CN107229305B - 一种系统时钟无损切换的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种系统时钟无损切换的方法，包括以下步骤：S1）对控制卡A、控制卡B和业务卡的进行初始化：控制卡A时钟模式设置为主模式，控制卡B时钟模式设置为从模式；S2）控制卡A的主备控制模块监测到主备切换触发信号，向控制卡B和业务卡发出切换命令；S3）控制卡B接收切换命令后，时钟模式由从模式切换到主模式；S4）控制卡B的时钟模式切换完成通知业务卡；S5）业务卡接收到控制卡B的通知后，时钟跟踪控制卡B；S6）控制卡A的时钟模式由主模式切换为从模式。本发明利用板卡的主备控制模块，克服了时钟切换过程中出现的互锁时钟延迟、拔掉板卡导致时钟丢失和在非同步的时钟源做时钟切换时导致业务中断的情况。

Description

一种系统时钟无损切换的方法

技术领域

本发明涉及通信技术领域，具体的说，是一种系统时钟无损切换的方法。

背景技术

现有技术中，一个通信设备会有多种板块组成，如电源卡，控制卡，业务卡，风扇卡等。为了提高系统的可靠性和稳定性，对于某些核心功能的单板都采取了1+1的备份，例如，对控制卡进行做了备份功能。当主控制卡出现故障或人为切换时，能自动切换到备用的控制卡。在这个主备切换过程中，业务卡的时钟来源也会跟着切换。在目前的时钟主备切换的方案中，主用控制卡会使用数字锁相环来跟踪参考源，并产生多路同步的时钟，输送至业务卡。同时送一路时钟到备用控制卡。备用控制卡会使用内部的模拟锁相环来产生时钟输送至业务卡，作为业务卡的备用时钟，同时产生一路时钟送回给主用控制卡作为互锁时钟。通常的主备切换方法为：第一步，主控制卡由主模式切换到从模式，时钟跟踪备用控制卡，同时通知备用控制卡进行时钟切换；第二步，备用控制卡接收切换指示，从模式切换到主模式。由于内部通信的延迟以及信号传输的延迟等，在第一步和第二步之间，，控制卡A与控制卡B的时钟都工作在从模式，并且跟踪时钟源都会来自于对方，导致短暂的互锁。互锁会导致时钟频率发生偏移，若偏移超过系统允许的最大范围后，可能会导致业务的丢包，甚至中断。

发明内容

本发明的目的在于提供一种系统时钟无损切换的方法，用于解决现有技术中通信设备中的控制卡在进行主备切换时由于时钟切换的不稳定性导致通信网络出现丢包甚至中断的问题。

为了达到上述目的，本发明通过下述技术方案实现：

一种系统时钟无损切换的方法，包括以下步骤：

S1）对通信设备上的控制卡A、控制卡B和业务卡的进行初始化：控制卡A设置为主控制器，时钟模式设置为主模式，控制卡B设置为备用控制器，时钟模式设置为从模式，业务卡的时钟跟踪控制卡A的时钟,所述控制卡A和控制卡B均包括：

主备控制模块：用于检测各个模块的主备切换状态和监测主备切换触发信号；

锁相环PLL：包括数字锁相环DPLL和模拟锁相环APLL，所述数字锁相环DPLL工作在主模式下，所述模拟锁相环APLL工作在从模式下；

互锁时钟：用于将控制卡A和控制卡B的时钟互锁信号发送至对方,实现时钟之间的平滑切换和跟踪；

所述业务卡包括业务收发模块：用于业务卡时钟切换的主备控制模块、用于接收来自控制卡A和控制卡B的输出时钟的模拟锁相环APLL和数据业务收发模块，所述数据业务收发模块根据线路上的数据业务，恢复出时钟，即线路恢复时钟；

