CN109286461B - 用于匹配在检测传感器数据时的时间戳的方法 - Google Patents

Abstract

公开一种用于使至少一个传感器的传感器数据与主系统的主时基同步的方法。同步基于至少一个传感器系统的传感器时基和主系统的主时基之间的节拍关系进行。为了求取所述节拍关系，对于在主系统和至少一个传感器系统之间的至少两个通信过程分别进行时间戳检测，其中，分别检测相应的传感器时基的传感器时间戳和相应的主时基的主时间戳。用于求取节拍关系的所有通信过程涉及限定的数据量。重复地求取和更新节拍关系，其中，分别检测用于时间戳检测的各个通信过程的持续时间，其中，通过将通信过程的分别检测的持续时间与比较值进行比较来识别在通信过程中的可能的不正常。根据所检测的不正常可以校正时间戳检测的主时间戳或者通过所计算出的主时间戳来将其取代。此外，公开一种具有用于执行方法的单元的设备。

Description

用于匹配在检测传感器数据时的时间戳的方法

技术领域

本发明涉及用于匹配在检测传感器数据时的时间戳的一种设备以及一种方法。

背景技术

不同的传感器系统如例如惯性传感器、摄像机传感器和声传感器的所测量的传感器数据设有时间戳，以便能够有针对性地连接和处理测量数据。通常，不同的传感器系统由分别不同的内部的时钟发生器驱动。因此，在传感器系统之间不存在同步。每个系统能够以不同的准确性并且在时间上以可变的频率工作。尤其当传感器数据在相应的传感器系统上以先进先出(First Input First Out，FIFO)数据结构收集时，稍后，不同的传感器系统的所测量的传感器数据的配属变得困难。因此，各个传感器系统的时间戳由上级的机构——例如传感器中枢(Sensorhub)、移动装置的应用程序处理器或者主系统带至共同的时基上，以便能够实现各个传感器数据相对彼此的关系。传感器数据的在时间上的同步可以通过不同的方法来实现。例如，传感器系统的时钟发生器可以在其频率方面进行匹配。此外，可以求取传感器系统之间的可能的频率差并且事后由主系统将其用于时间戳的匹配。然而，仅仅当可以忽略资源冲突时，同步的这些可能性才正常起作用。否则，可能由于未考虑的不同的影响如例如温度而导致在不同的传感器系统的时基的匹配中的失真

发明内容

本发明所基于的任务可以在于，提出一种用于探测并且用于校正在传感器系统和主系统之间的通信过程中在时间上的异常的方法。

所述任务借助根据本发明的用于使至少一个传感器系统的传感器数据与主系统的主时基同步的方法以及根据本发明的具有用于执行根据本发明的方法的单元的设备解决。

根据本发明的一个方面，提供一种用于使至少一个传感器的传感器数据与主系统的主时基同步的方法。所述同步基于至少一个传感器系统的传感器时基和主系统的主时基之间的节拍关系

进行。为了求取节拍关系，对于在主系统和至少一个传感器系统之间的至少两个通信过程分别进行时间戳检测，其中，分别检测相应的传感器时基的传感器时间戳和相应的主时基的主时间戳。用于求取节拍关系的所有通信过程涉及限定的数据量，其中，重复地求取和更新节拍关系。根据本发明，分别检测用于时间戳检测的各个通信过程的持续时间，其中，通过将通信过程的分别检测的持续时间与比较值进行比较来识别在通信过程中的可能的不正常

