秒脉冲1PPS信号；根据至少两种秒脉冲和日时钟1PPS+TOD接口标准，从来自所述时间同步的主设备的信号中识别出日时钟TOD报文；根据至少两种1PPS+TOD接口标准的TOD报文格式，从识别出的TOD报文中解析出时间信息；将解析出的时间信息转换为PTP格式的时间信息；根据识别出的1PPS信号和转换得到的PTP格式的时间信息对本地的系统时钟进行偏差校正，得到计时的时间信息与所述PTP格式的时间信息一致的系统时钟。

根据本发明实施例提供的一种作为时间同步主设备的时间同步装置，通过根据外接UTC信号对装置的本地系统时钟进行偏差校正，得到与UTC一致的PTP格式的系统时钟信号，根据该系统时钟信号产生1PPS信号，以及将该系统时钟信号携带的时间信息转换为至少两种1PPS+TOD接口标准的TOD信息，并将转换得到的TOD信息封装到相应标准的TOD报文中，将封装得到的每种TOD报文和1PPS信号分别发送给进行时间同步的从设备，能够将时间信息转换成多种1PPS+TOD接口标准的时间信息发送给从设备，从而能够对多种1PPS+TOD接口标准进行兼容，进而能够解决现有技术中无法对多种1PPS+TOD接口标准进行兼容时间同步的问题。

在本发明实施例提供的另一种作为时间同步从设备的时间同步装置中，根据至少两种1PPS+TOD接口标准，从来自主设备的信号中识别出1PPS信号和TOD报文，并从TOD报文中识别出时间信息，将识别出来的时间信息转换成PTP格式的时间信息，并根据识别出来的1PPS信号的转换得到的PTP格式的时间信息，对本地的系统时间进行校正，能够对多种1PPS+TOD接口标准的时间来源进行时间同步，从而能够对对多种1PPS+TOD接口标准进行兼容，进而能够解决现有技术中无法对多种1PPS+TOD接口标准进行兼容时间同步的问题。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

图1为1PPS+TOD移动标准中的1PPS脉冲和TOD信号的波形图；

图2为本发明实施例提供的时间同步系统的结构框图；

图3为本发明实施例提供的时间同步装置的结构框图；

图4为本发明实施例提供的时间同步装置的另一结构框图；

图5为本发明实施例提供的时间同步装置的又一结构框图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行说明，应当理解，此处所描述的实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

针对现有技术中无法对多种1PPS+TOD接口标准进行兼容时间同步的问题，本发明实施例提供了一种时间同步方案，用以解决该问题。

在本发明实施例提供的技术方案中，分别从时间同步的主设备侧和从设备侧提出了一种时间同步装置；主设备侧的时间同步装置将PTP格式的时间信息转换成多种1PPS+TOD接口标准的TOD时间信息，并产生1PPS信号，将产生的1PPS信号和每种TOD时间信息发送给从设备；从设备侧的时间同步装置根据多种1PPS+TOD接口标准，从主设备发出的信号中识别出1PPS信号和TOD时间信息，并将TOD时间信息转换成PTP格式的时间信息，根据识别出的1PPS信号和转换得到的PTP格式的时间信息对从设备本地的系统时间进行校正。从而根据上述方案，能够对多种1PPS+TOD接口标准进行兼容时间同步。

下面对本发明实施例进行详细说明。

图2示出了本发明实施例提供的时间同步系统的结构框图，在该系统中包括：主设备1和从设备2，主设备1为从设备2提供时间源，从设备2根据主设备1提供的时间源进行时间校准和同步。具体地：

主设备1，用于根据外接的协调通用时间UTC信号对本地的系统时钟进行偏差校正，得到与UTC一致的精确时钟协议PTP格式的系统时钟信号；根据校准得到的系统时钟信号产生秒脉冲1PPS信号；根据产生的1PPS信号对校准得到的系统时钟信号进行采样，将采样得到的时钟信号中所携带的时间信息转换为至少两种秒脉冲和日时钟1PPS+TOD接口标准的TOD信息；将转换得到的至少两种1PPS+TOD接口标准的TOD信息分别封装到相应标准的TOD报文中；根据预设的发送控制参数将封装得到的每种1PPS+TOD接口标准的TOD报文和所产生的1PPS信号分别发送给进行时间同步的从设备2；

