CN110795289B - 一种多时钟自动切换方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种多时钟自动切换方法，包括：监测主时钟是否发生错误；判别备份时钟工作频率是否正常；监测主时钟是否丢失；通过主时钟判断备份时钟是否丢失；确定时钟是否切换：根据配置寄存器计数器值，对主时钟检测错误进行计数，如果计数值达到配置寄存器值，且主时钟发生错误，需要进行切换；如果主时钟发生了时钟错误，且备份时钟正常，满足切换条件，根据配置寄存器备份时钟的优先级确定对应切换的备份时钟；如果需要切换的备份时钟也发生错误，根据置寄存器备份时钟的优先级切换到次优先级的时钟。
Description
技术领域
本发明涉及航空航天通讯领域，特别涉及一种多时钟自动切换方法。
背景技术
在军用通讯、航空航天领域，对系统的稳定性、对数据的容错性和实时性要求比较高，因此系统工作的时钟必须足够的稳定。该系统一般设计会预留几个与主时钟同频的备份时钟，以便主时钟出现问题时可以及时的切换到备份时钟。
针对以上应用背景，如何监测时钟出现问题或时钟丢失，出现问题什么时候切换，如何切换，是一个技术难点，也是本文需要解决的问题。现有针对时钟切换技术主要采用时钟逻辑互锁消抖技术，时钟逻辑运算配合控制命令等切换方法。主要采集时钟的下降沿，锁存时钟，在低电平时切换到另外一个时钟域。该方法的缺点：1、如果时钟为同频率则不能直接采集得到下降沿；2、不能判断出主时钟频率是否出现问题；3、不能实时监测时钟的状态，而需要软件程序去控制时钟的切换，是一种被动的行为且实效性不能保证。
发明内容
本发明的目的在于提供一种多时钟自动切换方法，用于解决上述现有技术的问题。
本发明一种多时钟自动切换方法，包括：监测主时钟是否发生错误；判别备份时钟工作频率是否正常；监测主时钟是否丢失；通过主时钟判断备份时钟是否丢失；确定时钟是否切换：根据配置寄存器计数器值，对主时钟检测错误进行计数，如果计数值达到配置寄存器值，且主时钟发生错误，需要进行切换；如果主时钟发生了时钟错误，且备份时钟正常，满足切换条件，根据配置寄存器备份时钟的优先级确定对应切换的备份时钟；如果需要切换的备份时钟也发生错误，根据置寄存器备份时钟的优先级切换到次优先级的时钟。
根据本发明的多时钟自动切换方法的一实施例，其中，包括：监测主时钟是否发生错误包括：(1)、主时钟通过分频产生一个2分频时钟；(2)、使用分频时钟产生一个PRBS序列数据，同对分频时钟进行延时处理产生检测时钟；(3)、如果延时后的时钟检测PRBS序列数据，如果检测结果不为0则输出1，表示数据时钟频率发生了错误。
根据本发明的多时钟自动切换方法的一实施例，其中，监测主时钟是否丢失，包括：用备份时钟分频时钟采集主时钟PRBS序列产生数据，同步后进行检测，如果检测结果不为0则输出1，且主时钟和备份时钟检测各自时钟域的PRBS序列结果输出为0，表示数据主时钟丢失。
根据本发明的多时钟自动切换方法的一实施例，其中，包括：(1)时钟自动切换由一个主时钟和一个或多个备份时钟组成，主时钟和备份时钟分别二分频产生对应的时钟；(2)主时钟和备份时钟分别通过伪随机序列第一序列产生器和第二序列产生器产生PRBS序列产生第一数据和第二数据，PRBS序列为并行序列；(3)主时钟2分频后的时钟和备份时钟2分频后的时钟分别通过逻辑延时产生延时时钟的主时钟2分频信号延时时钟和备份时钟2分频信号延时时钟；(4)主时钟2分频信号延时时钟和备份时钟2分频信号延时时钟分别对主时钟域PRBS序列产生数据和备份时钟域PRBS序列产生数据进行检测主时钟域PRBS序列产生数据在延时时钟和备份时钟域PRBS序列产生数据在延时时钟，检测为0表示数据无误，不为0表示数据发生了错误；(5)主时钟2分频信号延时时钟对备份时钟域PRBS序列产生数据检测，备份时钟2分频信号延时时钟对主时钟域PRBS序列产生数据检测；(6)根据主时钟域PRBS序列产生数据在延时时钟下的检测、备份时钟域PRBS序列产生数据在主时钟下的检测、主时钟域PRBS序列产生数据在备份时钟下的检测以及备份时钟域PRBS序列产生数据在延时时钟下的检测，输出结果确定是否需要切换时钟，输出对应控制信号控制时钟选择器选择对应的时钟；