传感器数据由至少一个传感器系统测量并且通过至少一个通信连接传送给主系统。主系统可以例如是应用程序处理器或者传感器中枢。通信连接可以是例如I²C接口或者SPI接口。替代地或附加地，至少一个传感器系统可以通过间接的通信连接与主系统连接。至少一个传感器系统可以例如通过一个或多个微控制器有线地和/或无线地与主系统通信。可能的传感器系统可以是例如MEMS惯性传感器、摄像机传感器、声传感器、温度传感器、压力传感器和诸如此类的。在这里，传感器系统适合于使所述传感器系统的相应的当前的时间信息、例如计数器形式的时间信息对于主系统可得到。因为不但传感器系统而且主系统基本上可能是有误差的，所以出现用于相应的系统的不同的时基。这些差异由于外部的影响和老化过程而附加地增强。例如，系统的温度的改变可以对系统的频率因此也对相应的时基具有影响。由此，不同的系统的频率和时基尤其可以相对彼此改变。可以由主系统将由传感器系统测量的传感器数据与相应的传感器时间一起读取。这不仅可以通过FIFO接口而且可以以直接的数据寄存器访问的形式进行。主系统可以测量总的访问持续时间或者通过通信连接执行的与至少一个传感器系统的通信过程的持续时间。在通信过程开始时，由主系统创建和存储开始时间戳。在成功地结束数据传输之后或者在通信过程结束时，由主系统创建结束时间戳。主系统可以基于开始时间戳和结束时间戳测量或计算通信过程的持续时间。接着，可以将通信过程的所检测到的持续时间与比较值进行比较。通过将通信过程的持续时间与比较值的比较可以辨识在所述通信过程中的可能的不正常。例如可以求取参考值作为用于通信过程的持续时间的比较值。例如，在主系统的负荷率最小的情况下的通信过程可以适合作为用于比较的参考。也可以由多个不同的通信过程确定用于持续时间的一个或者多个比较值。因此，例如可以识别通信过程的由于资源冲突而引起的延迟。

根据本发明的一种实施方式，检测用于所述时间戳检测的至少一个通信过程的持续时间，其中，基于至少一个所检测的用于所述通信持续时间的值确定所述比较值。在这里，可以使用现在执行的通信过程的或者一个或多个最后执行的通信过程的持续时间来定义比较值。因此，可以进行最后执行的通信过程与一个或者多个过去的通信过程的比较。由此，最后执行的通信过程的校验可以通过到目前为止的通信过程进行。因此，尤其可以辨识偏差并且接着例如通过匹配相应的时间戳来校正所述偏差。

根据本发明的一种另外的实施方式，定期地检测用于所述时间戳检测的通信过程的持续时间，其中，基于多个如此检测的用于所述通信持续时间的值确定并且定期地更新所述比较值。通过考虑多个通信过程以求取用于通信持续时间的比较值可以平衡微小的不正常和偏差。根据所执行的每个通信过程，例如可以以限定的时间间隔或者在确定的数目的通信过程之后求取比较值。

根据本发明的一种另外的有利的实施方式，将平均通信持续时间或者最小通信持续时间确定为比较值。在所执行的多个通信过程的进程中，可以计算通信过程的平均持续时间(durchschnittliche Dauer，mittlere Dauer)并且将其确定为比较值。接着，可以将这类的通信过程的平均持续时间与通信过程的相应的持续时间的后续的测量相比较。所测量的持续时间与平均通信持续时间的所出现的偏差可以表明在传感器数据的读取过程中的所出现的资源冲突。在这里，通信过程的平均通信持续时间的计算可以定期或者不定期地执行，从而可以以限定的时间间隔更新平均通信持续时间。如果能够确定通信过程的所测量的持续时间与平均通信持续时间的偏差，则主系统可以基于通信过程的平均持续时间匹配所创建的时间戳。由此，可以使在不同的通信过程的持续时间中的方差最小。此外，由此可以探测到并且补偿以硬件延迟和/或软件延迟形式的、对所测量的传感器数据与主系统的同步的不利影响。因此，总体上能够实现通信过程的被分配的时间戳的较高的准确性，所述较高的准确性导致在传感器数据合并和基于传感器数据合并的算法和计算中的较高的准确性。在这里，平均通信持续时间不必强制性地以数学平均的形式来定义。替代地，也可以基于最小通信持续时间来确定比较值。例如，对此，可以由过去的多个通信过程持续时间求取最小通信持续时间。

根据本发明的一种另外的实施方式，当所述通信过程的所检测的持续时间不同于所述比较值并且位于可预给定的公差范围之外时，识别出在用于所述时间戳检测的通信过程中的不正常。当通信持续时间与比较值的偏差超过公差范围时，可以确定在所述通信过程中的不正常。由此，在通信连接的持续时间方面的小的波动可以保持不被考虑并且可以降低校正花费或者计算花费。由此，尤其可以使系统的自然波动和不正常(如例如背景噪声)减弱。