从设备2，用于从来自时间同步的主设备1的信号中识别出秒脉冲1PPS信号；根据至少两种秒脉冲和日时钟1PPS+TOD接口标准，从来自所述时间同步的主设备1的信号中识别出日时钟TOD报文；根据至少两种1PPS+TOD接口标准的TOD报文格式，从识别出的TOD报文中解析出时间信息；将解析出的时间信息转换为PTP格式的时间信息；根据识别出的1PPS信号和转换得到的PTP格式的时间信息对本地的系统时钟进行偏差校正，得到计时的时间信息与所述PTP格式的时间信息一致的系统时钟。

下面分别对主设备1和从设备2进行说明。

图3中示出了本发明实施例提供的时间同步装置的结构，该时间同步装置位于时间同步的主设备1中，该装置包括：系统时钟模块11、秒脉冲模块12、协议转换模块13、报文封装模块14、发送模块15。

系统时钟模块11，用于根据外接的协调通用时间UTC信号对本地的系统时钟进行偏差校正，得到与UTC一致的精确时钟协议PTP格式的系统时钟信号；

具体地，系统时钟模块11中可以在编程逻辑门阵列（FPGA）中的通过逻辑运算器的组合来实现如下处理：确定UTC信号所携带的时间信息与本地的系统时钟计时的时间信息的差值，由于各种协议的计时起点不同，则不同协议之间通过时钟信号计时的时间消息不相同，以及由于计时延迟等技术原因导致UTC信号所携带的实际时间信息与本地的系统时钟计时的时间信息不相同，故首先要确定时钟源UTC信号与本地系统时钟的计时偏差，然后根据该偏差对本地系统时钟进行偏差校正；

优选地，系统时钟模块11中可以通过寄存器来实现本地的系统时钟，通过该寄存器的计数翻转来实现计时以及计时维持；优选地，寄存器可以是一个80位的寄存器，并通过该寄存器的0～31位计数实现本地时钟纳秒级的计时维持；

秒脉冲模块12，连接至系统时钟模块11，用于根据所述系统时钟模块11得到的系统时钟信号产生1PPS信号；

具体地，秒脉冲模块12可以提取本地时钟即寄存器中的秒计时时钟，并通过FPGA中的逻辑运算器的组合来根据所提取的秒计时时钟实现产生1PPS信号；优选地，可以从系统时钟信号模块11纳秒级计时的系统时钟信号中提取秒时钟信号，根据提取的秒时钟信号产生1PPS信号，也即引入上述80位寄存器中0～31为的纳秒计时的秒时钟来产生1PPS信号，这样可以将产生的1PPS信号的精度提高的纳秒级，而通常在现有技术中1PPS信号为微秒级精度；

协议转换模块13，连接至系统时钟模块11和秒脉冲模块12，用于根据所述秒脉冲模块12产生的1PPS信号对所述系统时钟模块11的系统时钟信号进行采样，将采样得到的时钟信号中所携带的时间信息转换为至少两种秒脉冲和日时钟1PPS+TOD接口标准的TOD信息；

具体地，协议转换模块13根据1PPS+TOD接口标准的1PPS+TOD移动标准，将采样得到的PTP格式的时钟信号中所携带的时间信息转换为1PPS+TOD移动标准的全球定位系统GPS周和GPS周内秒格式的TOD信息；和/或，根据1PPS+TOD接口标准的UBX标准，将采样得到的PTP格式的时钟信号中所携带的时间信息转换为UBX标准的GPS周和GPS周内微秒格式的TOD信息；和/或，根据1PPS+TOD接口标准的NMEA标准，将采样得到的PTP格式的时钟信号中所携带的时间信息转换为NMEA标准的年/月/日/小时/分/秒格式的TOD信息；

