CN107359952B - 一种面向时间触发网络的时钟动态压缩方法 - Google Patents

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Abstract

一种面向时间触发网络的时钟动态压缩方法，包括：1)交换控制器对各终端发送的同步帧进行固化运算，还原各同步帧的时钟固化点；将还原后的时钟固化点存储至固化点存储模块，固化点存储模块的固化信息存储区设置存储标识，当存储标识有效时，将标识对应的时钟固化点信息提供给压缩函数，当本地时钟与已存储的第x个固化点相等时，产生第x个固化点时刻的有效脉冲，用于压缩函数的固化点收集；2)在第一个固化点时刻有效脉冲出现后，当前压缩函数开始打开收集窗口，收集固化点；3)压缩函数对收集到的固化点进行排序；4)排序完成后，压缩函数计算出网络的相对时钟偏差，进而计算出网络时钟压缩点。本发明能够有效提高时钟同步的精确度。

Description

一种面向时间触发网络的时钟动态压缩方法
技术领域
本发明属于时间触发通信领域，具体涉及一种面向时间触发网络的时钟动态压缩方法。
背景技术
目前使用的以太网交换控制器，适应通用的以太网标准，采用事件触发方式，不能保证数据的绝对可靠传输，容易出现网络拥塞，造成数据帧丢失或者网络延迟大于预期范围。
时间触发交换控制器采用时间触发方式，保证网络各节点的时钟同步，在此基础上合理规划网络带宽，进而保证数据传输的可靠性和实时性。时钟压缩是交换控制器时钟同步的核心功能，其好坏决定了时钟同步的精度和可靠性。
在目前已经公开的相关专利成果中，时间触发网络中的集群耦合器(中国专利CN101512987A)从理论上介绍了一种不同集群之间进行通信的方法；集群耦合器单元和使时间触发网络中多个集群同步的方法(中国专利CN101512984A)提供了一种在集群耦合器单元内的协议引擎之间，用于交换相关同步信息的装置；网络和时间触发网络中集群时钟同步的方法(中国专利CN101512944A)提出了一种基于时隙的时间触发协议工作的网络。
在目前的已有技术中，主要是对集群通信方法、数据交换技术等进行了研究，但是尚且没有关于对交换控制器时钟压缩方法的研究。
发明内容
本发明的目的在于针对上述现有技术中的问题，提供一种面向时间触发网络的时钟动态压缩方法，实现时间触发以太网交换控制器的时钟压缩功能，提高时钟同步的精确度。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案包括以下步骤：
1)交换控制器对各终端发送的同步帧进行固化运算，还原各同步帧的时钟固化点；将还原后的时钟固化点存储至固化点存储模块，固化点存储模块的固化信息存储区设置存储标识，当存储标识有效时，将标识对应的时钟固化点信息提供给压缩函数，当本地时钟与已存储的第x个固化点相等时，产生第x个固化点时刻的有效脉冲，用于压缩函数的固化点收集；
2)在第一个固化点时刻有效脉冲出现后，当前压缩函数开始打开收集窗口，收集固化点；
3)压缩函数对收集到的固化点进行排序；
4)排序完成后，压缩函数计算出网络的相对时钟偏差，进而计算出网络时钟压缩点。
固化信息存储区存储的时钟固化点信息包括固化时刻、终端编号，各信息以其对应的终端编号为索引。当本地时钟与已存储的多个时钟固化点相等时，同时产生多个固化点时刻有效脉冲。当前压缩函数计算出时钟压缩点后，将已处理时钟固化点的存储标识置无效。
所述的步骤2)窗口采用动态管理方式，将单个窗口的大小作为网络同步精度，压缩函数的开窗个数随收集的固化点个数而动态变化；若网络容忍故障数为n时，开窗个数最大为(n-1)；在每个窗口结束处，根据上一个窗口收集的固化点个数，决定是否继续开窗；若停止开窗，则动态启动下一个压缩函数，保证固化点时刻的有效脉冲总能被一个压缩函数收集。
所述的步骤3)对收集到的固化点采用先存储后计算的方式进行排序：为收集到的固化点所对应终端号进行编码，写入先进先出队列；当队列不空时，从队列中读取固化点终端编码，首先读到的终端编码对应着数值最小的固化点，终端号索引固化信息存储区的固化信息。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：时间触发网络中交换控制器作为时间同步过程的决策者，负责收集分布式网络中多个同步终端的时钟信息(固化点)，进行压缩计算，得到网络相对时钟，其时钟压缩性能对系统时钟同步至关重要。本发明提出的时钟动态压缩方法，用于固化点收集、动态窗口管理和压缩点计算，采用固化点动态开窗收集的方法，保证固化点的可靠收集，提高了时钟同步的精确度。在固化点进行排序时，采用先进先出的原则，简化了硬件实现排序的时间复杂度和空间复杂度。固化点存储模块的固化信息存储区设置存储标识，将标识对应的时钟固化点信息按索引提供给压缩函数，简化了固化点数据存储管理，采用三级流水方式实现时钟压缩功能，满足高可靠实时网络的应用需求。
附图说明
图1本发明压缩模块的结构流程框图；
图2本发明固化点信息存储示意图；
图3本发明压缩函数的流程框图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明。
参见图1，首个压缩函数1、第二个压缩函数2、第三个压缩函数3流水执行，单个压缩函数完成固化点收集后，启动下一个压缩函数。固化点以终端编号为索引进行存储，即第n个存储区存储来自终端n发出的同步帧固化点相关信息。参见图2，原始固化点0来自终端n，需要存储到固化存储区n，原始固化点n来自终端0，需要存储到固化存储区0。各固化点存储区设有相应存储标志，当本地时间和固化值相等时，通知压缩函数当前固化点存储区的固化点时刻有效。压缩函数切换时，清除已处理过固化点对应的存储标识。
参见图3，核心单元的压缩函数包括固化点时刻有效判定模块5、固化点收集模块6、先进先出队列7、动态继续开窗执行模块8、动态启动下一个压缩函数执行模块9、计算压缩点模块10。当第一个固化点时刻有效脉冲出现后，压缩函数开始进入固化点收集模块6，即打开收集窗口，将收集到的固化点所对应终端号进行编码并依次写入先进先出队列7。如表1所示，编码10000001表示当前时刻，终端1对应的固化点时刻和终端8对应的固化点时刻均有效。在第一个窗口结束时，判断该窗口收集的固化点个数，若不大于1，则开窗结束，进入动态启动下一个压缩函数执行模块9，否则进入动态继续开窗执行模块8。在第二窗口结束时，判断该窗口收集的固化点个数，若为0，则开窗结束，进入动态启动下一个压缩函数执行模块9，否则进入动态继续开窗执行模块8，以此类推，最多开窗为n-1个，n为网络中最大终端个数。当先进先出队列7不空时，计算压缩点模块10从先进先出队列7中读取存储的固化点终端编码，首先读出的编码对应的固化点数值最小。当固化点收集结束后且先进先出队列7为空时，固化点排序完成。按照式1，选择第二小的固化点和第二大的固化点计算出相对时钟偏差compression_corr。按照式2，计算出网络相对平均时钟。
compression_corr＝(第2小的固化点+第n-1大的固化点)/2 (式1)
cm_press_pit＝首个固化点+预设值+compression_corr (式2)
表1固化点终端编码含义
根据上述方案，用Verilog HDL语言对时钟动态压缩方法进行描述，并完成逻辑综合与布局布线；将逻辑设计映射到可编程逻辑器件中实现，并对时钟压缩的功能进行测试。
测试结果表明本发明具有很好的可实施性，且性能满足预期要求。