根据本发明的一种另外的有利的实施方式，如果已识别出在时间戳检测的通信过程中的不正常，则校正所述时间戳检测的主时间戳和/或通过所计算出的主时间戳将其取代。由于不同的资源冲突如例如主系统的时序安排决定或者在主系统-传感器系统通信中的延迟，在传感器系统和主系统之间的在时间上的相对比例关系可能是有误差的。由此导致单个或者多个传感器事件的或者通信过程的时间戳的有误差的计算。在主系统中有干扰的情况下，与主系统连接的所有传感器系统的时间戳遭受有误差的时间配属。可以如下校正至少一个现在的通信过程的一个或者多个时间戳：降低或者消除在至少一个传感器系统和主系统之间的在时间上的偏差。替代由主系统设置的时间戳的校正地，可以设置新的时间戳，所述新的时间戳取代到目前为止的有误差的时间戳。可以例如存储关于有误差的时间戳的附加的信息，从而在传感器数据的进一步处理中，有误差的时间戳例如保持不被考虑。替代地，可以删除有误差的时间戳并且提供经校正的新的时间戳来将其取代。

根据本发明的一种另外的优选的实施方式，在求取所述至少一个传感器系统的传感器时基和所述主系统的主时基之间的节拍关系时，对各个时间戳检测的量值加权，其中，所述加权根据所基于的通信过程的所检测的持续时间来进行。对时间戳的直接校正或者补偿替代地或者附加地，可以根据所确定的偏差来计算加权因子。加权因子可以例如以由现在的通信过程的持续时间和通信过程的平均持续时间组成的商的形式实现。

根据本发明的一种另外的实施方式，仅仅当识别出在所述时间戳检测的通信过程中的不正常时才进行时间戳检测的量值的加权，其中，为此，基于当前检测的通信持续时间与所述比较值的偏差来确定加权因子。通过加权也可以在比较值求取中考虑由于不正常而存在的通信持续时间。在这里，可以根据通信持续时间与比较值的偏差的高度选择加权因子。例如，在偏差小的情况下，可以选择高的加权因子，并且，在偏差高的情况下，可以选择小的加权因子。

根据本发明的一个另外的方面，提供一种具有用于执行根据本发明的方法的单元的设备。该设备具有：具有主时基的主系统和具有自身的传感器时基的至少一个传感器系统。该设备具有用于读取传感器时间戳的单元和在至少一个传感器系统和主系统之间的至少一个通信连接。

这类设备可以例如为便携式装置，如例如智能手机或平板电脑。在这里，加速度传感器、亮度传感器、位置传感器、温度传感器和诸如此类的分别可以是不同的传感器系统，其与主系统通过通信连接来连接。主系统可以是例如装置的或设备的应用程序处理器并且设计用于读取和处理传感器系统的所测量的传感器数据。替代地，这类设备可以是任意的测量设备，如例如雷达系统或者激光雷达(Light Detection and Ranging：光探测和测距)系统。在这里，传感器数据由主系统以所定义的时间间隔调取和转发、存储或者再处理。在主系统访问至少一个传感器系统时，所测量的传感器数据与传感器系统的相应的时间数据或者时间戳一起可以由主系统读取。在这里，主系统可以基于主系统时间在访问之前分配开始时间戳并且在成功地结束访问之后分配结束时间戳。主系统可以根据这两个时间戳计算访问时间的或者通过通信连接的通信过程的持续时间。对于每个通信过程，这通过开始时间减去结束时间来进行。由已经执行的通信过程可以计算比较值。接着，可以将比较值与现在的或者最近执行的通信过程的持续时间比较。如果确定偏差，则这表明在至少一个传感器系统和主系统之间的同步中的延迟或者误差。因此，在其中已经确定偏差的通信过程中，可以直接或者间接地校正或者取代至少一个时间戳。

附图说明

接下来，参照强烈地简化的示意性示图详细地阐述本发明的优选的实施例。在这里，

图1示出根据第一实施例的设备的示意性示图，

图2示出通信过程的示意性流程，

图3示出按照根据第一实施例的方法的通信过程的持续时间的所识别出的偏差，以及

图4示出按照根据第一实施例的方法的有偏差的时间戳的校正。

在附图中，相同的结构元件分别具有相同的附图标记。

具体实施方式

图1示出根据第一实施例的设备1的示意性示图。设备1具有应用程序处理器2形式的主系统2。主系统2通过多个通信连接4与多个传感器系统6连接。根据该实施例，传感器系统6为温度传感器6，8、加速度传感器6，10和亮度传感器6，12。通过通信连接4，由主系统2以均匀的时间间隔16从传感器系统6调取所测量的传感器数据14。