通过协议转换模块13能够将PTP格式的时间信息转换为多种1PPS+TOD格式的TOD信息，从而能够实现对多种1PPS+TOD接口标准的兼容；

具体地，可以在FPGA中通过逻辑运算器的组合来实现协议转换模块13的功能，并且，由于在FPGA中集中实现将PTP格式的时间信息转换为多种1PPS+TOD接口标准的TOD信息，相比现有技术中分别单独地对各种1PPS+TOD接口标准的时间信息的转换，能够显著地节省FPGA资源，而FPGA资源的耗费和利用率是重要的FPGA设计指标之一，从而本发明实施例提供的时间同步装置还能够显著地节省硬件资源、提高硬件利用率、降低硬件成本；

报文封装模块14，连接至协议转换模块13，用于将所述协议转换模块13转换得到的至少两种1PPS+TOD接口标准的TOD信息分别封装到相应标准的TOD报文中；

优选地，报文封装模块14还根据至少两种1PPS+TOD接口标准中的校验规则，对封装得到的至少两种1PPS+TOD接口标准的TOD报文分别进行相应的校验得到校验值，将得到的校验值分别携带在至少两种1PPS+TOD接口标准的TOD报文的预设字段中；通过该校验手段以使从设备接收到TOD报文后通过校验来验证接收到的报文的完整性；

发送模块15，连接至报文封装模块14和秒脉冲模块12，连接至用于根据预设的发送控制参数将所述报文封装模块14封装得到的每种1PPS+TOD接口标准的TOD报文和秒脉冲模块12产生的1PPS信号分别发送给进行时间同步的从设备。

具体地，在实际应用过程中，都是通过串口协议和1PPS+TOD接口协议在进行时间同步的，故在发送1PPS信号和TOD报文时，根据预设的串口的发送控制参数来进行发送，该串口发送控制参数包括波特率等。

通过图3所示的装置，根据外接UTC信号对装置的本地系统时钟进行偏差校正，得到与UTC一致的PTP格式的系统时钟信号，根据该系统时钟信号产生1PPS信号，以及将该系统时钟信号携带的时间信息转换为至少两种1PPS+TOD接口标准的TOD信息，并将转换得到的TOD信息封装到相应标准的TOD报文中，将封装得到的每种TOD报文和1PPS信号分别发送给进行时间同步的从设备，能够将时间信息转换成多种1PPS+TOD接口标准的时间信息发送给从设备，从而能够对多种1PPS+TOD接口标准进行兼容，进而能够解决现有技术中无法对多种1PPS+TOD接口标准进行兼容时间同步的问题。

并且，在具体实现中，通过FPGA实现图3所示的装置，在FPGA内部实现对多种1PPS+TOD接口标准的时间信息的转换，相比现有技术中通过分别单独地实现对每种1PPS+TOD接口标准的时间信息的转换，能够显著的节省FPGA的资源，并且在实际模拟实现的FPGA中，能够至少节省30%的FPGA资源，从而本发明实施例提供的时间同步装置能够显著地节省FPGA资源、提高FPGA利用率、降低FPGA的成本。

基于相同的发明构思，本发明实施例还提供了一种时间同步设备，该设备包括如图3所示的时间同步装置。

图4示出了本发明实施例提供的时间同步装置的结构，该时间同步装置位于时间同步的从设备2中，该装置包括：第一接收模块21、第二接收模块22、报文解析模块23、协议转换模块24、系统时钟模块25。

第一接收模块21，用于从来自时间同步的主设备的信号中识别出秒脉冲1PPS信号；

具体地，由于1PPS+TOD移动标准对TOD报文相对1PPS信号的接收时刻有规定，如图1所示，要求在1PPS信号的上升沿后1毫秒的时刻开始传输或接收TOD报文，则，第一接收模块21还在识别出的1PPS信号的上升沿后1毫秒的时刻输出TOD接收控制信号，该TOD接收控制信号用于触发报文解析模块23接收TOD报文的时机，并且检测1PPS信号的信号宽度，并输出1PPS信号宽度合法性信号，该1PPS信号宽度合法性信号用于指示报文解析模块23在1PPS信号宽度不合法的情况下放弃来自第二接收模块22的TOD报文；

