CN106896863B - 一种嵌入式系统自适应对时方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种嵌入式系统自适应对时方法，步骤是：步骤A，设定对时接口与对时信号类型组合的优先级；步骤B，以设定周期循环按照步骤A确定的优先级依次检测各种对时信号，优先使用优先级高的信号对时，优先级高的信号无效时才检测优先级低的信号；步骤C，系统输出当前选用的对时信号类型，若无任何有效的对时信号，输出报警信号。此种对时方法支持多种对时接口和多种类型的外部对时信号，根据各信号的时间精度和有效性，自动选择优先级高的对时信号进行对时。

Description

一种嵌入式系统自适应对时方法
技术领域
本发明属于电力系统智能设备领域，特别涉及一种嵌入式系统自适应对时的实现方法。
背景技术
电力系统二次控制保护装置的运行控制、系统监视都要求内部时间与外部时钟同步，因此需根据外部时钟源设备发出的对时信号来校正系统内部时间。随着科技发展，外部时钟信号的类型和接口形式也在不断更新变化，目前电力系统中广泛应用的时钟源按信号类型分类有PPS、PPM、IRIG-B、NTP、IEEE-1588、通信规约授时等，按接口分类有光纤输入、电平输入、空接点、以太网等。对于对时选择，常规做法是设置一个“对时参数”，由用户来选择对时信号。这种方法对用户要求较高，特别是存在一些组合对时方式，如“PPS+NTP”、“PPM+IEC103规约对时”，用户难以理解和掌握，造成使用困难，有待改进。
发明内容
本发明的目的，在于提供一种嵌入式系统自适应对时方法，支持多种对时接口和多种类型的外部对时信号，根据各信号的时间精度和有效性，自动选择优先级高的对时信号进行对时。
为了达成上述目的，本发明的解决方案是：
一种嵌入式系统自适应对时方法，包括如下步骤：
步骤A，设定对时接口与对时信号类型组合的优先级；
步骤B，以设定周期循环按照步骤A确定的优先级依次检测各种对时信号，优先使用优先级高的信号对时，优先级高的信号无效时才检测优先级低的信号。
上述步骤A中，根据信号时标精度确定对时信号的优先级，由高到低为：光纤或电平输入的IRIG-B、以太网IEEE-1588、光纤或电平输入的PPS、光纤或电平输入的PPM、空接点输入的PPS、空接点输入的PPM、以太网NTP。
上述步骤B中，对时信号为PPS或PPM时，辅助使用以太网NTP方式校正系统的日历时间。
上述步骤B中，光纤或电平输入的IRIG-B信号的检测和对时方法是：
(1)检测是否接收到IRIG-B脉冲序列，若未接收到指定格式的脉冲序列则IRIG-B无效；
(2)若接收到IRIG-B脉冲序列，以节拍值为基准，计算最近两次IRIG-B脉冲序列的间隔时间tb：
tb＝(Tb–Tb1)/F
其中，节拍值指系统的时间基准，且按固定频率自增；Tb是最近一个IRIG-B脉冲序列到来时的节拍值，Tb1是上一个IRIG-B脉冲序列到来时的节拍值，F是节拍值自增频率；若tb在1s附近，则认为IRIG-B有效；否则认为IRIG-B无效；
(3)若IRIG-B有效，将系统时钟设置为IRIG-B中携带的日历时间加上(Tnow–Tb)/F，其中Tnow为当前节拍值。
上述步骤B中，以太网IEEE-1588信号的检测和对时方法是：检测以太网IEEE-1588报文有效性，若有效则根据IEEE-1588协议调整系统时钟。
上述步骤B中，光纤或电平输入的PPS或PPM信号的检测和对时方法是：
(1)检测是否接收到指定脉宽的单脉冲序列，若未接收到单脉冲则PPS、PPM无效；
(2)若接收到单脉冲，以节拍值为基准，计算最近两次单脉冲的间隔时间tp：
tp＝(Tp–Tp1)/F
其中，Tp是最近一个单脉冲到来时的节拍值，Tp1是上一个单脉冲到来时的节拍值，F是节拍值自增频率；若tp在1s附近，则认为PPS有效；若tp在60s附近，则认为PPM有效；否则认为PPS、PPM无效；
(3)若PPS有效，将系统时钟设置为当前系统时间四舍五入到整秒钟再加上(Tnow–Tp)/F；若PPM有效，将系统时钟设置为当前系统时间四舍五入到整分钟再加上(Tnow–Tp)/F，其中，Tnow为当前节拍值。
上述步骤B中，空接点输入的PPS或PPM信号的检测和对时方法是：
(1)检测空接点输入信号是否发生由0到1或由1到0的变位，若未发生变位则PPS、PPM无效；
(2)若空接点输入信号发生变位，以节拍值为基准，计算最近两次变位的间隔时间tc：
