CN107147467A - 一种tte终端系统内部时间同步系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及通信网络时间同步技术领域，具体来说是一种TTE终端系统内部时间同步系统及方法,所述的系统包括主机、通信控制器,通信控制器与主机和至少一个交换机进行通信，通信控制器根据计算得到的时钟修正值对主机和自身的本地时钟进行修正并产生数据帧，在分配给网络节点的固定时隙内向交换机发送数据帧；主机发送终端系统内部时钟同步命令和TTE网络中不同流量等级的命令。所述的TTE终端系统内部时间同步方法根据主机和通信控制器之间的数据传递计算时钟修正值，在固定时隙内向交换机发送数据帧。本系统和方法提高了时钟的精度、输出时钟的稳定性和确定性，保证了主机与通信控制器之间有确定性的传输延迟。
Description
技术领域
本发明涉及通信网络时间同步技术领域，具体来说是一种TTE终端系统内部时间同步系统及方法。
背景技术
TTE系统因其高可靠性、高确定性而广泛应用于航空电子、无人车等领域。TTE的终端系统与交换机是TTE系统的主要组成部分，TTE的终端系统是由主机和TT控制器或是以太网控制器通过CNI总线连接组成的系统，但现有的TTE终端系统中主机和控制器之间通信延迟的不确定性直接影响主机发送命令的时间，并造成控制器接收并执行命令的时间不确定，由此可能导致会发出的消息不及时。当TTE网络中的SM(同步控制器)、CM(集中控制器)等作为协议中的固有节点时，其表示：当网络节点外接时钟源时，由于主机时钟与控制器时钟的不一致性，将会导致时钟精度降低；而当网络节点作为同步主节点(SM)时，该网络节点的时钟则会参与时钟同步算法的计算，可能会对同步结果造成一定影响。
发明内容
本发明的目的在于提供一种TTE终端系统内部时间同步系统及方法，以有效地解决TTE终端系统内部时钟不同步，内部数据传输存在的不确定延迟问题。
为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：
本发明一方面提供一种TTE终端系统内部时间同步系统，包括主机、通信控制器，
所述的通信控制器与主机和至少一个交换机进行通信，通信控制器包括TTE/COTS控制模块和同步模块，所述的同步模块分别与主机和TTE/COTS控制模块通信，同步模块执行时钟同步算法，并将计算得到的时钟修正值分别传送至主机和TTE/COTS控制模块，以使主机和TTE/COTS控制模块根据时钟修正值修正本地时钟；
所述的TTE/COTS控制模块分别与主机、同步模块和交换机通信，在接收到同步模块发出的时钟修正值后修正TTE/COTS控制模块的本地时钟；接收交换机发出的数据帧或根据主机的命令产生数据帧，并在分配给网络节点的固定时隙内向交换机发送数据帧；
所述的主机发送终端系统内部时钟同步命令和TTE网络中不同流量等级的命令，并在接收到同步模块发出的时钟修正值后修正主机的本地时钟。
进一步地，同步模块包括时间戳单元、1588控制器和实时时钟模块，
所述的时间戳单元分别与主机和1588控制器通信，在接收到主机发送终端系统内部时钟同步命令产生的时间同步信号后，插入时间戳，并将带有时间戳的时间同步信号送入1588控制器；
所述的1588控制器分别与时间戳单元和实时时钟模块通信，在接收到时间戳单元发出带有时间戳的时间同步后，产生延时请求数据帧，并通过时间戳单元将插入时间戳的延时请求数据帧返回至主机，待主机返回延时应答数据帧后，根据延时请求数据帧和延时应答数据帧计算主机与通信控制器之间的传输延时和时间偏差，得出时钟修正值，并将时钟修正值发送至实时时钟模块；
所述的实时时钟模块分别与主机、1588控制器和TTE/COTS控制器通信，在接受到1588控制器发出的时钟修正值后，将时钟修正值分别发送至主机和TTE/COTS控制器。
