CN109471588A - 一种同步方法及设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种同步方法及设备，该方法及设备通过向实时操作系统发送操作系统实时的系统时间以及时钟寄存器的数值；同时在实时操作系统建立时钟寄存器的数值与系统时间之间的对应关系；之后根据预设的同步策略，通过实时操作系统为操作系统接收的数据进行同步处理。通过应用本申请的技术方案，从而实现更精确的精度的传感器同步的同时减少系统冗余、降低成本，极大的提升了传感器同步的效率、准确性以及实用性。
Description
技术领域
本发明涉及传感器同步领域，特别涉及一种同步方法。本发明同时还涉及一种同步设备。
背景技术
传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。
传感器的特点包括：微型化、数字化、智能化、多功能化、系统化、网络化。它是实现自动检测和自动控制的首要环节。传感器的存在和发展，让物体有了触觉、味觉和嗅觉等感官，让物体慢慢变得活了起来。通常根据其基本感知功能分为热敏元件、光敏元件、气敏元件、力敏元件、磁敏元件、湿敏元件、声敏元件、放射线敏感元件、色敏元件和味敏元件等十大类。
传感器同步的意思是给所有传感器设备发生数据时打上基于统一系统时钟的时间戳，以正确标识传感器数据发生的时间。为后续算法提供精确的时间依据，能有效提高算法精度。
目前的传感器同步方案，需要在传统芯片(Chip)/片上系统(SOC)的基础上外挂设备或者芯片，才能达到较高精度的同步功能。
传统方式来实现传感器嵌入式系统的同步，通常有两种方式：
1、引入一颗MCU(Microcontroller Unit，微控制单元)运行实时系统，先通过嵌入式Linux(林纳克斯系统)和MCU进行一个同步，然后有MCU来给其他传感器进行时间设置。这种方式的问题在于，嵌入式linux和MCU之间的通信带宽较窄(数十kbps～数十Mbps)，存在延时。因此精度不高于1ms，且误差不可测量。
2、直接给嵌入式linux上使用实时linux来作同步。这种同步方式存在的问题是实时linux的系统实时性并不高，并且会受linux系统CPU(Central Processing Unit，中央处理器)负载影响。精度通常也只能达到1ms左右。
在上述过程中，目前方案所使用的方法受限于通信带宽以及CPU负载传感器同步的精度已跟不上现有科技的发展水平，同时现有技术的同步方法会带来系统冗余，并且成本较高等问题。因此如何实现更精确的ns级(纳秒级)精度的传感器同步的同时减少系统冗余、降低成本，为本领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明提供一种同步方法，应用于包含多核CPU的SOC中，用以解决如何实现更精确的ns级(纳秒级)精度的传感器同步的同时减少系统冗余、降低成本，所述方法预先从所述多核CPU的第一内核运行操作系统，以及从所述多核CPU的第二内核运行实时操作系统，该方法还包括：
向所述实时操作系统发送所述操作系统实时的系统时间以及时钟寄存器的数值；
在所述实时操作系统建立所述数值与所述系统时间之间的对应关系；
根据预设的同步策略，通过所述实时操作系统为所述操作系统接收的数据进行同步处理。
优选的，还包括：
预先在所述操作系统与所述实时操作系统内部设置用于通信的共享内存。
优选的，向所述实时操作系统发送所述操作系统实时的系统时间以及时钟寄存器的数值，具体为：
通过所述共享内存在所述操作系统以及所述实时操作系统之间交换所述系统时间以及所述数值。
优选的，在所述实时操作系统建立所述数值与所述系统时间之间的对应关系之后，还包括：
按照预设周期向所述实时操作系统发送所述操作系统实时的系统时间以及时钟寄存器的数值，并在所述实时操作系统更新所述对应关系。
优选的，当所述同步策略为PPS(Plus per second，秒脉冲信号)同步时，通过所述实时操作系统为所述操作系统接收的数据进行同步处理，具体为：
按照预设的时间间隔，利用所述实时操作系统通过所述第二内核的串口或接口向外发送所述操作系统当前的系统时间。
优选的，当所述同步策略为外部触发同步时，通过所述实时操作系统为所述操作系统接收的数据进行同步处理，具体为：
所述实时操作系统按照预设的频率向外发送脉冲信号，并记录发送所述脉冲信号的时刻，将所述时刻传递至所述操作系统。
优选的，当所述同步策略为主动告知同步时，通过所述实时操作系统为所述操作系统接收的数据进行同步处理，具体为：
所述实时操作系统从外部接收脉冲信号，并记录接收所述脉冲信号的时刻，将所述时刻传递至所述操作系统。
优选的，当所述同步策略为高频传感器时，通过所述实时操作系统为所述操作系统接收的数据进行同步处理，具体为：
