CN103684734A - 一种热备份冗余计算机时间同步系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种热备份冗余计算机时间同步系统及方法，包括时间监测模块，主时间戳通信计算模块和从时间戳通信计算模块；主计算机向从计算机发送同步报文，同步报文中包括发送时间T1；通过时间监测模块监测所述发送时间T1是否正确；当发送时间正确时，从计算机接收到所述同步报文，记录下收到该同步报文的时间Ti后，同时向主计算机发送应答报文；主计算机记录接收到所述应答报文的时间Ti’，并将该时间Ti’发送至从计算机；从计算机根据T1、Ti和Ti’计算时间偏差；从计算机根据所述时间偏差对本地时间进行校正；当发送时间不正确时，将当前的主计算机切换为从计算机，其它计算机切换为主计算机切换。本发明实现简单，减少了外部独立冗余校时硬件开销。

Description

一种热备份冗余计算机时间同步系统及方法
技术领域
本发明涉及一种热备份冗余计算机时间同步系统及方法。
背景技术
为提高可靠度，卫星的控制计算机通常采用三个计算机热备份的方式完成工作。为使三个计算机能保持时间同步，通常在外部提供统一的时钟源使三个计算机机时间保持一致。此方法依赖于外部提供的高精度校时源，不仅增加了外部容错备份的校时电路，而且在外部校时源出现切换或失效时会导致热备份多机之间由于时间差异而失步。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种热备份冗余计算机时间同步系统及方法，可在无外部校时源的条件下对多机时间进行高精度同步，节省了外部公共时钟冗余电路，提高了系统的灵活性和容错能力。
本发明包括如下技术方案：
一种热备份冗余计算机时间同步系统，其特征在于，包括时间监测模块，主时间戳通信计算模块和从时间戳通信计算模块；热备份冗余计算机包括两个以上计算机，每个计算机都处于加电状态，其中一个计算机为主计算机，其余计算机为从计算机；每个计算机内具有主时间戳通信计算模块和从时间戳通信计算模块；通过主从机转换控制信号来启动相应的时间戳通信计算模块；主时间戳通信计算模块包括本机时钟源、时间计数模块、报文发送模块和报文接收模块；从时间戳通信计算模块包括本机时钟源、时间计数模块、报文发送模块、报文接收模块和时间偏差计算模块；所述时间监测模块包括三个监测单元和一个切换单元；每个监测单元用于判断主计算机是否在正确时间向外同步报文并输出判断结果；所述切换单元对所述三个监测单元输出的判断结果进行三取二表决后获得主从机转换控制信号，用于实现主从计算机的切换。
一种热备份冗余计算机时间同步方法，所述热备份冗余计算机包括两个以上计算机，每个计算机都处于加电状态，每个计算机使用各自的时钟源进行计时；所述时间同步方法包括如下步骤：
（1）设置其中一个计算机为主计算机，其余计算机为从计算机；
（2）等待定时，当到达设置的定时时间时，所述主计算机向从计算机发送同步报文，同步报文中包括发送时间T1；
（3）监测所述发送时间T1是否正确；当发送时间正确时，转入步骤（4）；当发送时间不正确时，转入步骤（7）；
（4）所述从计算机接收到所述同步报文，记录下收到该同步报文的时间Ti后，同时向主计算机发送应答报文；
（5）主计算机记录接收到所述应答报文的时间Ti’，并将该时间Ti’发送至从计算机；
（6）从计算机根据T1、Ti和Ti’计算时间偏差△1i=（T1+Ti’-2Ti）/2；从计算机根据所述时间偏差对本地时间进行校正使之与主计算机保持时间一致；然后返回步骤（2）；
（7）将当前的主计算机切换为从计算机，其它计算机切换为主计算机切换，然后返回步骤（2）。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
本发明的方法解决了以往热备份冗余计算机同步时钟的诸多问题，实现简单，提高了热备份计算机同步性，减少了外部独立冗余校时硬件开销。
附图说明
图1为本发明的热备份冗余计算机时间同步系统示意图；
图2为本发明的热备份冗余计算机时间同步方法流程图；
图3为主从时间戳通信计算模块之间的时间戳信号交换示意图。
具体实施方式
下面就结合附图对本发明做进一步介绍。
如图1所示，本发明的热备份冗余计算机时间同步系统包括时间监测模块，主时间戳通信计算模块和从时间戳通信计算模块；热备份冗余计算机包括两个以上计算机，每个计算机都处于加电状态，其中一个计算机为主计算机，其余计算机为从计算机。每个计算机内具有主时间戳通信计算模块和从时间戳通信计算模块；通过主从机转换控制信号来启动相应的时间戳通信计算模块；例如当某个计算机为主机时，则启用该计算机内的主时间戳通信计算模块。所述计算机可以通过大规模可编程器件实现，例如FPGA。主时间戳通信计算模块包括本机时钟源、时间计数模块、报文发送模块和报文接收模块；时间计数模块对本机时钟源输出的主机时钟信号进行计数获得主机时间，所述主机时间通过报文发送模块发送至从机时间戳通信计算模块的报文接收模块；所述报文接收模块用于接收从机时间戳通信计算模块的报文发送模块发送的时间信号，并将所述时间信号输入至报文发送模块。从时间戳通信计算模块包括本机时钟源、时间计数模块、报文发送模块、报文接收模块和时间偏差计算模块；时间计数模块对本机时钟源输出的从机时钟信号进行计数获得从机时间，所述从机时间发送至报文接收模块、时间偏差计算模块和报文发送模块；通过报文发送模块发送从机时间至主机时间戳通信计算模块的报文接收模块；通过报文接收模块接收主机时间戳通信计算模块的报文发送模块发送的时间信号，并将接收的时间信号发送至时间偏差计算模块，通过时间偏差计算模块计算时间偏差并将其发送至时间计数模块，并通过时间计数模块对从机时间进行校正。所述时间监测模块包括三个监测单元和一个切换单元；每个监测单元用于判断主计算机是否在正确时间向外发送同步报文并输出判断结果；所述切换单元对所述三个监测单元输出的判断结果进行三取二表决后获得主从机转换控制信号，用于实现主从计算机的切换。
如图2-3所示，利用上述同步系统进行时间同步的方法，具体包括如下步骤：
（1）设置其中一个计算机为主计算机，其余计算机为从计算机；
（2）等待定时，当到达设置的定时时间时，所述主计算机向从计算机发送同步报文，同步报文中包括发送时间T1；
（3）通过时间监测模块监测所述发送时间T1是否正确；当发送时间正确时，转入步骤（4）；当发送时间不正确时，转入步骤（7）；
（4）从计算机接收到所述同步报文，记录下收到该同步报文的时间Ti后，同时向主计算机发送应答报文；
（5）主计算机记录接收到所述应答报文的时间Ti’，并将该时间Ti’发送至从计算机；
（6）从计算机根据T1、Ti和Ti’计算时间偏差△1i=（T1+Ti’-2Ti）/2；从计算机根据所述时间偏差对本地时间进行校正使之与主计算机保持时间一致；然后返回步骤（2）；
（7）进行主从计算机切换，然后返回步骤（2）。
时间检测模块采用硬件狗对时间进行监视，检查主机是否在正确的定时时间内向外广播时间戳，当发现主机时钟异常后，采用TMR（三取二）表决切换j+1单机为主机，其余为从机。
本发明的方法可以在大规模可编程器件中实现，可以精确计算时间延迟和时间偏差，将多机同步时间精确到微秒量级，提高了多机时间同步精度和可靠性，避免了冗余时间电路切换造成的任务中断，节省了独立冗余校时电路的硬件开销。
本发明未详细说明部分属本领域技术人员公知常识。