进一步地，所述的同步模块为执行1588协议算法的芯片或可编程器件。
进一步地，TTE/COTS控制模块包括TT/COTS控制器、时钟模块、时钟同步模块和与交换机进行通信的发送器和接收器，
所述的TT/COTS控制器分别与主机、发送器、接收器通信，用于根据接收主机发送的命令产生流量等级不同的TT数据帧、RC数据帧、BE数据帧，并根据TDMA分配的时间表在固定时隙内通过发送器向交换机发送数据帧；或者，通过接收器接收交换机发出的数据帧，并按照数据帧类型执行不同操作；
所述的时钟模块分别与时间同步模块和同步模块通信，用于实时检测同步模块发送的时钟信号，在检测到时钟信号时，将时钟修正值发送至时钟同步模块；
所述的时钟同步模块分别与时钟模块和接收器通信，用于根据时钟修正值更新TTE/COTS控制模块的本地时钟。
进一步地，TT/COTS控制器在接收到交换机发出的PCF数据帧时，通过时钟同步模块和时钟模块修正TTE/COTS控制模块的本地时钟。
进一步地，所述的主机配置有端口接口、时间戳接口和时钟接口，主机通过总线和端口接口、时间戳接口、时钟接口与通信控制器进行通信。
本发明另一方面提供一种TTE终端系统内部时间同步的方法，所述的时间同步方法具体步骤为：
S1.配置主机、通信控制器、交换机之间的通信连接关系，使通信控制器与主机和交换机之间相互通信；
S2.主机发起终端系统内部时钟同步命令，并向通信控制器发送时间同步信号，通信控制器在接收到时间同步信号后产生延时请求数据帧，并将延时请求数据帧送入主机；
S3.主机收到延时请求数据帧后产生延时应答数据帧，并将延时应答数据帧返回至通信控制器，通信控制器根据延时请求数据帧和延时应答数据帧计算主机与通信控制器之间的传输延时和时间偏差，得出时钟修正值；
S4.通信控制器将时钟修正值发送至主机，并依据时钟修正值对通信控制器的本地时钟进行修正，主机在接收到时钟修正值后对主机的本地时间进行修正；
S5.主机发起不同流量优先级的TTE网络命令；
S6.通信控制器根据主机的TTE网络命令或在接收到交换机发出的数据帧时产生不同流量等级的数据帧并在分配给网络节点的固定时隙内向交换机发送相应数据帧。
进一步地，所述的步骤S6具体为：
S61.判断通信控制器是否接收到主机发送的命令并引起中断；若未引起中断，则发送中断并创建TT数据帧、RC数据帧、BE数据帧，并进入步骤S62；
S62.读取TTE网络命令的优先级并判断是否为TT数据帧；
S63.若是TT数据帧，则判断通信控制器是否正在发送RC数据帧或BE数据帧，若通信控制器正在发送RC数据帧或BE数据帧，则TT数据帧抢占信道，停止发送RC数据帧或BE数据帧；若通信控制器不在发送RC数据帧或BE数据帧，则进入步骤S65；
S64.若不是TT数据帧，则将数据帧存入缓存，并判断通信控制器是否在发送TT数据帧，如果通信控制器在发送TT数据帧则等待；若通信控制器不在发送TT数据帧，则进入步骤S65；
S65.判断数据帧发送的时间点是否在本网络节点的时隙内，若在，则向交换机发送数据帧，若不在，则等待到本网络节点的时隙内时再发送数据。
进一步地，所述的步骤S61还包括：
S611.若引起中断，则接收中断并接收交换机发出的数据帧；
S612.判断数据帧是否为PCF数据帧；若是PCF数据帧，则进入步骤613；若不是PCF数据帧，则检测时钟修正值是否更新，若时钟修正值已更新，则进入步骤S613；若时钟修正值未更新，则判断数据帧类型，并提交至处理数据帧的程序处理；
S613.根据更新后的时钟修正值更新通信控制器的本地时钟。
进一步地，所述的通信控制器在接收到时间同步信号后盖上时间戳；并在产生一个发送至主机的延时请求数据帧时盖上发送时的时间戳。
本发明由于采用以上技术方案，使之与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：