当所述实时操作系统接收到数据时，为所述数据设置与所述数据的接收时刻对应的操作系统的时间戳，并将所述数据以及所述时间戳发送至所述操作系统。
相应的，本发明还提出了一种同步设备，包含多核CPU的SOC中，所述设备预先从所述多核CPU的第一内核运行操作系统，以及从所述多核CPU的第二内核运行实时操作系统，该设备还包括：
发送模块，向所述实时操作系统发送所述操作系统实时的系统时间以及时钟寄存器的数值；
对应模块，在所述实时操作系统建立所述数值与所述系统时间之间的对应关系；
同步模块，根据预设的同步策略，通过所述实时操作系统为所述操作系统接收的数据进行同步处理。
相应的，本发明还提出了一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述机算机可读存储介质中存储有指令，当所述指令在终端设备上运行时，使得所述终端设备执行如上所述的同步方法。
相应的，本发明还提出了一种计算机程序产品，其特征在于，所述计算机程序产品在终端设备上运行时，使得所述终端设备执行如上所述的同步方法。
通过应用本申请的技术方案，该方案通过向实时操作系统发送操作系统实时的系统时间以及时钟寄存器的数值；同时在实时操作系统建立时钟寄存器的数值与系统时间之间的对应关系；之后根据预设的同步策略，通过实时操作系统为操作系统接收的数据进行同步处理。通过应用本申请的技术方案，从而实现更精确的精度的传感器同步的同时减少系统冗余、降低成本，极大的提升了传感器同步的效率、准确性以及实用性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请提出的一种同步方法的流程示意图；
图2为本申请具体实施例提出的一种多核系统同步方法的原理图；
图3为本申请具体实施例提出的一种多核系统同步方法的示意图；
图4为本申请提出的一种同步设备的结构示意图。
具体实施方式
如背景技术所述，现有技术虽然在传感器同步方案中利用传统芯片(Chip)/片上系统(SOC)的基础上外挂设备或者芯片，来达到较高精度的同步功能。但受限于通信带宽以及CPU负载传感器同步的精度已跟不上现有科技的发展水平，同时现有技术的同步方法会带来系统冗余，并且成本较高等问题。
有鉴于上述问题，本发明实施例提供一种同步方法，该方法应用于包含多核CPU的SOC中。下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整的描述。
在本发明实施例中，多核CPU即多核处理器是指在一枚处理器中集成两个或多个完整的计算引擎(内核)，此时处理器能支持系统总线上的多个处理器，由总线控制器提供所有总线控制信号和命令信号。其功能结构、运用环境等的变化并不会影响本发明的保护范围。
如图1所示，该同步方法具体包括以下步骤：
S101，预先从所述多核CPU的第一内核运行操作系统，以及从所述多核CPU的第二内核运行实时操作系统。
本步骤旨在在多核CPU的任意两个核上分别运行操作系统以及实时操作系统，其不同的或相类似的分配方式并不会影响本发明的保护范围。其不同的操作系统，如：linux、安卓、QNX(Quick UNIX)等，只要能实现本方案目的的操作系统，均在本申请的保护范围之内。
在具体应用场景中，将linux系统运行在多核系统的其中一部分核上。将其中另一个分核运行实时性较高的实时系统(RTOS)。分核本身通过系统层面来区分。在具体应用场景中，在核上选择、设置以及运行系统可以依据kernel(内核操作系统)配置方式完成。
S102，向所述实时操作系统发送所述操作系统实时的系统时间以及时钟寄存器的数值。
本步骤旨在向实时操作系统发送系统时间以及时钟寄存器的数值，其不论通过何种连接途径端口发送数据，只要能达到高效传输，如：共享内存，USB(Universal SerialBus，通用串行总线)等，均在本申请保护范围之内。
优选的，为了更好的向所述实时操作系统发送所述操作系统实时的系统时间以及时钟寄存器的数值，预先在所述操作系统与所述实时操作系统内部设置用于通信的共享内存。具体的，通过所述共享内存在所述操作系统以及所述实时操作系统之间交换所述系统时间以及所述数值。
在具体应用场景中，通过步骤S101之后，由于系统可以共享时钟寄存器，因此，RTOS和linux二者获取的时钟存在天然同步的方式。
基于这种方式，系统使用共享内存在RTOS和linux直接进行数据交换，由于系统内存的传输速率较快(几十Gbps～几百Gbps)，因此内部数据交换的演示在ns级。
S103，在所述实时操作系统建立所述数值与所述系统时间之间的对应关系。
本步骤旨在建立数值与系统时间之间的对应关系，其多种建立对应关系的方法(如：绑定、添加、映射等)，只要其目的是为了建立数值与系统时间之间的对应关系，其方法均在本申请的保护范围之内。
优选的，在所述实时操作系统建立所述数值与所述系统时间之间的对应关系之后，还包括：