S2）控制卡A的主备控制模块监测到主备切换触发信号，向控制卡B和业务卡发出切换命令，用于通知控制卡B和业务卡准备切换时钟；

S3）控制卡B接收所述控制卡A的切换命令后，控制卡B的主备控制模块会切换锁相环PLL的工作状态，时钟模式由从模式切换到主模式；

S4）控制卡B的时钟模式切换完成后调整输出的时钟的相位，控制卡B通过内部的主备控制模块通知业务卡控制卡B已切换为主模式；

S5）业务卡接收控制卡A的切换命令且收到控制卡B的通知后，业务卡的时钟跟踪控制卡B的时钟；

S6）业务卡A的时钟切换完成后，控制卡A的时钟模式由主模式切换为从模式。

通信设备中的板卡分为控制卡A，控制卡B和业务卡，各板卡内部都包含一个主备控制模块，用于主备切换控制。业务卡内包含数据业务收发模块，提供线路恢复时钟并将线路恢复时钟一分为二，分别送到控制卡A和控制卡B。控制卡A作为主控制器时，使用数字锁相环DPLL来跟踪参考时钟源，并产生多路同步的时钟，输送至业务卡,同时送一路时钟到备用控制器即控制卡B，控制卡B会使用内部的模拟锁相环APLL来产生时钟输送至业务卡，作为业务卡的备用时钟，同时产生一路时钟送回给控制卡A作为互锁时钟。正常运行时，控制卡A为主控制器，时钟模块工作在主模式。控制卡B为备用控制器，时钟模块工作在从模式。各个板卡的主备控制模块会检测各自的主备切换状态。当控制卡A的时钟出现故障，或者人为做时钟主备切换或者人为拔掉板卡时，控制卡A中的主备控制模块会监测到主备切换触发信号，并进入切换流程：首先控制卡A的主备控制模块发出切换命令，通知控制卡B和业务卡准备切换时钟；当业务卡接收到主备切换命令后，先不做任何动作，继续等待控制卡B的命令；控制卡B接收到控制卡A的切换命令后，控制卡B的主备控制模块会切换PLL的工作状态，时钟由从模式切换到主模式。在这个切换过程中，控制卡B输送至业务卡的时钟会出现抖动，但是由于此时业务卡的选择的时钟源还是来自控制卡A的时钟，未切换时钟，所以不会影响数据业务。在控制卡B完成时钟主从切换，并调整输出的时钟的相位后，控制卡B会通过自身的主备控制模块通知业务卡切换已完成，业务卡收到信号后，再通过业务卡内部的主备控制模块，将业务卡的时钟切换到控制卡B的时钟。由于此时控制卡A和控制卡B输输送至业务卡的时钟是同源且相位对齐的，所以保证了业务卡在时钟主备切换过程中，数据业务不会产生瞬间中断。

优选地，所述S1）中控制卡A的时钟为外部参考时钟或线路恢复时钟，所述控制卡B的时钟跟踪互锁时钟。

控制卡A的时钟为外部参考时钟时，控制器卡B由从模式切换为主模式时，跟踪的时钟由控制卡A的时钟切换到与控制卡A的时钟同源的外部参考时钟或线路恢复时钟。因此，此时虽然控制卡A和控制卡B都处于主模式，但由于时钟为同源时钟，因此业务卡的数据业务不会产生丢包或中断现象。

优选地，优选地，所述步骤S3）由从模式切换为主模式的具体内容为：控制卡B从模拟锁相环APLL切换到数字锁相环DPLL，跟踪的时钟切换为与控制卡A同源的时钟。

控制卡B的数字锁相环DPLL切换到工作模式，产生的时钟输输送至业务卡，因此控制卡B由备用控制器切换到主控制器。

优选地，所述控制卡A和控制卡B的时钟还可以采用同一个外部参考时钟。

控制卡A和控制卡B采用同一个外部参考时钟，因此同源同相位，输出的互锁时钟在时间和相位的延迟较小，在系统允许的范围内，因此更有利于提高业务卡的业务稳定。

优选地，当所述S1）中控制卡A的时钟设置为外部参考时钟1，控制卡B的时钟设置为外部参考时钟2且所述S2）中控制卡A的主备控制模块监测到外部参考时钟切换触发信号时，

所述S3）替换为：M1）控制卡B接收所述控制卡A的切换命令后，控制卡B的主备控制模块会切换锁相环PLL的工作状态，时钟模式由从模式切换到主模式，控制卡B的时钟跟踪外部参考时钟2，控制卡B的输出时钟域外部参考时钟2同步；