根据本发明的多时钟自动切换方法的一实施例，其中，利用可配置寄存器实现对系统灵活的配置：(1)配置备份时钟的数目和使能；(2)配置切换时钟的优先级；(3)配置允许出现错误的个数。
根据本发明的多时钟自动切换方法的一实施例，其中，通过主时钟域的二分频信号产生PRBS序列和延时时钟对PRBS序列进行检测判断主时钟频率是否发生了变化，如果主时钟发生变出，检测值不为0。
根据本发明的多时钟自动切换方法的一实施例，其中，通过备份时钟域的二分频信号产生PRBS序列和延时时钟对PRBS序列进行检测可以判断备份时钟频率是否发生了变化，如果备份时钟发生变出，检测值不为0。
根据本发明的多时钟自动切换方法的一实施例，其中，(1)时钟错误判别器根据主时钟域PRBS序列产生数据在延时时钟以及备份时钟域PRBS序列产生数据在主时钟的值是否为0对进行计数，如果不为0则计数器加1，当计数器值达到配置最大值时计数器清零；(2)当计数器达到最大值时，判断备份时钟是否正常，如果备份时钟正常则主时钟切换到备份时钟，时钟切换满足的条件为主时钟出现问题，备份时钟正常工作，备份时钟正常的条件为备份时钟检测为0，且时钟没有丢失，主时钟错误出现情况为，主时钟频率发生变化，或时钟对丢失；(3)时钟错误判别器根据对应寄存器配置优先级输出对应的数值，控制MUX选择对应时钟的切换。
本发明采用一种多时钟自动切换的方法，当系统主时钟频率发生变化或者时钟丢失时，能及时切换到备份时钟以保证系统的正常工作。对要求系统稳定、可靠，以保证数据能够正确、实时的传输和处理。
附图说明
图1为图1时钟自动切换框图；
图2PRBS7序列产生框图；
图3PRBS7检测框图；
图4PRBS检测时钟错误框图；
图5PRBS检测时钟丢失框图。
具体实施方式
为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
本发明多时钟自动切换方法，包括：
监测主时钟是否发生错误，具体包括：
(1)、主时钟通过分频产生一个2分频时钟；
(2)、使用分频时钟产生一个PRBS序列数据，同对分频时钟进行延时处理产生检测时钟；
(3)、如果采用分频时钟直接检测PRBS数据，由于产生和检测使用的是相同时钟，即使时钟发生错误也不会检测到错误，即检测结果一直为0；如果延时后的时钟检测PRBS序列数据，如果检测结果不为0则输出1，表示数据时钟频率发生了错误，时钟延长或者缩短，也可能发生了抖动，即延时后的时钟不同于PRBS序列产生的时钟，会多采集或者少采集一拍数据。因此，检测的数据结果不为0。
采用与与监测主时钟是否发生错误的方法相同的方法，判别备份时钟工作频率是否正常；
监测主时钟是否丢失，包括：
用备份时钟分频时钟采集主时钟PRBS序列产生数据，同步后进行检测，如果检测结果不为0则输出1，且主时钟和备份时钟检测结果输出为0，表示数据主时钟丢失；
与监测主时钟是否丢失的方法采用相同方法，通过主时钟判断备份时钟是否丢失；
确定时钟是否切换：
(1)根据时钟错误判别器，确定主时钟和备份时钟是否发生错误或丢失；
(2)根据配置寄存器计数器值，对主时钟检测错误进行计数，如果计数值达到配置寄存器值，且主时钟发生错误，需要进行切换。
(3)如果主时钟发生了时钟错误，且备份时钟正常，满足切换条件，根据配置寄存器备份时钟的优先级确定对应切换的备份时钟；
(4)如果需要切换的备份时钟也发生错误，根据置寄存器备份时钟的优先级切换到次优先切换到次优先的时钟。
本发明多时钟自动切换方法的一具体实施例，主时钟和备份时钟来自不同源的异步时钟。其中下述的100为主时钟，101为备份时钟，102为主时钟2分频后的时钟，103为备份时钟2分频后的时钟，104为主时钟域PRBS序列产生器，105为备份时钟域PRBS序列产生器，106为主时钟域PRBS序列产生数据输出，107为备份时钟域PRBS序列产生数据输出，108为主时钟2分频信号延时信号，109为备份时钟2分频信号延时信号，110为主时钟域PRBS序列产生数据在延时时钟下的检测，111为备份时钟域PRBS序列产生数据在主时钟下的检测，112为主时钟域PRBS序列产生数据在备份时钟下的检测，113为备份时钟域PRBS序列产生数据在延时时钟下的检测，115为时钟错误判别器，117为时钟选择时钟输出。
本发明多时钟自动切换方法如下：