具体地，可以在FPGA中通过逻辑运算器的组合来实现第一接收模块21的功能；

第二接收模块22，用于根据预设的1PPS+TOD接口标准，或者根据至少两种秒脉冲和日时钟1PPS+TOD接口标准，从来自所述时间同步的主设备的信号中识别出TOD报文；

具体地，可以在FPGA中通过逻辑运算器的组合来实现第二接收模块22的功能，也即通过逻辑运算器的组合来实现识别TOD报文的起始位、数据位、校验位和停止位的判别，从而从接收到的信号中识别出完整的TOD报文；

报文解析模块23，连接至第二接收模块22，用于根据预设的1PPS+TOD接口标准，或者根据至少两种1PPS+TOD接口标准的TOD报文格式，从所述第二接收模块22识别出的TOD报文中解析出时间信息；

具体地，报文解析模块23还连接至第一接收模块21，在第二接收模块22识别出的TOD报文为1PPS+TOD移动标准的TOD报文的情况下，报文解析模块23还根据来自第一接收模块21的TOD接收控制信号和1PPS信号宽度合法性信号接收来自第二接收模块22的TOD报文，即在接收到TOD接收控制信号后接收来自第二接收模块22的TOD报文，在接收到的1PPS信号宽度合法性信号携带合法信息的情况下，接收来自第二接收模块22的TOD报文；

具体地，可以在FPGA中通过逻辑运算器的组合来实现报文解析模块23的功能；

协议转换模块24，连接至报文解析模块23，用于将报文解析模块23解析出的时间信息转换为精确时钟协议PTP格式的时间信息；

具体地，在所述报文解析模块解析出的TOD报文中的时间信息为1PPS+TOD移动标准的全球定位系统GPS周和GPS周内秒格式的TOD信息的情况下，将所述GPS周和GPS周内秒格式的TOD信息转换为PTP格式的时间信息；

在所述报文解析模块解析出的时间信息为UBX标准的GPS周和GPS周内微秒格式的TOD信息的情况下，将所述GPS周和GPS周内微秒格式的TOD信息转换为PTP格式的时间信息；

在所述报文解析模块解析出的时间信息为NMEA标准的年/月/日/小时/分/秒格式的TOD信息的情况下，将所述年/月/日/小时/分/秒格式的TOD信息转换为PTP格式的时间信息；

具体地，可以在FPGA中通过逻辑运算器的组合来实现协议转换模块24的功能；

系统时钟模块25，连接至第一接收模块21和协议转换模块24，用于根据第一接收模块21识别出的1PPS信号和协议转换模块24转换得到的PTP格式的时间信息对本地的系统时钟进行偏差校正，得到计时的时间信息与所述PTP格式的时间信息一致的系统时钟；

具体地，系统时钟模块25根据1PPS信号上升沿时PTP格式的时间信息，确定本地系统时钟所计时的时间信息与该PTP格式的时间信息的差值，根据该差值调整本地系统时钟；

在具体实现的过程中，系统时钟模块25可以通过寄存器的计数翻转来实现计时，该寄存器与上述系统时钟模块11中的寄存器类似，这里不再赘述。

通过如图4所示的时间同步装置，根据至少两种1PPS+TOD接口标准，从来自主设备的信号中识别出1PPS信号和TOD报文，并从TOD报文中识别出时间信息，将识别出来的时间信息转换成PTP格式的时间信息，并根据识别出来的1PPS信号的转换得到的PTP格式的时间信息，对本地的系统时间进行校正，能够对多种1PPS+TOD接口标准的时间来源进行时间同步，从而能够对对多种1PPS+TOD接口标准进行兼容，进而能够解决现有技术中无法对多种1PPS+TOD接口标准进行兼容时间同步的问题。

