CN104980243A

CN104980243A - 一种实现多时间源输出灵活授时系统的方法及装置

Info

Publication number: CN104980243A
Application number: CN201410144956.9A
Authority: CN
Inventors: 许文
Original assignee: ZHEJIANG SAISI ELECTRONIC TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: ZHEJIANG SAISI ELECTRONIC TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2014-04-13
Filing date: 2014-04-13
Publication date: 2015-10-14

Abstract

本发明涉及了一种实现多时间源输出灵活授时系统的方法及装置，其包括了主卡，背板和输出卡，通过选择不同的输出卡和灵活的时间源的配置，实现灵活的授时。如附图所示，主卡包括时间信号的管理功能和对输出卡控制的功能，输出卡包括时间源灵活配置的功能和扩展输出的功能，输出卡通过背板上的槽位，经自定义的扩展时钟和控制总线和主卡连接在一起。输出卡有不同的类型（TYPE），包括485输出卡，232输出卡，TTL输出卡，光输出卡，空节点输出卡，RIG-BAC码输出卡。除了驱动输出模块有不同之外，大部分都可以进行模块化的设计。

Description

一种实现多时间源输出灵活授时系统的方法及装置

技术领域

本发明涉及时间同步装置，具体涉及一种实现多时间源输出灵活授时系统的方法的时间同步装置。

背景技术

目前的各种基于RS422、RS485，光，空节点和TTL时间码的系统在各种行业有着广泛的应用，如地铁系统、高铁系统、电力系统、智能医院、智能交通等。

随着信息技术和电子产品的发展和在各行各业的广泛应用，对时间同步的要求和需求也发生了深刻的转变。在地铁系统、高铁系统等轨道交通中，控制中心调度员、车站值班员、与行车相关的各部门及乘客需要统一标准的时间信息，其他各个系统，如信号系统、自动检票系统、视频监视系统、广播系统、乘客资信系统、火灾自动报警系统、安防系统、无线和有线的通信调度系统、故障记录系统等等都需要精确统一标准的时间信息，这对于保证轨道交通运行计时准确、提高运营效率起到非常重要的作用。

在电力系统中，电力通信调度网、电厂和变电站等场所都需要非常精确的时间同步控制。毫秒或微秒级的时间同步偏差会造成系统的中断，甚至电网的瘫痪，给客户和电力公司带来巨大的损失。因此，高精度的时间同步系统是保障电厂、变电站和电力通信畅通的必备条件。

目前世界上普遍使用的方法是通过时间同步系统下载GPS、北斗或格洛纳斯GLONASS的卫星导航系统的UTC（世界标准时间）并应用到每个需要精确时钟信号的通讯设备，来实现各种通讯设备的时间同步。

在上述各种系统内，各种被同步系统和设备需要的时间信息的格式和数量都是各不相同，如地铁等轨道交通需要的是NTP协议时间信号和RS422时间码信号；电力系统需要的有NTP协议时间信号，RS422时间码信号，1PPS、1PPM、1PPH时间码脉冲和IRIG-B时间码；智能医院需要的有NTP协议时间信号，RS422时间码信号，金融银行系统需要的有NTP协议时间信号。单一装置能够满足上述各种系统的的输入信号格式时间同步装置，但由于某些需求需要大量的同种时间码的时间信号，如高铁系统、地铁系统就需要大量的RS485时间信号。开发一个输出多制式（TTL、空接点、IRIG-B、差分、串口、网络、光纤等）、满足多设备(系统输出可以任意扩展，可以满足任何规模、任何方式的时间信号需求)的要求，可为电力、煤炭、轨道交通、石油化工、航道水运、邮电电信及相关领域的系统中需要接收时钟同步信号的装置及系统提供高精度、高稳定、高安全，高可靠的时间基准信号并具有管理功能的扩展输出装置是一个既能满足需求又能降低成本的有效途径。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种多时间源灵活授时的方法，将多个时间源送给输出卡，在输出卡上灵活的配置；本发明的另一个目的提供多一种多时间源灵活授时和扩展输出的装置，通过插入不同的输出卡，实现不同时间制式输出，且每块输出卡扩展输出，满足大容量输出的要求。