主时钟和备份时钟分别产生2分频时钟102和103；
主时钟2分频后的时钟102和备份时钟2分频后的时钟103分别通过PRBS序列产生器104和备份时钟域PRBS序列产生器105产生主时钟域PRBS序列产生数据106和备份时钟域PRBS序列产生数据107，PRBS采用并行序列。如图2所示，可以产生PRBS7的序列，对应产生多项式为g(x)＝1+x6+x7；产生的PRBS序列产生数据为：
其中，Sn为Sn-1的延迟，如S3为S2在二分频时钟作用下产生一拍的延时。
主时钟2分频后的时钟102和备份时钟2分频后的时钟103分别对二分频的时钟进行延时处理，延时周期为一个主时钟或备份时钟周期，该延时时钟主要用于检测PRBS序列是否有错误，因为该时钟和分频时钟之间存在延时，故相同时刻如果时钟不正常，发生抖动，则可以检测到错误产生；
主时钟2分频信号延时信号108和备份时钟2分频信号延时信号109分别对主时钟域PRBS序列产生数据106和备份时钟域PRBS序列产生数据107数据进行检测，输出主时钟域PRBS序列产生数据在延时时钟下的检测结果110和备份时钟域PRBS序列产生数据在主时钟下的检测结果113，检测为0表示数据无误，不为0表示数据发生了错误。如图3所示，由于时钟发生了错误，检测时钟延时后可能会多采集或者少采集一拍PRBS数据，此时检测的结果会有错误的产生，输出结果不为0。如图4所示为检测过程的时序。其中虚线框内表示系统时钟延长，延迟时钟多采集一次数据，检测到数据错误。但该过程无法检测到时钟是否丢失，第5步可以检测始时钟是否丢失。
主时钟2分频信号延时信号108对备份时钟域PRBS序列产生数据107检测，备份时钟2分频信号延时信号109对备份时钟域PRBS序列产生器106的数据检测，该过程可以检测到时钟是否丢失，如图5所示，E表示检测出PRBS错误。时钟丢失后时钟输出为直流高电平或低电平，而备份时钟正常，则检测结果为1，主表示时钟丢失；
如果主时钟发生了错误并且备份时钟正常才能满足时钟切换条，其他情况均不切换时钟；
时钟判别模块根据主时钟域PRBS序列产生数据在延时时钟下的检测110，备份时钟域PRBS序列产生数据在主时钟下的检测111，主时钟域PRBS序列产生数据在备份时钟下的检测112，备份时钟域PRBS序列产生数据在延时时钟下的检测113的结果判断是否需要切换时钟，而控制时钟选择器117选择对应的备份时钟。根据时钟错误判别器，确定主时钟和备份时钟是否发生错误或丢失；如果发生错误或丢失根据配置寄存器计数器值，对主时钟检测结果错误进行计数，如果计数值达到配置寄存器值，则主时钟发生错误，需要进行切换；如果主时钟发生了时钟错误，且需要切换，如果备份时钟由多个，且都工作正常，根据配置寄存器备份时钟的优先级确定对应切换的备份时钟；如果需要切换的备份时钟也发生错误，根据置寄存器备份时钟的优先级切换到次优先切换到次优先的时钟。
本发明涉及一种多时钟自动切换的方法。该方法适用对系统稳定性及实效性要求比较高的场景，且主时钟出问题备份时钟能及时切换的领域。系统有两个或者多个同频率的时钟，系统正常工作时主时钟有效，其他为备份时钟；主时钟和备份时钟分别产生二分频时钟并通过该时钟产生伪随机序列，分别对分频时钟进行延时处理，使用延时后的时钟对伪随机序列码(PRBS)产生后的数据进行检测，如果检测结果不为1则主时钟或者备份时钟频率可能发生变化；用主时钟和备份时钟分别检测对方的PRBS序列产生数据，则可确定时钟是否丢失；对主时钟和备份时钟检测结果进行逻辑比较，根据切换优先级，确认是否切换时钟；如果主时钟自身检测错误，而备份时钟自身检测无误，则切换时钟；如果主时钟自身检测无误，备份时钟自身检测无误，而备份时钟检测主时钟数据有误则切换时钟；其他情况均不切换时钟。
本发明主要实现了一种自动的判断主时钟和备份时钟是否正常，是否需要切换的方法。通过对PRBS序列的检测结果可以监测时钟是否发生错，可以立即做出相应切换的对应的备份时钟，减小数据传输的错误，提高系统的稳定性；可配置寄存器，方便用户灵活的配置：配置备份时钟的使能，自由选择备份时钟是否开启；如果有多个备份时钟可以切换，可以根据优先级确定对应切换的时钟；可以通过配置寄存器选择时钟容错的个数；结合主时钟和备份时钟的工作状态确定切换到对应的时钟；该过程自动实现，可以降低由于时钟丢失和时钟错误对系统造成的影响，提高系统的稳定性。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种多时钟自动切换方法，包括：