所述S4）替换为：M2）控制卡A的时钟模式仍为主模式，控制卡A的时钟由外部参考时钟1切换至控制卡B的输出时钟并通知业务卡时钟源切换已完成；

所述S5）替换为：M3）业务卡接收到控制卡A时钟切换完成的通知后，业务卡的时钟跟踪控制卡B的输出时钟。

控制卡时钟模块工作在主模式，时钟来源为外部参考时钟1，控制卡B时钟模块工作在从模式，时钟为外部参考时钟2，在系统从外部参考时钟1切换到外部参考时钟2的时候，控制卡A的主备控制模块收到触发信号，进入切换外部参考时钟流程：首先控制卡A的主备控制模块发出切换命令，通知控制卡B以及业务卡准备切换不同的时钟源，当业务卡接收到命令后，先不做任何动作，继续等待控制卡A的下一个命令。控制卡B接收到控制卡A的切换命令后，控制卡B的主备控制模块会切换PLL的工作状态，由从模式切换到主模式，跟踪的时钟由互锁时钟切换到外部参考时钟2。在这个切换过程中，控制卡B输送至业务卡的时钟会出现抖动，但是由于此时业务卡的选择的时钟源还是来自控制卡A尚未切换时钟源，所以不会影响业务。在控制卡B完成时钟主从切换，并调整输出的时钟相位后，控制卡B会通过自身的主备控制模块通知控制卡A。控制卡A收到命令后，会将时钟源从外部时钟源1切换到控制卡B的输出时钟，由于此时控制卡A还工作在主模式，PLL还是处于数字锁相环的工作模式，所以切换时钟源并不会导致输出的时钟的突变，业务也不会收影响。在控制卡A完成时钟选源后，业务卡等到通知，跟踪的时钟源切换到控制卡B的时钟，最后控制卡A切换到从模式，完成了系统从外部时钟源1切换到外部时钟源2。

本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

（1）本发明中的主备切换和时钟切换，在控制卡B的切换过程中，业务卡的时钟源还是来自控制卡A的未切换时钟源，所以不会影响业务，在控制卡B完成时钟主从切换，业务卡再将时钟切换到控制卡B的时钟，由于此时控制卡A和控制卡B输送给业务卡的时钟是同步且相位对齐的，所以保证了业务卡在时钟主备切换过程中，业务不会瞬间中断。

（2）本发明利用板卡的主备控制模块，克服了时钟切换过程中出现的互锁时钟延迟、拔掉板卡操作导致时钟丢失和在非同步的时钟源之间做时钟切换时导致业务中断的情况。

附图说明

图1为本发明的系统原理框图；

图2为本发明的第一种实施方式的流程图；

图3为本发明的第三种实施方式的流程图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1：

结合附图1和图2所示，一种系统时钟无损切换的方法，包括以下步骤：

S1）对通信设备上的控制卡A、控制卡B和业务卡的进行初始化：控制卡A设置为主控制器，时钟模式设置为主模式，控制卡B设置为备用控制器，时钟模式设置为从模式，业务卡的时钟跟踪控制卡A的时钟,所述控制卡A和控制卡B均包括：

主备控制模块：用于检测各个模块的主备切换状态和监测主备切换触发信号；

锁相环PLL：包括数字锁相环DPLL和模拟锁相环APLL，所述数字锁相环DPLL工作在主模式下，所述模拟锁相环APLL工作在从模式下；

互锁时钟：用于将控制卡A和控制卡B的时钟互锁信号发送至对方,实现时钟之间的平滑切换和跟踪；

所述业务卡包括业务收发模块：用于业务卡时钟切换的主备控制模块、用于接收来自控制卡A和控制卡B的输出时钟的模拟锁相环APLL和数据业务收发模块，所述数据业务收发模块根据线路上的数据业务，恢复出时钟，即线路恢复时钟；