基于相同的发明构思，本发明实施例还提供了一种时间同步设备，该设备包括如图4所示的时间同步装置。

上述分别提供了主设备中的时间同步装置的结构和从设备中的时间同步装置的结构，在具体实现的过程中，由于在分布式网络中的时间同步设备既可以作为主设备也可以作为从设备，则，可以将上述图3和图4所示的时间同步装置设置在同一个设备中，如图5所示，其中，可以将系统时钟模块11和系统时钟模块25合并为一个系统时钟模块51，将发送模块15、第一接收模块21和第二接收模块22合并为一个收发模块52，从而提高硬件复用率；并且可以通过同一个FPGA来实现图5所示的装置的功能，这样能够更加显著地节省FPGA的资源、提高FPGA的利用率、降低FPGA的成本。

综上所述，本发明实施例分别从时间同步的主设备侧和从设备侧提出了一种时间同步装置；主设备侧的时间同步装置将PTP格式的时间信息转换成多种1PPS+TOD接口标准的TOD时间信息，并产生1PPS信号，将产生的1PPS信号和每种TOD时间信息发送给从设备；从设备侧的时间同步装置根据多种1PPS+TOD接口标准，从主设备发出的信号中识别出1PPS信号和TOD时间信息，并将TOD时间信息转换成PTP格式的时间信息，根据识别出的1PPS信号和转换得到的PTP格式的时间信息对从设备本地的系统时间进行校正，从而能够对多种1PPS+TOD接口标准进行兼容时间同步。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质（包括但不限于磁盘存储器和光学存储器等）上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备（系统）、和计算机程序产品的流程图和／或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和／或方框图中的每一流程和／或方框、以及流程图和／或方框图中的流程和／或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (11)

1.一种时间同步装置，其特征在于，包括：

系统时钟模块，用于根据外接的协调通用时间UTC信号对本地的系统时钟进行偏差校正，得到与UTC一致的精确时钟协议PTP格式的系统时钟信号；

秒脉冲模块，用于根据所述系统时钟模块得到的系统时钟信号产生秒脉冲1PPS信号；

协议转换模块，用于根据所述秒脉冲模块产生的1PPS信号对所述系统时钟模块的系统时钟信号进行采样，将采样得到的时钟信号中所携带的时间信息转换为至少两种秒脉冲和日时钟1PPS+TOD接口标准的TOD信息；

报文封装模块，用于将所述协议转换模块转换得到的至少两种1PPS+TOD接口标准的TOD信息分别封装到相应标准的TOD报文中；

发送模块，用于根据预设的发送控制参数将所述报文封装模块封装得到的每种1PPS+TOD接口标准的TOD报文和秒脉冲模块产生的1PPS信号分别发送给进行时间同步的从设备。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述系统时钟模块，还用于对系统时钟信号进行纳秒级的计时维持；则，

所述秒脉冲模块，具体用于：从所述系统时钟信号模块纳秒级计时的系统时钟信号中提取秒时钟信号，根据提取的秒时钟信号产生1PPS信号。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述协议转换模块将采样得到的时钟信号中所携带的时间信息转换为至少两种1PPS+TOD接口标准的TOD信息，具体用于：

根据1PPS+TOD接口标准的1PPS+TOD移动标准，将采样得到的PTP格式的时钟信号中所携带的时间信息转换为1PPS+TOD移动标准的全球定位系统GPS周和GPS周内秒格式的TOD信息；和/或，

根据1PPS+TOD接口标准的UBX标准，将采样得到的PTP格式的时钟信号中所携带的时间信息转换为UBX标准的GPS周和GPS周内微秒格式的TOD信息；和/或，

根据1PPS+TOD接口标准的NMEA标准，将采样得到的PTP格式的时钟信号中所携带的时间信息转换为NMEA标准的年/月/日/小时/分/秒格式的TOD信息。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述报文封装模块还用于：

根据至少两种1PPS+TOD接口标准中的校验规则，对封装得到的至少两种1PPS+TOD接口标准的TOD报文分别进行相应的校验得到校验值，将得到的校验值分别携带在至少两种1PPS+TOD接口标准的TOD报文的预设字段中。