按照预设周期向所述实时操作系统发送所述操作系统实时的系统时间以及时钟寄存器的数值，并在所述实时操作系统更新所述对应关系。
在具体应用场景中，系统启动后，linux端以一定时间间隔(如：10s)发送linux系统时间，和时钟寄存器的值的组合。原因是RTOS能知道时钟寄存器的值，但无法知道linux系统时间。RTOS收到数据后，定期(如：10s)把时钟寄存器数据和linux系统时间的对应关系进行更新。开机后第一次对应关系建立后，就意味着两者之间同步完成。后续为校准。
S104，根据预设的同步策略，通过所述实时操作系统为所述操作系统接收的数据进行同步处理。
本步骤旨在通过同步策略来达到数据同步的目的，其不同的同步的方法只要其目的是数据同步(如：PPS同步、外部接触同步等)，其方法均在本申请的保护范围之内。
优选的，当所述同步策略为PPS同步时，通过所述实时操作系统为所述操作系统接收的数据进行同步处理，具体为：
按照预设的时间间隔，利用所述实时操作系统通过所述第二内核的串口或接口向外发送所述操作系统当前的系统时间。
优选的，当所述同步策略为外部触发同步时，通过所述实时操作系统为所述操作系统接收的数据进行同步处理，具体为：
所述实时操作系统按照预设的频率向外发送脉冲信号，并记录发送所述脉冲信号的时刻，将所述时刻传递至所述操作系统。
优选的，当所述同步策略为主动告知同步时，通过所述实时操作系统为所述操作系统接收的数据进行同步处理，具体为：
所述实时操作系统从外部接收脉冲信号，并记录接收所述脉冲信号的时刻，将所述时刻传递至所述操作系统。
优选的，当所述同步策略为高频传感器时，通过所述实时操作系统为所述操作系统接收的数据进行同步处理，具体为：
当所述实时操作系统接收到数据时，为所述数据设置与所述数据的接收时刻对应的操作系统的时间戳，并将所述数据以及所述时间戳发送至所述操作系统。
在具体应用场景中，通过运行实时系统的核来对上述同步机制进行触发，由运行linux的核来处理最终数据。实时系统和linux通过共享内存进行数据交换后形成各自对应的设备节点，来达到同步的目的。
在具体应用场景中，对于各种类型的传感器，同步机理如下：
(1)PPS同步
RTOS系统在同步完成后，以1s为间隔发送PPS脉冲，并通过串口/或其他口，向外发送linux的系统时间。因此传感器数据带上的是linux系统时间，数据同步自动完成，最后linux接收数据。
(2)外部触发同步
RTOS系统在同步完成后，以被设置的频率(如30Hz)向外发送脉冲信号。并且内部记录下对应脉冲信号的linux系统时间，传递给linux，linux通过″time外部″设备获取该时间，并把收到的传感器数据打上该时间戳。
(3)主动告知同步
RTOS系统在同步完成后，接收传感器发来的脉冲信号，并记录该脉冲信号发生的linux系统时间。传递给linux，linux通过″time主动″设备获取该时间，并把收到的传感器数据打上该时间戳。
(4)高频传感器
RTOS在接收到高频传感器数据后，立刻打上linux系统时间戳，并通过共享内存发送给linux。由于数据已经带上时间戳，系统同步自动完成。
通过上述步骤本申请的技术方案通过共享内存将传感器上的数据及时准确的传输到操作系统，操作系统根据数据内携带的本操作系统时间，自动达到所有传感器的时间同步。从而实现精确的传感器同步。
通过应用本申请的技术方案，该方案通过向实时操作系统发送操作系统实时的系统时间以及时钟寄存器的数值；同时在实时操作系统建立时钟寄存器的数值与系统时间之间的对应关系；之后根据预设的同步策略，通过实时操作系统为操作系统接收的数据进行同步处理。通过应用本申请的技术方案，从而实现更精确的精度的传感器同步的同时减少系统冗余、降低成本，极大的提升了传感器同步的效率、准确性以及实用性。
为了进一步阐述本发明的技术思想，现结合具体的应用场景，对本发明的技术方案进行说明。
如图2所示，其示出了本申请具体实施例提出的一种多核系统同步方法的原理图。
本具体应用场景，应用于包含多核CPU的SOC中，将linux系统运行在多核系统的其中一部分核上。将另一个分核运行实时性较高的实时系统(RTOS)。由于系统可以共享时钟寄存器，因此，二者获取的时钟存在天然同步的方式。
基于这种方式，系统使用共享内存在RTOS和linux之间直接进行数据交换，由于系统内存的传输速率较快(几十Gbps～几百Gbps)，因此内部数据交换的演示在ns级。
如图3所示，通过运行实时系统的核来对上述同步机制进行触发，由运行linux的核来处理最终数据。实时系统和linux通过共享内存进行数据交换后形成各自对应的设备节点，来达到同步的目的。
对于各种类型的传感器，同步机理如下：
系统启动后，linux端以一定时间间隔发送linux系统时间，和时钟寄存器的值的组合。原因是RTOS能知道时钟寄存器的值，但无法知道linux系统时间。RTOS收到数据后，定期把时钟寄存器数据和linux系统时间的对应关系进行更新。开机后第一次对应关系建立后，就意味着两者之间同步完成。后续为校准。