监测主时钟是否发生错误；
判别备份时钟工作频率是否正常；
监测主时钟是否丢失；
通过主时钟判断备份时钟是否丢失；
确定时钟是否切换：
根据配置寄存器计数器值，对主时钟检测错误进行计数，如果计数值达到配置寄存器值，且主时钟发生错误，需要进行切换；
如果主时钟发生了时钟错误，且备份时钟正常，满足切换条件，根据配置寄存器备份时钟的优先级确定对应切换的备份时钟；
如果需要切换的备份时钟也发生错误，根据置寄存器备份时钟的优先级切换到次优先级的时钟；
其中，
监测主时钟是否发生错误包括：
(1)、主时钟通过分频产生一个2分频时钟；
(2)、使用分频时钟产生一个PRBS序列数据，同对分频时钟进行延时处理产生检测时钟；
(3)、用延时后的时钟检测PRBS序列数据，如果检测结果不为0则输出1，表示数据时钟频率发生了错误；
监测主时钟是否丢失，包括：用备份时钟分频时钟采集主时钟PRBS序列产生数据，同步后进行检测，如果检测结果不为0则输出1，且主时钟和备份时钟检测各自时钟域的PRBS序列结果输出为0，表示数据主时钟丢失；
(1)时钟自动切换电路由一个主时钟和一个或多个备份时钟组成，主时钟和备份时钟分别二分频产生对应的时钟；
(2)主时钟和备份时钟分别通过伪随机序列第一序列产生器和第二序列产生器产生PRBS序列产生第一数据和第二数据，PRBS序列为并行序列；
(3)主时钟2分频后的时钟和备份时钟2分频后的时钟分别通过逻辑延时产生延时时钟的主时钟2分频信号延时时钟和备份时钟2分频信号延时时钟；
(4)主时钟2分频信号延时信号和备份时钟2分频信号延时信号分别对主时钟域PRBS序列产生数据和备份时钟域PRBS序列产生数据进行检测，输出主时钟域PRBS序列产生数据在延时时钟下的检测结果和备份时钟域PRBS序列产生数据在主时钟下的检测结果，检测为0表示数据无误，不为0表示数据发生了错误；
(5)主时钟2分频信号延时信号对备份时钟域PRBS序列产生数据检测，备份时钟2分频信号延时信号对主时钟域PRBS序列产生数据检测；
(6)根据主时钟域PRBS序列产生数据在主时钟2分频信号延时时钟下的检测、备份时钟域PRBS序列产生数据在主时钟下的检测、主时钟域PRBS序列产生数据在备份时钟下的检测、以及备份时钟域PRBS序列产生数据在备份时钟2分频信号延时时钟下的检测，输出结果确定是否需要切换时钟，输出对应控制信号控制时钟选择器选择对应的时钟。
2.如权利要求1所述的多时钟自动切换方法，其特征在于，利用可配置寄存器实现对系统灵活的配置：
(1)配置备份时钟的数目和使能；
(2)配置切换时钟的优先级；
(3)配置允许出现错误的个数。
3.如权利要求1所述的多时钟自动切换方法，其特征在于，通过主时钟域的二分频信号产生PRBS序列和延时时钟对PRBS序列进行检测判断主时钟频率是否发生了变化，如果主时钟发生变出，检测值不为0。
4.如权利要求1所述的多时钟自动切换方法，其特征在于，通过备份时钟域的二分频信号产生PRBS序列和延时时钟对PRBS序列进行检测可以判断备份时钟频率是否发生了变化，如果备份时钟发生变化，检测值不为0。
5.如权利要求1所述的多时钟自动切换方法，其特征在于，
(1)时钟错误判别器根据主时钟域PRBS序列产生数据在延时时钟以及备份时钟域PRBS序列产生数据在主时钟的值是否为0对进行计数，如果不为0则计数器加1，当计数器值达到配置最大值时计数器清零；
(2)当计数器达到最大值时，判断备份时钟是否正常，如果备份时钟正常则主时钟切换到备份时钟，时钟切换满足的条件为主时钟出现问题，备份时钟正常工作，备份时钟正常的条件为备份时钟检测为0，且时钟没有丢失，主时钟错误出现情况为，主时钟频率发生变化；
(3)时钟错误判别器根据对应寄存器配置优先级输出对应的数值，控制MUX选择对应时钟的切换。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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