为了达到上述目的，提供了一种通过主卡控制多块输出卡的方法，该方法包括以下步骤：

A. 主卡监视插和管理在背板上的输出卡，检测是否有输出卡插入

B. 主卡检测到有输出卡且知道在哪个槽位，发出读取输出卡TYPE命令。

C. 主卡正确识别输出卡，发出相应的控制命令

D. 每个输出卡接受主卡上发来的多种时间源，在输出卡上灵活配置，接收来住控制的控制命令，信号输出使能。

上述方法中，主卡监视和管理背板上的输出卡，由于有不同的输出卡，可以插入多个输出卡，为了方便管理，我们设计中包括：

1. 在背板上人为的定义插槽1，插槽2，插槽3……插槽[n]。

2. 每种输出卡都有自己相应的TYPE，用以区分是485输出卡，232输出卡，空节点输出卡，光输出卡，TTL输出卡。

3. 每块输出卡通过自定义的扩展时钟和控制总线连接在一起。每块输出卡的状态信息位，使能位，命令装载位统一管理，分开控制。

4. 每种输出卡都有自己相应的SIGNAL，主卡根据signal信号可以知道输出卡输出的时间码：TOD时间码信号，1PPS、1PPM、1PPH时间码脉冲和IRIG-B时间码。

所述的自定义的扩展时钟和控制总线包括：数据总线ID_DATA和数据时钟总线ID_CLK，命令总线CTR_DATA和命令时钟总线CTR_CLK。自定义的扩展时钟和控制总线交互保证了其扩展性的有效连续和独立性，可以继续没有损伤的连接多输出卡，而且也保证了即使中间某个输出卡发生故障也不影响其他输出卡的正常工作。主卡发出控制命令到命令总线，输出卡从命令总线接收命令。输出卡根据命令，发送输出卡状态信息到数据总线上，主卡从数据总线上接收各个输出卡的状态信息。通过总线的使用，大大降低了主卡对输出的控制。软件上对每个输出卡的控制只要通过设定控制位，命令装载位，检测位，就可以方便的控制，简化了主卡对输出卡的控制功能，降低了主卡设计的难度。

附图说明

图1是本发明的输出卡模块示意图。

图2是本发明的主卡模块示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的，技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明做进一步的详细说明。

本发明提供了一种具有总线结构以及扩展槽的背板，由控制主板和连接背板和信号输出卡组成。

主卡包括外部时间源接收模块，系统处理中心模块，时间信号处理模块，输出卡状态信息控制模块，时间信号发送模块。本发明的装置的外部时间源接收模块可以接收2路IRIG-DC码、光码输入信号一路GPS，一路北斗的外部时间源。时间信号处理中心根据可得到的精确时间，产生多种协议的时间源：IRIG-B的AC码、DC码和光码，1PPS（1PPM、1PPH），RS232串行时间报文，10Mhz，E1信号、RS422/485信号。

时间信号发送模块将时间信号处理模块产生的不同的时间码信号实时的发送，经过背板，输入到各个输出卡的时间信息接受模块。各个输出卡根据输出卡管理控制模块的操作，灵活分配不同的时间源，实现多时间源输出灵活授时。

输出卡状态信息控制模块不断查询各个每个槽位的状态，当有输出卡插入背板时，输出卡状态信息控制模块检测到有背板插入，状态信息位SLOT[n] 有效，系统处理中心模块发送读取输出卡TYPE命令。输出卡状态信息控制模块使能位EN[n]，激活插入槽位[n]输出卡，输出卡在EN[n]有效时候,在ID_CLK下将TYPE数据发送到ID_DATA总线上，系统处理中心接收到正确的TYPE数据之后能够识别出相应的输出卡类型。识别输出卡之后，根据用户配置或者设备默认配置，使能输出卡输出时，系统处理中心发送控制命令，输出卡状态信息控制模块使能EN[n]，输出卡在时钟CTR_CLK下接收来自CTR_DATA总线的控制命令，使能输出卡输出。

主卡对输出卡的控制是一块一块定时查询过去的，同一时间里只有一块输出卡占用CTR_DATA命令控制总线和ID_DATA设备TYPE总线。

本发明一个重要的发明应用就是系统处理中心模块和输出卡状态信息控制模块之间的交互联系。每块输出卡都需要一位插入检测位SLOT[n]，输出卡使能EN[n]，命令装载使能LD[n]，如果ARM直接控制，会浪费太多的IO资源，也不利于以后的扩展，所以使用一个简便的方法是，这些信号经过带I2C的扩展芯片进行统一管理，又分别控制。统一管理就是对这些信号的控制方法是一样的，但是由分开控制，符合了输出卡之间的独立控制，设计简便的原则。