tc＝(Tnow–Tc1)/F
其中，Tnow是当前节拍值，Tc1是上一次空接点输入信号变位时的节拍值，F是节拍值自增频率；若tc在1s附近，则认为PPS有效；若tc在60s附近，则认为PPM有效；否则认为PPS、PPM无效；
(3)若PPS有效，将系统时钟四舍五入到整秒钟；若PPM有效，将系统时钟四舍五入到整分钟。
上述步骤B中，以太网NTP信号的检测和对时方法是：检测以太网NTP报文有效性，若有效则根据NTP协议调整系统时钟。
上述对时方法还包括步骤C：系统输出当前选用的对时信号类型，若无任何有效的对时信号，输出报警信号。
采用上述方案后，与现有方案相比，本发明可应对电力系统实际应用中的各种对时信号，可以简化嵌入式系统对时配置，实现灵活、自适应的对时。
附图说明
图1是本发明支持的对时接口类型和对时信号类型示意图；
图2是本发明检测对时信号并进行对时的流程图。
具体实施方式
以下将结合附图，对本发明的技术方案进行详细说明。
如图2所示，本发明提供一种嵌入式系统自适应对时方法，包括如下步骤：
步骤A，设定对时接口与对时信号类型组合的优先级；
嵌入式系统能够支持多种对时接口，包括光纤输入、电平输入、空接点输入、以太网报文输入；支持多种类型的外部对时信号，包括IRIG-B、秒脉冲PPS、分脉冲PPM、NTP、IEEE-1588、通信规约对时。结合图1所示，在本实施例中，主要以几种常见的组合为例，并根据信号时标精度确定优先级(由高到低)为：光纤或电平输入的IRIG-B、以太网IEEE-1588、光纤或电平输入的PPS、光纤或电平输入的PPM、空接点输入的PPS、空接点输入的PPM、以太网NTP。
步骤B，以一定周期(如1ms)循环按照步骤A确定的优先级依次检测各种对时信号，优先使用优先级高的信号对时，优先级高的信号无效时才检测优先级低的信号。
系统内部有一个按固定频率F(如20MHz)自增的节拍值，可用高精度振荡器实现，作为系统的时间基准。
各种信号的检测和对时方法如下：
1、检测光纤或电平输入的IRIG-B信号：
(1)检测是否接收到IRIG-B脉冲序列，若未接收到指定格式的脉冲序列则IRIG-B无效。
(2)若接收到IRIG-B脉冲序列，计算最近两次IRIG-B脉冲序列的间隔时间tb(以节拍值为基准)：
tb＝(Tb–Tb1)/F
其中，Tb是最近一个IRIG-B脉冲序列到来时的节拍值，Tb1是上一个IRIG-B脉冲序列到来时的节拍值，F是节拍值自增频率。若tb在1s附近，如[0.999s,1.001s]之间，则认为IRIG-B有效；否则认为IRIG-B无效。
(3)若IRIG-B有效，将系统时钟设置为IRIG-B中携带的日历时间加上(Tnow–Tb)/F，其中Tnow为当前节拍值。
2、检测以太网IEEE-1588报文有效性，若有效则根据IEEE-1588协议调整系统时钟。
3、检测光纤或电平输入的PPS或PPM信号：
(1)检测是否接收到指定脉宽(如200ms)的单脉冲序列，若未接收到单脉冲则PPS、PPM无效。
(2)若接收到单脉冲，计算最近两次单脉冲的间隔时间tp(以节拍值为基准)：
tp＝(Tp–Tp1)/F
其中，Tp是最近一个单脉冲到来时的节拍值，Tp1是上一个单脉冲到来时的节拍值，F是节拍值自增频率。若tp在1s附近，如[0.999s,1.001s]之间，则认为PPS有效；若tp在60s附近，如[59.999s,60.001s]之间，则认为PPM有效；否则认为PPS、PPM无效。
(3)若PPS有效，将系统时钟设置为当前系统时间四舍五入到整秒钟再加上(Tnow–Tp)/F；若PPM有效，将系统时钟设置为当前系统时间四舍五入到整分钟再加上(Tnow–Tp)/F，其中Tnow为当前节拍值。
4、检测空接点输入的PPS或PPM信号：
(1)检测空接点输入信号是否发生由0到1(或由1到0)的变位，若未发生变位则PPS、PPM无效。
(2)若空接点输入信号发生变位，计算最近两次变位的间隔时间tc(以节拍值为基准)：
tc＝(Tnow–Tc1)/F
其中，Tnow是当前节拍值，Tc1是上一次空接点输入信号变位时的节拍值，F是节拍值自增频率。若tc在1s附近，如[0.999s,1.001s]之间，则认为PPS有效；若tc在60s附近，如[59.999s,60.001s]之间，则认为PPM有效；否则认为PPS、PPM无效。
(3)若PPS有效，将系统时钟四舍五入到整秒钟；若PPM有效，将系统时钟四舍五入到整分钟。
