CN111130675B - 一种基于时间触发网络的时间同步装置 - Google Patents

Abstract

为解决时间触发协议存在使用限制的技术问题，本发明提供了一种基于时间触发网络的时间同步装置，包括配置生成单元、RTC同步控制单元、时间触发同步控制单元、时间同步混合发送单元以及时间同步混合接收单元。本发明可以满足：当网络需求不满足，或者不适用时间触发协议的时候能够使用RTC方法进行时间同步，当网络满足时间触发协议时能够使用时间触发协议进行时间同步，从而拓展了应用范围，提高了系统的集成度。

Description

一种基于时间触发网络的时间同步装置

技术领域

本发明属于数据通信技术领域，涉及一种基于时间触发网络的时间同步装置。

背景技术

时间触发网络具备强实时、高可靠与高可用等特性，适用于对数据传输的实时性、可靠性有较高要求的分布式网络系统。时间触发网络是通过时间触发协议进行时间同步的，时间同步技术是时间触发网络的核心技术。

在实际应用中，时间触发协议存在使用限制。例如当在网络节点较少不足以通过时间触发协议实现时间同步；再如当配置不满足或者网络对时间同步要求较低，不适用时间触发协议。

发明内容

为解决时间触发协议存在使用限制的技术问题，本发明提供了一种采用FPGA逻辑电路设计的基于时间触发网络的时间同步装置，当网络需求不满足，或者不适用时间触发协议的时候能够使用RTC方法进行时间同步，当网络满足时间触发协议时能够使用时间触发协议进行时间同步，从而拓展了应用范围，提高了系统的集成度。

本发明的技术方案为：

一种基于时间触发网络的时间同步装置，其特殊之处在于：包括配置生成单元、RTC同步控制单元、时间触发同步控制单元、时间同步混合发送单元以及时间同步混合接收单元；

所述配置生成单元用于实现以下步骤：

1)接收来自主机接口的读写控制信号、2^M位地址总线信号和2^M位数据总线信号；M为大于等于4的整数；

2)对所述2^M位地址总线信号进行译码，根据所述2^M位数据总线信号生成RTC同步控制单元、时间触发同步控制单元、时间同步混合发送单元以及时间同步混合接收单元的配置信号；

时间同步混合发送单元配置信号包括时钟同步开关信号、RTC同步开关信号、2^M位时间触发同步发送链路配置信号、2^M位RTC同步发送链路配置信号、2^M位静态发送延时信号；

时间同步混合接收单元配置信号包括2^M位时间触发同步接收链路配置信号、2^M位RTC同步接收链路配置信号和2^M位静态接收延迟信号；

所述时间同步混合接收单元用于实现以下步骤：

1)接收来自外部接收单元的2^M+1位缓冲区读数据，以及来自配置生成单元的时间同步混合接收单元配置信号；

2)对接收到的缓冲区读数据进行处理，生成时间触发同步控制信号和RTC同步控制信号；时间触发同步控制信号包括CS接收指示[1:N]、CA接收指示[1:N]、IN接收指示[1:N]、透明时钟[1:N]、整合周期[1:N]和成员变量[1:N]；RTC同步控制信号包括RTC接收更新使能和2^M+1位RTC接收更新数据；1≤N≤2^M，N为整数；

其中，所述CS是冷启动帧，CA是冷启动确认帧，IN是整合帧，RTC是实时时间控制；

所述RTC同步控制单元用于实现以下步骤：

接收来自配置生成单元的RTC同步控制单元配置信号，以及来自接收时间同步混合接收单元的RTC同步控制信号，完成RTC同步控制功能，产生RTC发送控制信号；RTC发送控制信号包括RTC发送请求和2^M+1位RTC时间信息；

所述时间触发同步控制单元用于实现以下步骤：

1)接收来自配置生成单元的时间触发同步控制单元配置信号，以及来自接收时间同步混合接收单元的时间触发同步控制信号；

2)进行时间触发协议的处理，生成时间触发发送控制信号，包括CS发送请求、CA发送请求、IN发送请求、2^M位本地时间、2^M位本地成员变量和2^M位本地同步周期；