5.一种时间同步设备，其特征在于，包括如权利要求1～4中任一项所述的时间同步装置。

6.一种时间同步装置，其特征在于，包括：

第一接收模块，用于从来自时间同步的主设备的信号中识别出秒脉冲1PPS信号；

第二接收模块，用于根据至少两种秒脉冲和日时钟1PPS+TOD接口标准，从来自所述时间同步的主设备的信号中识别出日时钟TOD报文；

报文解析模块，用于根据至少两种1PPS+TOD接口标准的TOD报文格式，从所述第二接收模块识别出的TOD报文中解析出时间信息；

协议转换模块，用于将所述报文解析模块解析出的时间信息转换为精确时钟协议PTP格式的时间信息；

系统时钟模块，用于根据所述第一接收模块识别出的1PPS信号和所述协议转换模块转换得到的PTP格式的时间信息对本地的系统时钟进行偏差校正，得到计时的时间信息与所述PTP格式的时间信息一致的系统时钟。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述第一接收模块，还用于：

在识别出的1PPS信号的上升沿后1毫秒的时刻输出TOD接收控制信号，并且检测1PPS信号的信号宽度，输出1PPS信号宽度合法性信号；则，

在所述第二接收模块识别出的TOD报文为1PPS+TOD移动标准的TOD报文的情况下，所述报文解析模块还根据来自第一接收模块的TOD接收控制信号和1PPS信号宽度合法性信号接收来自第二接收模块的TOD报文。

8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述报文解析模块，还用于：

根据预设的1PPS+TOD接口标准，或者根据至少两种1PPS+TOD接口标准的校验规则，对来自第二接收模块的TOD报文根据相应的校验规则进行校验、验证接收到的TOD报文的完整性。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述协议转换模块，具体用于：

在所述报文解析模块解析出的TOD报文中的时间信息为1PPS+TOD移动标准的全球定位系统GPS周和GPS周内秒格式的TOD信息的情况下，将所述GPS周和GPS周内秒格式的TOD信息转换为PTP格式的时间信息；

在所述报文解析模块解析出的时间信息为UBX标准的GPS周和GPS周内微秒格式的TOD信息的情况下，将所述GPS周和GPS周内微秒格式的TOD信息转换为PTP格式的时间信息；

在所述报文解析模块解析出的时间信息为NMEA标准的年/月/日/小时/分/秒格式的TOD信息的情况下，将所述年/月/日/小时/分/秒格式的TOD信息转换为PTP格式的时间信息。

10.一种时间同步设备，其特征在于，包括如权利要求6～9中任一项所述的时间同步装置。

11.一种时间同步系统，其特征在于，包括主设备和从设备，其中，主设备为如权利要求5所述的，从设备为如权利要求10所述的时间同步设备；

主设备，用于根据外接的协调通用时间UTC信号对本地的系统时钟进行偏差校正，得到与UTC一致的精确时钟协议PTP格式的系统时钟信号；根据校准得到的系统时钟信号产生秒脉冲1PPS信号；根据产生的1PPS信号对校准得到的系统时钟信号进行采样，将采样得到的时钟信号中所携带的时间信息转换为至少两种秒脉冲和日时钟1PPS+TOD接口标准的TOD信息；将转换得到的至少两种1PPS+TOD接口标准的TOD信息分别封装到相应标准的TOD报文中；根据预设的发送控制参数将封装得到的每种1PPS+TOD接口标准的TOD报文和所产生的1PPS信号分别发送给进行时间同步的从设备；

从设备，用于从来自时间同步的主设备的信号中识别出秒脉冲1PPS信号；根据至少两种秒脉冲和日时钟1PPS+TOD接口标准，从来自所述时间同步的主设备的信号中识别出日时钟TOD报文；根据至少两种1PPS+TOD接口标准的TOD报文格式，从识别出的TOD报文中解析出时间信息；将解析出的时间信息转换为PTP格式的时间信息；根据识别出的1PPS信号和转换得到的PTP格式的时间信息对本地的系统时钟进行偏差校正，得到计时的时间信息与所述PTP格式的时间信息一致的系统时钟。