Claims (5)

1.一种面向时间触发网络的时钟动态压缩方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)交换控制器对各终端发送的同步帧进行固化运算，还原各同步帧的时钟固化点；将还原后的时钟固化点存储至固化点存储模块，固化点存储模块的固化信息存储区设置存储标识，当存储标识有效时，将标识对应的时钟固化点信息提供给压缩函数，当本地时钟与已存储的第x个固化点相等时，产生第x个固化点时刻的有效脉冲，用于压缩函数的固化点收集；
2)在第一个固化点时刻有效脉冲出现后，当前压缩函数开始打开收集窗口，收集固化点；
所述的窗口采用动态管理方式，将单个窗口的大小作为网络同步精度，压缩函数的开窗个数随收集的固化点个数而动态变化；若网络容忍故障数为n时，开窗个数最大为(n-1)；在每个窗口结束处，根据上一个窗口收集的固化点个数，决定是否继续开窗；若停止开窗，则动态启动下一个压缩函数，保证固化点时刻的有效脉冲总能被一个压缩函数收集；
3)压缩函数对收集到的固化点进行排序；
4)排序完成后，压缩函数计算出网络的相对时钟偏差，进而计算出网络时钟压缩点。
2.根据权利要求1所述面向时间触发网络的时钟动态压缩方法，其特征在于：固化信息存储区存储的时钟固化点信息包括固化时刻、终端编号，各信息以其对应的终端编号为索引。
3.根据权利要求1所述面向时间触发网络的时钟动态压缩方法，其特征在于：所述的步骤1)中当本地时钟与已存储的多个时钟固化点相等时，同时产生多个固化点时刻有效脉冲。
4.根据权利要求1所述面向时间触发网络的时钟动态压缩方法，其特征在于：所述的步骤1)当前压缩函数计算出时钟压缩点后，将已处理时钟固化点的存储标识置无效。
5.根据权利要求1所述面向时间触发网络的时钟动态压缩方法，其特征在于，所述的步骤3)对收集到的固化点采用先存储后计算的方式进行排序：为收集到的固化点所对应终端号进行编码，写入先进先出队列；当队列不空时，从队列中读取固化点终端编码，首先读到的终端编码对应着数值最小的固化点，终端号索引固化信息存储区的固化信息。
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