所述时间同步混合发送单元用于实现以下步骤：

1)接收来自配置生成单元的时间同步混合发送单元配置信息、来自RTC同步控制单元的RTC发送控制信号，以及来自时间触发同步控制单元的时间触发发送控制信号；

2)对所述RTC发送请求、CS发送请求、CA发送请求和IN发送请求进行混合调度，并生成缓冲区写使能和2^M+1位缓冲区写数据。

进一步地，所述的RTC同步控制单元配置信号包括RTC主机更新使能信号、至少2^M+1位RTC主机更新数据信号、RTC工作模式信号、2^M位RTC发送周期信号；

所述的时间触发同步控制单元配置信号包括同步角色信号、2^M位同步成员变量信号、2^M位同步评估时间点信号、2^M位同步团集阈值信号、2^M位整合周期长度信号、2^M位群周期长度信号、2^M位冷启动超时时间信号、2^M位等待响应超时时间信号信号、2^M位CS帧超时时间信号、2^M位CA帧超时时间信号、2^M位时间校正点信号、2^M位稳定态周期阈值信号、2^M位延时发送控制时间信号、2^M位监听超时时间信号、2^M位迁移周期数信号、2^M位最大观察窗口数信号、2^M位集中算法耗时时间信号、2^M位同步精度时间信号、2^M位时钟校正时间信号。

进一步地，所述时间同步混合发送单元对所述RTC发送请求、CS发送请求、CA发送请求和IN发送请求进行混合调度的优先级为CS发送请求>CA发送请求>IN发送请求>RTC发送请求。

进一步地，所述时间同步混合发送单元包括请求混合调度单元和成帧单元；

请求混合调度单元用于接收所述时钟同步开关信号、RTC同步开关信号、RTC发送请求、CS发送请求、CA发送请求和IN发送请求，生成调度结果并发送给成帧单元；

成帧单元根据所述调度结果，将所述2^M位时间触发同步发送链路配置信号、2^M位RTC同步发送链路配置信号、2^M位静态发送延时信号、2^M+1位RTC时间信息、2^M位本地时间、2^M位本地成员变量和2^M位本地同步周期组织成待发送数据，并生成缓冲区写使能和2^M+1位缓冲区写数据。

进一步地，所述M取值为5。

本发明的有益效果：

1、本发明控制简单，易于硬件逻辑实现。

2、本发明通用性高，能够有效的简化使用者的设计。

3、本发明可满足不同需求的时间触发网络时间同步，适用范围更广。

4、本发明在进行发送请求混合调度时，优先保证时间触发协议(同步精度高于RTC)的运行，在网络条件不允许的条件下，可以运行RTC同步方式，实现两种同步方式的复用。

附图说明

图1为本发明时间同步装置实施例的原理示意图，图中[1:N]代表信号可以依据物理层的个数而扩展为N路。

图2为本发明实施例中配置生成单元读写操作时序示意图。

图3为本发明实施例中时间同步混合发送单元的原理示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步说明。

本发明所提供的基于时间触发网络的时间同步装置包括配置生成单元、RTC同步控制单元、时间触发同步控制单元、时间同步混合发送单元、时间同步混合接收单元这五个部分，以下结合附图1-3以及具体实例对各部分进行详细说明。

一、配置生成单元

接收来自主机接口的读写控制信号、32位地址总线信号和32位数据总线信号，对32位地址总线信号进行译码，生成相关配置信号，包括RTC同步控制单元配置信号、时间触发同步控制单元配置信号、时间同步混合发送单元配置信号和时间同步混合接收单元的配置信号；

RTC同步控制单元配置信号包括RTC主机更新使能信号、64位RTC主机更新数据信号、RTC工作模式信号、32位RTC发送周期信号；

时间触发同步控制单元配置信号包括同步角色信号、32位同步成员变量信号、32位同步评估时间点信号、32位同步团集阈值信号、32位整合周期长度信号、32位群周期长度信号、32位冷启动超时时间信号、32位等待响应超时时间信号、32位CS帧超时时间信号、32位CA帧超时时间信号、32位时间校正点信号、32位稳定态周期阈值信号、32位延时发送控制时间信号、32位监听超时时间信号、32位迁移周期数信号、32位最大观察窗口数信号、32位集中算法耗时时间信号、32位同步精度时间信号、32位时钟校正时间信号；

时间同步混合发送单元配置信号包括时钟同步开关信号、RTC同步开关信号、32位时间触发同步发送链路配置信号、32位RTC同步发送链路配置信号和32位静态发送延时信号；

时间同步混合接收单元配置信号包括32位时间触发同步接收链路配置信号、32位RTC同步接收链路配置信号和32位静态接收延迟信号。

配置生成单元通过图2中波形所示的时序对配置信息进行读写；配置信息的寄存器的定义和说明如下表1所示。

表1配置寄存器组说明

二、时间同步混合接收单元

首先，接收来自外部接收单元的64位缓冲区读数据，接收来自配置生成单元的时间同步混合接收单元配置信号；然后，对接收到的缓冲区读数据进行处理，提取出相关时间信息，并使用静态接收延迟进行时间修正，生成时间触发同步控制信号和RTC同步控制信号；