输出卡管理控制模块分为两部分，第一部分是设置输出卡的TYPE，每种输出卡都有一个确定的TYPE，主卡读取TYPE才会进行相关的操作。平时ID_DATA总线上不发送数据，在输出卡的TYPE数据在EN[n]有效时候,输出卡获取本输出卡的TYPE，并且时能发送数据，且在ID_CLK下将TYPE数据发送到ID_DATA总线上；每个输出卡是经过轮询过去。第二部分是接收来自主板的控制命令，输出卡的使能位EN[n]有效时，且对应的命令装载位LD[n]有效，命令总线上的数据才被接收，得到的命令传输到输出卡控制模块来控制信号的使能。

时间信息接收模块将从背板上得到的时间信号PPS+/-，PPM+/-，PPH+/-，TOD+/-，IRIGB+/-转换成单端信号，送给时间源配置模块，其中时间源配置模块根据用户的需求，配置所需要输出的时间信号。

每种输出卡都是一种特定的TYPE，RS232，RS485，IRIGB，TTL，光，空节点，其最后输出的物理信号都不一样，其驱动电路都各自不同。由于本装置受机箱尺寸影响，目前一块输出卡扩展能力如下：485输出卡（16路输出），232输出卡（16路输出），空节点输出卡（16路输出），光输出卡（10路输出），TTL输出卡（16路输出）。其中每块输出卡都可以配置成有两种时间码输出的形式，比如485输出卡的16路输出，可以配置成8路PPS，8路TOD时间码形式的输出。增加量配置的灵活性。

综上所述，本发明具有以下优点：

（1）、精确的时间信号和灵活的所时间源授时；

（2）、低成本容量扩展输出；

（3）、使用一种简便的方法实现了主卡对输出卡的控制

本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人应该得知在本发明的启示下做出的结构变化，凡是与本发明具有相同或相近的技术方案，均落入本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种实现多时间源输出灵活授时系统的方法，其特征在于、包括：

输出卡状态信息控制模块，输出卡状态信息控制模块通过背板和各个输出卡上的输出卡管理控制模块相互连接，通过自定义的扩展时钟和控制总线实现了对输出卡的独立控制。

2.自定义的扩展时钟和控制总线交互保证了其扩展性的有效连续和独立性，可以继续没有损伤的连接多输出卡（最多7块），而且也保证了即使中间某个输出卡发生故障也不影响其他输出卡的正常工作。

3.输出卡状态信息控制模块通过对自定义的扩展时钟和控制总线监控，能够检测是否有输出卡插入设备以及可以读取各个输出卡的状态信息和对时间源信号的灵活配置。

4.本装置是实现多时间源输出灵活授时，需要一个精准的外部时间源送给装置，所以外部时间源接收模块可以从GPS卫星和北斗卫星获得精确的时间信息，传送到系统处理中心（ARM）和时间信号处理模块（FPGA）。

5.时间信号处理模块根据获得的外部精确时间信息根据不同的时间协议，产生不同的时间码信号。

6.时间信号发送模块将时间信号处理模块产生的不同的时间码信号实时的发送，经过背板，输入到各个输出卡的时间信息接受模块。

7.各个输出卡根据输出卡管理控制模块的操作，灵活分配不同的时间源，实现多时间源输出灵活授时。

8.如权利要求1所述的，自定义的扩展时钟和控制总线对多块扩展输出卡的控制，其特征在于，主卡对输出卡的控制，所以：

当插入输出卡的时候，主卡能够正确识别所插入的输出卡。

9.根据主卡的处理中心模块，主卡能对输出卡独立的控制。

10.根据权利2的要求，其特征于，首先要区分所对应的输出卡，以及能够正确的对输出卡的操作之前，应该进一步包括:

在背板上人为的定义插槽1，插槽2，插槽3……插槽[n]

每种输出卡都有自己相应的TYPE，用以区分是485输出卡，232输出卡，空节点输出卡，光输出卡，TTL输出卡。

11.每种输出卡都有自己相应的SIGNAL，主卡根据signal信号可以知道输出卡输出的时间码：TOD时间码信号，1PPS、1PPM、1PPH时间码脉冲和IRIG-B时间码。