本发明通过同步模块对主机和通信控制器的本地时钟进行了修正，从而提高了时钟的精度、输出时钟的稳定性和确定性，有效解决了TTE终端系统内部时钟不同步，内部数据传输存在不确定延迟问题，保证了主机与通信控制器之间有确定性的传输延迟；本发明能使仅含有COTS控制器的通信控制器也可以发送TT消息，从而达到使用TTE控制器的效果。
附图说明
图1为本发明中TTE终端系统内部时间同步系统的框图；
图2为本发明的流程示意图；
图3为本发明中通信控制器的执行流程示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明提出的技术方案进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比率，仅用于方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
实施例1
参见图1，图1为本发明中TTE终端系统内部时间同步系统的系统框图，本系统主要包括主机和通信控制器，通信控制器与主机和至少一个交换机分别进行通信，其中，主机配置有端口接口、时间戳接口和时钟接口，通信控制器通过总线(如PCI总线)和端口接口、时间戳接口、时钟接口与主机进行通信；通信控制器带有发送器和接收器，发送器和接收器是用于使通信控制器与至少一个交换机等网络设备进行通信。
通信控制器包括TTE/COTS控制模块和同步模块，同步模块分别与主机和TTE/COTS控制模块通信，同步模块主要用于执行主机与控制器之间的时钟同步算法，并将计算得到的时钟修正值分别传送至主机和TTE/COTS控制模块，以使主机和TTE/COTS控制模块根据时钟修正值修正本地时钟。
同步模块为执行1588协议算法的1588芯片或可编程器件,如DP83640、FPGA等，本实施例中，同步模块具体包括时间戳单元、1588控制器和实时时钟模块：
时间戳单元分别与主机和1588控制器通信，主要是通过总线、时间戳接口与主机进行通信，时间戳单元在接收到主机发送终端系统内部时钟同步命令产生的时间同步信号后，插入时间戳，并将带有时间戳的时间同步信号送入1588控制器；
1588控制器分别与时间戳单元和实时时钟模块通信，在接收到时间戳单元发出带有时间戳的时间同步后，产生延时请求数据帧，并通过时间戳单元将插入时间戳的延时请求数据帧返回至主机，待主机返回延时应答数据帧后，根据延时请求数据帧和延时应答数据帧计算主机与通信控制器之间的传输延时和时间偏差，得出时钟修正值，并将时钟修正值发送至实时时钟模块；
实时时钟模块分别与主机、1588控制器和TTE/COTS控制器通信，在接受到1588控制器发出的时钟修正值后，通过总线将时钟修正值分别发送至主机和TTE/COTS控制器，以便主机和TTE/COTS控制器更新时钟。
TTE/COTS控制模块分别与主机、同步模块和交换机通信，其主要是在接收到同步模块发出的时钟修正值后修正TTE/COTS控制模块的本地时钟；并接收交换机发出的数据帧或根据主机的命令产生数据帧，在分配给网络节点的固定时隙内向交换机发送数据帧。
TTE/COTS控制模块主要包括TT/COTS控制器、时钟模块、时钟同步模块和发送器和接收器：
TT/COTS控制器分别与主机、发送器、接收器通信，用于根据接收主机发送的命令产生流量等级不同的TT数据帧、RC数据帧、BE数据帧，并根据TDMA分配的时间表在固定时隙内通过发送器向交换机发送数据帧；或者，通过接收器接收交换机发出的数据帧，并按照数据帧类型执行不同操作；