S2）控制卡A的主备控制模块监测到主备切换触发信号，向控制卡B和业务卡发出切换命令，用于通知控制卡B和业务卡准备切换时钟；

S3）控制卡B接收所述控制卡A的切换命令后，控制卡B的主备控制模块会切换锁相环PLL的工作状态，时钟模式由从模式切换到主模式；

S4）控制卡B的时钟模式切换完成后调整输出的时钟的相位，控制卡B通过内部的主备控制模块通知业务卡控制卡B已切换为主模式；

S5）业务卡接收控制卡A的切换命令且收到控制卡B的通知后，业务卡的时钟跟踪控制卡B的时钟；

S6）业务卡A的时钟切换完成后，控制卡A的时钟模式由主模式切换为从模式。

通信设备中的板卡分为控制卡A，控制卡B和业务卡，各板卡内部都包含一个主备控制模块，用于主备切换控制。业务卡内包含数据业务收发模块，提供线路恢复时钟并将线路恢复时钟一分为二，分别送到控制卡A和控制卡B。控制卡A作为主控制器时，使用数字锁相环DPLL来跟踪参考时钟源，并产生多路同步的时钟，输送至业务卡,同时送一路时钟到备用控制器即控制卡B，控制卡B会使用内部的模拟锁相环APLL来产生时钟输送至业务卡，作为业务卡的备用时钟，同时产生一路时钟送回给控制卡A作为互锁时钟。正常运行时，控制卡A为主控制器，时钟模块工作在主模式。控制卡B为备用控制器，时钟模块工作在从模式。各个板卡的主备控制模块会检测各自的主备切换状态。当控制卡A的时钟出现故障，或者人为做时钟主备切换或者人为拔掉板卡时，控制卡A中的主备控制模块会监测到主备切换触发信号，并进入切换流程：首先控制卡A的主备控制模块发出切换命令，通知控制卡B和业务卡准备切换时钟；当业务卡接收到主备切换命令后，先不做任何动作，继续等待控制卡B的命令；控制卡B接收到控制卡A的切换命令后，控制卡B的主备控制模块会切换PLL的工作状态，时钟由从模式切换到主模式。在这个切换过程中，控制卡B输送至业务卡的时钟会出现抖动，但是由于此时业务卡的选择的时钟源还是来自控制卡A的时钟，未切换时钟，所以不会影响数据业务。在控制卡B完成时钟主从切换，并调整输出的时钟的相位后，控制卡B会通过自身的主备控制模块通知业务卡切换已完成，业务卡收到信号后，再通过业务卡内部的主备控制模块，将业务卡的时钟切换到控制卡B的时钟。由于此时控制卡A和控制卡B输输送至业务卡的时钟是同源且相位对齐的，所以保证了业务卡在时钟主备切换过程中，数据业务不会产生瞬间中断。在拔掉板卡的时候，控制卡A和控制卡B的主备切换是微秒级别的，而拔掉板卡操作是毫秒级别的，所以在业务卡切换时钟那一刻，来自控制卡A和控制卡B的时钟均是稳定的，且保证同频同位上是对齐的，可以保证在切换过程中，业务正常。

实施例2：

在实施例1的基础上，结合附图1和图2所示，所述S1）中控制卡A的时钟为外部参考时钟或线路恢复时钟，所述控制卡B的时钟跟踪互锁时钟。

控制卡A的时钟为外部参考时钟时，控制器卡B由从模式切换为主模式时，跟踪的时钟由控制卡A的时钟切换到与控制卡A的时钟同源的外部参考时钟或线路恢复时钟。因此，此时虽然控制卡A和控制卡B都处于主模式，但由于时钟为同源时钟，因此业务卡的数据业务不会产生丢包或中断现象。

优选地，优选地，所述步骤S3）由从模式切换为主模式的具体内容为：控制卡B从模拟锁相环APLL切换到数字锁相环DPLL，跟踪的时钟切换为与控制卡A同源的时钟。控制卡B的数字锁相环DPLL切换到工作模式，产生的时钟输输送至业务卡，因此控制卡B由备用控制器切换到主控制器。

优选地，所述控制卡A和控制卡B的时钟还可以采用同一个外部参考时钟。控制卡A和控制卡B采用同一个外部参考时钟，因此同源同相位，输出的互锁时钟在时间和相位的延迟较小，在系统允许的范围内，因此更有利于提高业务卡的业务稳定。

实施例3：

在实施例1的基础上，结合附图1-3所示，当所述S1）中控制卡A的时钟设置为外部参考时钟1，控制卡B的时钟设置为外部参考时钟2且所述S2）中控制卡A的主备控制模块监测到外部参考时钟切换触发信号时，

所述S3）替换为：M1）控制卡B接收所述控制卡A的切换命令后，控制卡B的主备控制模块会切换锁相环PLL的工作状态，时钟模式由从模式切换到主模式，控制卡B的时钟跟踪外部参考时钟2，控制卡B的输出时钟域外部参考时钟2同步；