1、PPS同步(type1)
RTOS系统在同步完成后，以1s为间隔发送PPS脉冲，并通过串口/或其他口，向外发送linux的系统时间。因此传感器数据带上的是linux系统时间，数据同步自动完成，最后linux接收数据。
2、外部触发同步(type2)
RTOS系统在同步完成后，以被设置的频率(如30Hz)向外发送脉冲信号。并且内部记录下对应脉冲信号的linux系统时间，传递给linux，linux通过″time外部″设备获取该时间，并把收到的传感器数据打上该时间戳。
3、主动告知同步(type3)
RTOS系统在同步完成后，接收传感器发来的脉冲信号，并记录该脉冲信号发生的linux系统时间。传递给linux，linux通过″time主动″设备获取该时间，并把收到的传感器数据打上该时间戳。
4、高频传感器(type4)
RTOS在接收到高频传感器数据后，立刻打上linux系统时间戳，并通过共享内存发送给linux。由于数据已经带上时间戳，系统同步自动完成。
通过应用本申请的技术方案，该方案通过向实时操作系统发送操作系统实时的系统时间以及时钟寄存器的数值；同时在实时操作系统建立时钟寄存器的数值与系统时间之间的对应关系；之后根据预设的同步策略，通过实时操作系统为操作系统接收的数据进行同步处理。通过应用本申请的技术方案，从而实现更精确的精度的传感器同步的同时减少系统冗余、降低成本，极大的提升了传感器同步的效率、准确性以及实用性。
为达到以上技术目的，本申请还提出了一种同步设备，包含多核CPU的SOC中，如图4所示，所述设备预先从所述多核CPU的第一内核运行操作系统，以及从所述多核CPU的第二内核运行实时操作系统，该设备还包括：
发送模块410，向所述实时操作系统发送所述操作系统实时的系统时间以及时钟寄存器的数值；
对应模块420，在所述实时操作系统建立所述数值与所述系统时间之间的对应关系；
同步模块430，根据预设的同步策略，通过所述实时操作系统为所述操作系统接收的数据进行同步处理。
在具体的应用场景中，还包括：
预先在所述操作系统与所述实时操作系统内部设置用于通信的共享内存。
在具体的应用场景中，所述发送模块410向所述实时操作系统发送所述操作系统实时的系统时间以及时钟寄存器的数值，具体为：
通过所述共享内存在所述操作系统以及所述实时操作系统之间交换所述系统时间以及所述数值。
在具体的应用场景中，所述对应模块420在所述实时操作系统建立所述数值与所述系统时间之间的对应关系之后，还包括：
按照预设周期向所述实时操作系统发送所述操作系统实时的系统时间以及时钟寄存器的数值，并在所述实时操作系统更新所述对应关系。
在具体的应用场景中，所述同步模块430当所述同步策略为PPS同步时，通过所述实时操作系统为所述操作系统接收的数据进行同步处理，具体为：
按照预设的时间间隔，利用所述实时操作系统通过所述第二内核的串口或接口向外发送所述操作系统当前的系统时间。
在具体的应用场景中，所述同步模块430当所述同步策略为外部触发同步时，通过所述实时操作系统为所述操作系统接收的数据进行同步处理，具体为：
所述实时操作系统按照预设的频率向外发送脉冲信号，并记录发送所述脉冲信号的时刻，将所述时刻传递至所述操作系统。
在具体的应用场景中，所述同步模块430当所述同步策略为主动告知同步时，通过所述实时操作系统为所述操作系统接收的数据进行同步处理，具体为：
所述实时操作系统从外部接收脉冲信号，并记录接收所述脉冲信号的时刻，将所述时刻传递至所述操作系统。
在具体的应用场景中，所述同步模块430当所述同步策略为高频传感器时，通过所述实时操作系统为所述操作系统接收的数据进行同步处理，具体为：
当所述实时操作系统接收到数据时，为所述数据设置与所述数据的接收时刻对应的操作系统的时间戳，并将所述数据以及所述时间戳发送至所述操作系统。
通过应用本申请的技术方案，该方案通过向实时操作系统发送操作系统实时的系统时间以及时钟寄存器的数值；同时在实时操作系统建立时钟寄存器的数值与系统时间之间的对应关系；之后根据预设的同步策略，通过实时操作系统为操作系统接收的数据进行同步处理。通过应用本申请的技术方案，从而实现更精确的精度的传感器同步的同时减少系统冗余、降低成本，极大的提升了传感器同步的效率、准确性以及实用性。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可以通过硬件实现，也可以借助软件加必要的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本发明的技术方案可以以软件产品的形式体现出来，该软件产品可以存储在一个非易失性存储介质(可以是CD-ROM，U盘，移动硬盘等)中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施场景所述的方法。