TT/COTS控制器在发送数据帧时，需读取TTE网络命令的优先级并判断是否为TT数据帧；若是TT数据帧，则判断通信控制器是否正在发送RC数据帧或BE数据帧，若通信控制器正在发送RC数据帧或BE数据帧，则TT数据帧抢占信道，停止发送RC数据帧或BE数据帧；若通信控制器不在发送RC数据帧或BE数据帧，则判断数据帧发送的时间点是否在本网络节点的时隙内，若在，则向交换机发送数据帧，若不在，则等待到本网络节点的时隙内时再发送数据；若不是TT数据帧，则将数据帧存入缓存，并判断通信控制器是否在发送TT数据帧，如果通信控制器在发送TT数据帧则等待；若通信控制器不在发送TT数据帧，则判断数据帧发送的时间点是否在本网络节点的时隙内，若在，则向交换机发送数据帧，若不在，则等待到本网络节点的时隙内时再发送数据。
当TT/COTS控制器在接收到交换机发出的PCF数据帧时，通过时钟同步模块和时钟模块修正TTE/COTS控制模块的本地时钟，具体地，先判断数据帧是否为PCF数据帧；若是PCF数据帧，则根据更新后的时钟修正值更新通信控制器的本地时钟；若不是PCF数据帧，则检测时钟修正值是否更新，若时钟修正值已更新，则根据更新后的时钟修正值更新通信控制器的本地时钟；若时钟修正值未更新，则判断数据帧类型，并提交至处理数据帧的程序处理。换句话说，当TT/COTS控制器发送PCF数据帧时，不需要判断是否在本网络节点的时隙内，直接发送即可；当TT/COTS控制器检测到除上述信号以外的其他信号，则交由TTE处理数据帧的程序处理。
时钟模块分别与时间同步模块和同步模块通信，用于实时检测同步模块发送的时钟信号，在检测到时钟信号时，将时钟修正值发送至时钟同步模块；时钟同步模块通过总线分别与时钟模块和接收器通信，用于根据时钟修正值更新TTE/COTS控制模块的本地时钟。
主机上配置有IEEE1588应用程序和TTE应用程序，并配置端口接口、时间戳接口和时钟接口，主机主要是发送终端系统内部时钟同步命令和TTE网络中不同流量等级的命令，并在接收到同步模块发出的时钟修正值后修正主机的本地时钟。具体地，主机是由带有1588应用程序和TTE应用程序的PC机或者含Linux系统的硬件设备构成。
本系统是针对现有的TTE系统中通信延迟的不确定性问题，设计了一种基于IEEE1588同步协议的TTE终端系统内部时间同步系统，使主机与通信控制器之间利用1588协议进行时间同步，从而保证了主机与控制器之间有确定性的传输延迟，并使仅含有COTS控制器的通信控制器也可以发送TT消息，从而达到使用TTE控制器的效果，当主机含有外接时钟源时，该终端系统也可以保证系统的时钟输出精度比普通的TTE终端系统高。
实施例2
本发明提供一种TTE终端系统内部时间同步的方法，参见图2，间同步方法具体步骤为：
S1.配置主机、通信控制器、交换机之间的通信连接关系，使通信控制器与主机和交换机之间相互通信；
S2.主机发起终端系统内部时钟同步命令，并向通信控制器发送时间同步信号，通信控制器在接收到时间同步信号后产生延时请求数据帧，在产生的延时请求数据帧中插入时间戳，并将带有时间戳的延时请求数据帧送入主机；
S3.主机收到延时请求数据帧后产生延时应答数据帧，并将延时应答数据帧返回至通信控制器，通信控制器根据延时请求数据帧和延时应答数据帧计算主机与通信控制器之间的传输延时和时间偏差，得出时钟修正值；
S4.通信控制器将时钟修正值发送至主机，并依据时钟修正值对通信控制器的本地时钟进行修正，主机在接收到时钟修正值后对主机的本地时间进行修正；
S5.主机发起不同流量优先级的TTE网络命令；
S6.通信控制器根据主机的TTE网络命令或在接收到交换机发出的数据帧时产生不同流量等级的数据帧并在分配给网络节点的固定时隙内向交换机发送相应数据帧。
具体地，步骤S6是利用通信控制器中的TTE/COTS控制模块实现，参见图3，该过程具体为：
S61.判断通信控制器是否接收到主机发送的命令并引起中断；若未引起中断，则发送中断并创建TT数据帧、RC数据帧、BE数据帧，并进入步骤S62；
S62.读取TTE网络命令的优先级并判断是否为TT数据帧；
S63.若是TT数据帧，则判断通信控制器是否正在发送RC数据帧或BE数据帧，若通信控制器正在发送RC数据帧或BE数据帧，则TT数据帧抢占信道，停止发送RC数据帧或BE数据帧；若通信控制器不在发送RC数据帧或BE数据帧，则进入步骤S65；