所述S4）替换为：M2）控制卡A的时钟模式仍为主模式，控制卡A的时钟由外部参考时钟1切换至控制卡B的输出时钟并通知业务卡时钟源切换已完成；

所述S5）替换为：M3）业务卡接收到控制卡A时钟切换完成的通知后，业务卡的时钟跟踪控制卡B的输出时钟。

控制卡时钟模块工作在主模式，时钟来源为外部参考时钟1，控制卡B时钟模块工作在从模式，时钟为外部参考时钟2，在系统从外部参考时钟1切换到外部参考时钟2的时候，控制卡A的主备控制模块收到触发信号，进入切换外部参考时钟流程：首先控制卡A的主备控制模块发出切换命令，通知控制卡B以及业务卡准备切换不同的时钟源，当业务卡接收到命令后，先不做任何动作，继续等待控制卡A的下一个命令。控制卡B接收到控制卡A的切换命令后，控制卡B的主备控制模块会切换PLL的工作状态，由从模式切换到主模式，跟踪的时钟由互锁时钟切换到外部参考时钟2。在这个切换过程中，控制卡B输送至业务卡的时钟会出现抖动，但是由于此时业务卡的选择的时钟源还是来自控制卡A尚未切换时钟源，所以不会影响业务。在控制卡B完成时钟主从切换，并调整输出的时钟相位后，控制卡B会通过自身的主备控制模块通知控制卡A。控制卡A收到命令后，会将时钟源从外部时钟源1切换到控制卡B的输出时钟，由于此时控制卡A还工作在主模式，PLL还是处于数字锁相环的工作模式，所以切换时钟源并不会导致输出的时钟的突变，业务也不会收影响。在控制卡A完成时钟选源后，业务卡等到通知，跟踪的时钟源切换到控制卡B的时钟，最后控制卡A切换到从模式，完成了系统从外部时钟源1切换到外部时钟源2。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种系统时钟无损切换的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1）对通信设备上的控制卡A、控制卡B和业务卡的进行初始化：控制卡A设置为主控制器，时钟模式设置为主模式，控制卡B设置为备用控制器，时钟模式设置为从模式，业务卡的时钟跟踪控制卡A的时钟,所述控制卡A和控制卡B均包括：

主备控制模块：用于检测各个模块的主备切换状态和监测主备切换触发信号；

锁相环PLL：包括数字锁相环DPLL和模拟锁相环APLL，所述数字锁相环DPLL工作在主模式下，所述模拟锁相环APLL工作在从模式下；

互锁时钟：用于将控制卡A和控制卡B的时钟互锁信号发送至对方,实现时钟之间的平滑切换和跟踪；

所述业务卡包括业务收发模块：用于业务卡时钟切换的主备控制模块、用于接收来自控制卡A和控制卡B的输出时钟的模拟锁相环APLL和数据业务收发模块，所述数据业务收发模块根据线路上的数据业务，恢复出时钟，即线路恢复时钟；

S2）控制卡A的主备控制模块监测到主备切换触发信号，向控制卡B和业务卡发出切换命令，用于通知控制卡B和业务卡准备切换时钟；

S3）控制卡B接收所述控制卡A的切换命令后，控制卡B的主备控制模块会切换锁相环PLL的工作状态，时钟模式由从模式切换到主模式；

S4）控制卡B的时钟模式切换完成后调整输出的时钟的相位，控制卡B通过内部的主备控制模块通知业务卡控制卡B已切换为主模式；

S5）业务卡接收控制卡A的切换命令且收到控制卡B的通知后，业务卡的时钟跟踪控制卡B的时钟；

S6）业务卡的时钟切换完成后，控制卡A的时钟模式由主模式切换为从模式。

2.根据权利要求1所述的一种系统时钟无损切换的方法，其特征在于，所述S1）中控制卡A的时钟为外部参考时钟或线路恢复时钟，所述控制卡B的时钟跟踪互锁时钟。

3.根据权利要求2所述的一种系统时钟无损切换的方法，其特征在于，所述步骤S3）由从模式切换为主模式的具体内容为：控制卡B从模拟锁相环APLL切换到数字锁相环DPLL，跟踪的时钟切换为与控制卡A同源的时钟。

4.根据权利要求1所述的一种系统时钟无损切换的方法，其特征在于，所述控制卡A和控制卡B的时钟还可以采用同一个外部参考时钟。

5.根据权利要求1所述的一种系统时钟无损切换的方法，其特征在于，当所述S1）中控制卡A的时钟设置为外部参考时钟1，控制卡B的时钟设置为外部参考时钟2且所述S2）中控制卡A的主备控制模块监测到外部参考时钟切换触发信号时，

所述S3）替换为：M1）控制卡B接收所述控制卡A的切换命令后，控制卡B的主备控制模块会切换锁相环PLL的工作状态，时钟模式由从模式切换到主模式，控制卡B的时钟跟踪外部参考时钟2，控制卡B的输出时钟域外部参考时钟2同步；

所述S4）替换为：M2）控制卡A的时钟模式仍为主模式，控制卡A的时钟由外部参考时钟1切换至控制卡B的输出时钟并通知业务卡时钟源切换已完成；

所述S5）替换为：M3）业务卡接收到控制卡A时钟切换完成的通知后，业务卡的时钟跟踪控制卡B的输出时钟。

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