本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施场景的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。
本领域技术人员可以理解实施场景中的装置中的模块可以按照实施场景描述进行分布于实施场景的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施场景的一个或多个装置中。上述实施场景的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块。
上述本发明序号仅仅为了描述，不代表实施场景的优劣。
以上公开的仅为本发明的几个具体实施场景，但是，本发明并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。
Claims (11)
1.一种同步方法，应用于包含多核CPU的SOC中，其特征在于，预先从所述多核CPU的第一内核运行操作系统，以及从所述多核CPU的第二内核运行实时操作系统，该方法还包括：
向所述实时操作系统发送所述操作系统实时的系统时间以及时钟寄存器的数值；
在所述实时操作系统建立所述数值与所述系统时间之间的对应关系；
根据预设的同步策略，通过所述实时操作系统为所述操作系统接收的数据进行同步处理。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：
预先在所述操作系统与所述实时操作系统内部设置用于通信的共享内存。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，向所述实时操作系统发送所述操作系统实时的系统时间以及时钟寄存器的数值，具体为：
通过所述共享内存在所述操作系统以及所述实时操作系统之间交换所述系统时间以及所述数值。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述实时操作系统建立所述数值与所述系统时间之间的对应关系之后，还包括：
按照预设周期向所述实时操作系统发送所述操作系统实时的系统时间以及时钟寄存器的数值，并在所述实时操作系统更新所述对应关系。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，当所述同步策略为PPS同步时，通过所述实时操作系统为所述操作系统接收的数据进行同步处理，具体为：
按照预设的时间间隔，利用所述实时操作系统通过所述第二内核的串口或接口向外发送所述操作系统当前的系统时间。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，当所述同步策略为外部触发同步时，通过所述实时操作系统为所述操作系统接收的数据进行同步处理，具体为：
所述实时操作系统按照预设的频率向外发送脉冲信号，并记录发送所述脉冲信号的时刻，将所述时刻传递至所述操作系统。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，当所述同步策略为主动告知同步时，通过所述实时操作系统为所述操作系统接收的数据进行同步处理，具体为：
所述实时操作系统从外部接收脉冲信号，并记录接收所述脉冲信号的时刻，将所述时刻传递至所述操作系统。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，当所述同步策略为高频传感器时，通过所述实时操作系统为所述操作系统接收的数据进行同步处理，具体为：
当所述实时操作系统接收到数据时，为所述数据设置与所述数据的接收时刻对应的操作系统的时间戳，并将所述数据以及所述时间戳发送至所述操作系统。
9.一种同步设备，包含多核CPU的SOC中，其特征在于，预先从所述多核CPU的第一内核运行操作系统，以及从所述多核CPU的第二内核运行实时操作系统，该设备还包括：
发送模块，向所述实时操作系统发送所述操作系统实时的系统时间以及时钟寄存器的数值；
对应模块，在所述实时操作系统建立所述数值与所述系统时间之间的对应关系；
同步模块，根据预设的同步策略，通过所述实时操作系统为所述操作系统接收的数据进行同步处理。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述机算机可读存储介质中存储有指令，当所述指令在终端设备上运行时，使得所述终端设备执行权利要求1-8任一项所述的同步方法。
11.一种计算机程序产品，其特征在于，所述计算机程序产品在终端设备上运行时，使得所述终端设备执行权利要求1-8任一项所述的同步方法。
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