S64.若不是TT数据帧，则将数据帧存入缓存，并判断通信控制器是否在发送TT数据帧，如果通信控制器在发送TT数据帧则等待；若通信控制器不在发送TT数据帧，则进入步骤S65；
S65.判断数据帧发送的时间点是否在本网络节点的时隙内，若在，则向交换机发送数据帧，若不在，则等待到本网络节点的时隙内时再发送数据。
此外，考虑到引起中断的情况，步骤S61具体还包括：
S611.若引起中断，则接收中断并接收交换机发出的数据帧；
S612.判断数据帧是否为PCF数据帧；若是PCF数据帧，则进入步骤613；若不是PCF数据帧，则检测时钟修正值是否更新，若时钟修正值已更新，则进入步骤S613；若时钟修正值未更新，则判断数据帧类型，并提交至处理数据帧的程序处理；
S613.根据更新后的时钟修正值更新通信控制器的本地时钟。
通过以上步骤，解决了TTE终端系统内部时钟不同步，内部数据传输存在不确定延迟问题保证了主机与控制器之间有确定性的传输延迟。
本技术领域的技术人员应理解，本发明可以以许多其他具体形式实现而不脱离本发明的精神或范围，以上公开的仅为本发明优选实施例。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属领域技术人员能很好地利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制，本技术领域的技术人员可如所附权利要求书界定的本发明精神和范围之内作出变化和修改。
Claims (10)
1.一种TTE终端系统内部时间同步系统，包括主机、通信控制器，其特征在于，
所述的通信控制器与主机和至少一个交换机进行通信，通信控制器包括TTE/COTS控制模块和同步模块，所述的同步模块分别与主机和TTE/COTS控制模块通信，同步模块执行时钟同步算法，并将计算得到的时钟修正值分别传送至主机和TTE/COTS控制模块，以使主机和TTE/COTS控制模块根据时钟修正值修正本地时钟；
所述的TTE/COTS控制模块分别与主机、同步模块和交换机通信，在接收到同步模块发出的时钟修正值后修正TTE/COTS控制模块的本地时钟；接收交换机发出的数据帧或根据主机的命令产生数据帧，并在分配给网络节点的固定时隙内向交换机发送数据帧；
所述的主机发送终端系统内部时钟同步命令和TTE网络中不同流量等级的命令，并在接收到同步模块发出的时钟修正值后修正主机的本地时钟。
2.根据权利要求1所述的一种TTE终端系统内部时间同步系统，其特征在于，同步模块包括时间戳单元、1588控制器和实时时钟模块，
所述的时间戳单元分别与主机和1588控制器通信，在接收到主机发送终端系统内部时钟同步命令产生的时间同步信号后，插入时间戳，并将带有时间戳的时间同步信号送入1588控制器；
所述的1588控制器分别与时间戳单元和实时时钟模块通信，在接收到时间戳单元发出带有时间戳的时间同步后，产生延时请求数据帧，并通过时间戳单元将插入时间戳的延时请求数据帧返回至主机，待主机返回延时应答数据帧后，根据延时请求数据帧和延时应答数据帧计算主机与通信控制器之间的传输延时和时间偏差，得出时钟修正值，并将时钟修正值发送至实时时钟模块；
所述的实时时钟模块分别与主机、1588控制器和TTE/COTS控制器通信，在接受到1588控制器发出的时钟修正值后，将时钟修正值分别发送至主机和TTE/COTS控制器。
3.根据权利要求2所述的一种TTE终端系统内部时间同步系统，其特征在于，所述的同步模块为执行1588协议算法的芯片或可编程器件。
4.根据权利要求1或2所述的一种TTE终端系统内部时间同步系统，其特征在于，TTE/COTS控制模块包括TT/COTS控制器、时钟模块、时钟同步模块和与交换机进行通信的发送器和接收器，