在图2中示出两个通信过程18的示意性流程。在这里，示出传感器系统6的时间轴和主系统2的时间轴。主系统2以均匀的时间间隔16发起通信过程18以便读取传感器数据14。在这里，传感器数据14为例如所测量的温度值。除了传感器数据14之外，也传送传感器系统6的关于相应的传感器数据14的时间信息20。在通信过程18开始时，主系统2创建开始时间戳t1。在成功地结束通信过程18之后，由主系统2创建结束时间戳t2。在这里，开始时间戳t1和结束时间戳t2基于主系统2的时基。在两个通信过程18中，由开始时间戳t1和结束时间戳t2计算通信过程18的相应的持续时间tk。由所求取的两个持续时间tk已经能够计算通信过程18的平均持续时间td作为比较值tv。平均可以是例如算术平均。在所执行的每一个另外的通信过程18中，也计算通信过程18的持续时间tk并且将其包括到通信过程18的平均持续时间td的计算中。随着所执行的通信过程18的数目越来越多，可以作出越来越准确的、关于通信过程18的平均持续时间td的陈述。

图3示出按照根据第一实施例的方法的通信过程18的持续时间tk的偏差22。根据在过去执行的通信过程17求取平均持续时间td作为通信过程17、18的比较值tv。在最后执行的通信过程18中，计算通信过程18的持续时间tk，该持续时间大于平均持续时间td、tv。因此，根据该实施例，在最后执行的通信过程18中，存在时间上的偏差22并且因此存在所识别出的不正常22。在计算通信过程17的平均持续时间td时，由于偏差22而不考虑通信过程18的持续时间tk。

在图4中示出按照根据第一实施例的、根据本发明的方法的有偏差的结束时间戳t2的校正。基于在图3中示出的偏差22，相应于偏差22地校正结束时间戳t2。根据该实施例，由主系统2使结束时间戳t2移动偏差22的在时间上的量值并将其存储。

Claims (9)

1.一种用于使至少一个传感器系统(6，8，10，12)的传感器数据(14)与主系统(2)的主时基同步的方法，

其中，所述同步基于所述至少一个传感器系统(6，8，10，12)的传感器时基和所述主系统(2)的主时基之间的节拍关系进行，

其中，为了求取所述节拍关系，对于在所述主系统(2)和所述至少一个传感器系统(6，8，10，12)之间的至少两个通信过程(17，18)分别进行时间戳检测，其中，检测相应的传感器时基的传感器时间戳和所述主时基的相应的主时间戳，

其中，用于求取所述节拍关系的所有通信过程(17，18)涉及限定的数据量，

其中，重复地由所述传感器时间戳和相应的主时间戳求取和更新所述节拍关系；

其特征在于，

基于所述主时间戳求取各个通信过程(17，18)的持续时间(tk)，并且，

通过将通信过程的分别检测的持续时间(tk)与比较值进行比较来识别在所述通信过程(17，18)中的可能的不正常。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，检测用于所述时间戳检测的至少一个通信过程(17，18)的持续时间(tk)，并且，基于至少一个所检测的用于所述持续时间(tk)的值确定所述比较值。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，定期地检测用于所述时间戳检测的通信过程(17，18)的持续时间(tk)，并且，基于多个如此检测的用于所述持续时间(tk)的值确定并且定期地更新所述比较值。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，将平均通信持续时间或者最小通信持续时间确定为比较值。

5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，当通信过程的所检测的持续时间(tk)不同于所述比较值并且位于可预给定的公差范围之外时，识别出在用于所述时间戳检测的通信过程(17，18)中的不正常(22)。

6.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，如果已识别出在时间戳检测的通信过程(17，18)中的不正常(22)，则校正所述时间戳检测的主时间戳和/或通过所计算出的主时间戳将其取代。

7.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在求取所述至少一个传感器系统(6，8，10，12)的传感器时基和所述主系统(2)的主时基之间的节拍关系时，对各个时间戳检测的量值加权，其中，所述加权根据所基于的通信过程的所检测的持续时间来进行。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，仅仅当识别出在所述时间戳检测的通信过程(17，18)中的不正常时才进行时间戳检测的量值(tk)的加权，并且，为此，基于当前检测的通信持续时间(tk)与所述比较值的不正常 (22)来确定加权因子。

9.一种具有用于执行根据权利要求1至8中任一项所述的方法的单元的设备(1)，其包括：

具有主时基的主系统(2)，

具有自身的传感器时基并且具有用于读取所述传感器时间戳的单元的至少一个传感器系统(6，8，10，12)，以及

在所述至少一个传感器系统(6，8，10，12)和所述主系统之间的至少一个通信连接。

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