5、检测以太网NTP报文有效性，若有效则根据NTP协议调整系统时钟。
如图2所示，对时信号类型为PPS或PPM时，因信号中不包含日历时间信息，辅助使用以太网NTP方式校正系统的日历时间(如年、月、日、时、分、秒信息)。
步骤C，系统输出当前选用的对时信号类型，若无任何有效的对时信号，输出报警信号。
以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。

Claims (8)

1.一种嵌入式系统自适应对时方法，其特征在于包括如下步骤：
步骤A，设定对时接口与对时信号类型组合的优先级；
步骤B，以设定周期循环按照步骤A确定的优先级依次检测各种对时信号，优先使用优先级高的信号对时，优先级高的信号无效时才检测优先级低的信号；
所述步骤B中，光纤或电平输入的IRIG-B信号的检测和对时方法是：
(1)检测是否接收到IRIG-B脉冲序列，若未接收到指定格式的脉冲序列则IRIG-B无效；
(2)若接收到IRIG-B脉冲序列，以节拍值为基准，计算最近两次IRIG-B脉冲序列的间隔时间tb：
tb＝(Tb–Tb1)/F
其中，节拍值指系统的时间基准，且按固定频率自增；Tb是最近一个IRIG-B脉冲序列到来时的节拍值，Tb1是上一个IRIG-B脉冲序列到来时的节拍值，F是节拍值自增频率；若tb在1s附近，则认为IRIG-B有效；否则认为IRIG-B无效；
(3)若IRIG-B有效，将系统时钟设置为IRIG-B中携带的日历时间加上(Tnow–Tb)/F，其中Tnow为当前节拍值。
2.如权利要求1所述的一种嵌入式系统自适应对时方法，其特征在于：所述步骤A中，根据信号时标精度确定对时信号的优先级，由高到低为：光纤或电平输入的IRIG-B、以太网IEEE-1588、光纤或电平输入的PPS、光纤或电平输入的PPM、空接点输入的PPS、空接点输入的PPM、以太网NTP。
3.如权利要求1所述的一种嵌入式系统自适应对时方法，其特征在于：所述步骤B中，对时信号为PPS或PPM时，辅助使用以太网NTP方式校正系统的日历时间。
4.如权利要求1所述的一种嵌入式系统自适应对时方法，其特征在于：所述步骤B中，以太网IEEE-1588信号的检测和对时方法是：检测以太网IEEE-1588报文有效性，若有效则根据IEEE-1588协议调整系统时钟。
5.如权利要求1所述的一种嵌入式系统自适应对时方法，其特征在于：所述步骤B中，光纤或电平输入的PPS或PPM信号的检测和对时方法是：
(1)检测是否接收到指定脉宽的单脉冲序列，若未接收到单脉冲则PPS、PPM无效；
(2)若接收到单脉冲，以节拍值为基准，计算最近两次单脉冲的间隔时间tp：
tp＝(Tp–Tp1)/F
其中，Tp是最近一个单脉冲到来时的节拍值，Tp1是上一个单脉冲到来时的节拍值，F是节拍值自增频率；若tp在1s附近，则认为PPS有效；若tp在60s附近，则认为PPM有效；否则认为PPS、PPM无效；
(3)若PPS有效，将系统时钟设置为当前系统时间四舍五入到整秒钟再加上(Tnow–Tp)/F；若PPM有效，将系统时钟设置为当前系统时间四舍五入到整分钟再加上(Tnow–Tp)/F，其中，Tnow为当前节拍值。
6.如权利要求1所述的一种嵌入式系统自适应对时方法，其特征在于：所述步骤B中，空接点输入的PPS或PPM信号的检测和对时方法是：
(1)检测空接点输入信号是否发生由0到1或由1到0的变位，若未发生变位则PPS、PPM无效；
(2)若空接点输入信号发生变位，以节拍值为基准，计算最近两次变位的间隔时间tc：
tc＝(Tnow–Tc1)/F
其中，Tnow是当前节拍值，Tc1是上一次空接点输入信号变位时的节拍值，F是节拍值自增频率；若tc在1s附近，则认为PPS有效；若tc在60s附近，则认为PPM有效；否则认为PPS、PPM无效；
(3)若PPS有效，将系统时钟四舍五入到整秒钟；若PPM有效，将系统时钟四舍五入到整分钟。
7.如权利要求1所述的一种嵌入式系统自适应对时方法，其特征在于：所述步骤B中，以太网NTP信号的检测和对时方法是：检测以太网NTP报文有效性，若有效则根据NTP协议调整系统时钟。
8.如权利要求1所述的一种嵌入式系统自适应对时方法，其特征在于：所述对时方法还包括步骤C：系统输出当前选用的对时信号类型，若无任何有效的对时信号，输出报警信号。
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