所述的TT/COTS控制器分别与主机、发送器、接收器通信，用于根据接收主机发送的命令产生流量等级不同的TT数据帧、RC数据帧、BE数据帧，并根据TDMA分配的时间表在固定时隙内通过发送器向交换机发送数据帧；或者，通过接收器接收交换机发出的数据帧，并按照数据帧类型执行不同操作；
所述的时钟模块分别与时间同步模块和同步模块通信，用于实时检测同步模块发送的时钟信号，在检测到时钟信号时，将时钟修正值发送至时钟同步模块；
所述的时钟同步模块分别与时钟模块和接收器通信，用于根据时钟修正值更新TTE/COTS控制模块的本地时钟。
5.根据权利要求4所述的一种TTE终端系统内部时间同步系统，其特征在于，所述的TT/COTS控制器在接收到交换机发出的PCF数据帧时，通过时钟同步模块和时钟模块修正TTE/COTS控制模块的本地时钟。
6.根据权利要求1所述的一种TTE终端系统内部时间同步系统，其特征在于，所述的主机配置有端口接口、时间戳接口和时钟接口，主机通过总线和端口接口、时间戳接口、时钟接口与通信控制器进行通信。
7.一种TTE终端系统内部时间同步方法，其特征在于，所述的时间同步方法具体步骤为：
S1.配置主机、通信控制器、交换机之间的通信连接关系，使通信控制器与主机和交换机之间相互通信；
S2.主机发起终端系统内部时钟同步命令，并向通信控制器发送时间同步信号，通信控制器在接收到时间同步信号后产生延时请求数据帧，并将延时请求数据帧送入主机；
S3.主机收到延时请求数据帧后产生延时应答数据帧，并将延时应答数据帧返回至通信控制器，通信控制器根据延时请求数据帧和延时应答数据帧计算主机与通信控制器之间的传输延时和时间偏差，得出时钟修正值；
S4.通信控制器将时钟修正值发送至主机，并依据时钟修正值对通信控制器的本地时钟进行修正，主机在接收到时钟修正值后对主机的本地时间进行修正；
S5.主机发起不同流量优先级的TTE网络命令；
S6.通信控制器根据主机的TTE网络命令或在接收到交换机发出的数据帧时产生不同流量等级的数据帧并在固定时隙内向交换机发送相应数据帧。
8.根据权利要求7所述的一种TTE终端系统内部时间同步方法，其特征在于，所述的步骤S6具体为：
S61.判断通信控制器是否接收到主机发送的命令并引起中断；若未引起中断，则发送中断并创建TT数据帧、RC数据帧、BE数据帧，并进入步骤S62；
S62.读取TTE网络命令的优先级并判断是否为TT数据帧；
S63.若是TT数据帧，则判断通信控制器是否正在发送RC数据帧或BE数据帧，若通信控制器正在发送RC数据帧或BE数据帧，则TT数据帧抢占信道，停止发送RC数据帧或BE数据帧；若通信控制器不在发送RC数据帧或BE数据帧，则进入步骤S65；
S64.若不是TT数据帧，则将数据帧存入缓存，并判断通信控制器是否在发送TT数据帧，如果通信控制器在发送TT数据帧则等待；若通信控制器不在发送TT数据帧，则进入步骤S65；
S65.判断数据帧发送的时间点是否在本网络节点的时隙内，若在，则向交换机发送数据帧，若不在，则等待到本网络节点的时隙内时再发送数据。
9.根据权利要求8所述的一种TTE终端系统内部时间同步方法，其特征在于，所述的步骤S61还包括：
S611.若引起中断，则接收中断并接收交换机发出的数据帧；
S612.判断数据帧是否为PCF数据帧；若是PCF数据帧，则进入步骤613；若不是PCF数据帧，则检测时钟修正值是否更新，若时钟修正值已更新，则进入步骤S613；若时钟修正值未更新，则判断数据帧类型，并提交至处理数据帧的程序处理；
S613.根据更新后的时钟修正值更新通信控制器的本地时钟。
10.根据权利要求7所述的一种TTE终端系统内部时间同步方法，其特征在于，所述的通信控制器在接收到时间同步信号后盖上时间戳；并在产生一个发送至主机的延时请求数据帧时盖上发送时的时间戳。
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