Claims (2)

1.一种热备份冗余计算机时间同步系统，其特征在于，包括时间监测模块，主时间戳通信计算模块和从时间戳通信计算模块；热备份冗余计算机包括两个以上计算机，每个计算机都处于加电状态，其中一个计算机为主计算机，其余计算机为从计算机；每个计算机内具有主时间戳通信计算模块和从时间戳通信计算模块；通过主从机转换控制信号来启动相应的时间戳通信计算模块；主时间戳通信计算模块包括本机时钟源、时间计数模块、报文发送模块和报文接收模块；从时间戳通信计算模块包括本机时钟源、时间计数模块、报文发送模块、报文接收模块和时间偏差计算模块；所述时间监测模块包括三个监测单元和一个切换单元；每个监测单元用于判断主计算机是否在正确时间向外同步报文并输出判断结果；所述切换单元对所述三个监测单元输出的判断结果进行三取二表决后获得主从机转换控制信号，用于实现主从计算机的切换。
2.一种热备份冗余计算机时间同步方法，所述热备份冗余计算机包括两个以上计算机，每个计算机都处于加电状态，每个计算机使用各自的时钟源进行计时；其特征在于，所述时间同步方法包括如下步骤：
（1）设置其中一个计算机为主计算机，其余计算机为从计算机；
（2）等待定时，当到达设置的定时时间时，所述主计算机向从计算机发送同步报文，同步报文中包括发送时间T1；
（3）监测所述发送时间T1是否正确；当发送时间正确时，转入步骤（4）；当发送时间不正确时，转入步骤（7）；
（4）所述从计算机接收到所述同步报文，记录下收到该同步报文的时间Ti后，同时向主计算机发送应答报文；
（5）主计算机记录接收到所述应答报文的时间Ti’，并将该时间Ti’发送至从计算机；
（6）从计算机根据T1、Ti和Ti’计算时间偏差△1i=（T1+Ti’-2Ti）/2；从计算机根据所述时间偏差对本地时间进行校正使之与主计算机保持时间一致；然后返回步骤（2）；
（7）将当前的主计算机切换为从计算机，其它计算机切换为主计算机切换，然后返回步骤（2）。
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