时间触发同步控制信号包括CS接收指示[1:N]、CA接收指示[1:N]、IN接收指示[1:N]、透明时钟[1:N]、整合周期[1:N]、成员变量[1:N]；

RTC同步控制信号包括RTC接收更新使能和64位RTC接收更新数据。

三、RTC同步控制单元

接收来自配置生成单元的RTC同步控制单元配置信号，接收来自时间同步混合接收单元的RTC同步控制信号，完成RTC同步控制功能，产生RTC发送控制信号；

RTC发送控制信号包括RTC发送请求和64位RTC时间信息。

RTC同步控制单元主要功能包括：

a.若RTC工作模式为服务器模式，则按照RTC发送周期信号对外周期性的发送RTC发送请求和RTC时间信息。

b.若RTC工作模式为客户端模式，则按照RTC接收更新使能和64位RTC接收更新数据对自身RTC时间进行维护。

c.按照RTC主机更新使能信号、64位RTC主机更新数据信号对RTC时间信息进行更新。

四、时间触发同步控制单元

首先，接收来自配置生成单元的时间触发同步控制单元配置信号，接收来自时间同步混合接收单元的时间触发同步控制信号；然后，进行时间触发协议的处理后，生成时间触发发送控制信号；

时间触发发送控制信号包括CS发送请求、CA发送请求、IN发送请求、32位本地时间、32位本地成员变量和32位本地同步周期。

五、时间同步混合发送单元

首先，接收来自配置生成单元的时间同步混合发送单元配置信号，接收来自RTC同步控制单元的RTC发送控制信号，接收来自时间触发同步控制单元的时间触发发送控制信号；然后，对接收到的RTC发送请求、CS发送、CA发送和IN发送进行混合调度，并生成缓冲区写使能和64位缓冲区写数据。

如图3所示，时间同步混合发送单元中的请求混合调度单元接收RTC发送请求、CS发送请求、CA发送请求和IN发送请求后，按照优先级对各发送请求进行调度从而生成调度结果，根据该调度结果使用一个成帧单元将时间触发同步发送链路配置、RTC同步发送链路配置、静态发送延时、RTC时间、本地时间、本地成员变量和本地同步周期组织成待发送数据，并生成缓冲区写使能和64位缓冲区写数据。

请求混合调度单元的主要功能包括：

a.若时钟同步开关为“开”，RTC同步开关为“开”，则按照CS发送请求>CA发送请求>IN发送请求>RTC发送请求的调度优先级顺序对时间同步请求进行处理，并生成缓冲区写使能和64位缓冲区写数据。当RTC发送请求和CS、CA、IN发送请求存在同时请求的情况下，仅对高优先级的请求进行响应；

b.若时钟同步开关为“开”，RTC同步开关为“关”，则按照CS发送请求>CA发送请求>IN发送请求的调度顺序对时间同步请求进行处理，并生成缓冲区写使能和64位缓冲区写数据，不对RTC请求进行响应。当CS、CA、IN发送请求存在同时请求的情况下，仅对高优先级的请求进行响应；

c.若时钟同步开关为“关”，RTC同步开关为“开”，则仅响应RTC发送请求，并生成缓冲区写使能和64位缓冲区写数据；

d.若时钟同步开关为“关”，RTC同步开关为“关”，不对CS、CA、IN、RTC发送请求进行响应。

上述CS是冷启动帧，CA是冷启动确认帧，IN是整合帧，RTC是实时时间控制。

Claims (5)

1.一种基于时间触发网络的时间同步装置，其特征在于：包括配置生成单元、RTC同步控制单元、时间触发同步控制单元、时间同步混合发送单元以及时间同步混合接收单元；

所述配置生成单元用于实现以下步骤：

1)接收来自主机接口的读写控制信号、2^M位地址总线信号和2^M位数据总线信号；M为大于等于4的整数；

2)对所述2^M位地址总线信号进行译码，根据所述2^M位数据总线信号生成RTC同步控制单元、时间触发同步控制单元、时间同步混合发送单元以及时间同步混合接收单元的配置信号；

时间同步混合发送单元配置信号包括时钟同步开关信号、RTC同步开关信号、2^M位时间触发同步发送链路配置信号、2^M位RTC同步发送链路配置信号、2^M位静态发送延时信号；

时间同步混合接收单元配置信号包括2^M位时间触发同步接收链路配置信号、2^M位RTC同步接收链路配置信号和2^M位静态接收延迟信号；

所述时间同步混合接收单元用于实现以下步骤：

1)接收来自外部接收单元的2^M+1位缓冲区读数据，以及来自配置生成单元的时间同步混合接收单元配置信号；

2)对接收到的缓冲区读数据进行处理，生成时间触发同步控制信号和RTC同步控制信号；时间触发同步控制信号包括CS接收指示[1:N]、CA接收指示[1:N]、IN接收指示[1:N]、透明时钟[1:N]、整合周期[1:N]和成员变量[1:N]；RTC同步控制信号包括RTC接收更新使能和2^M+1位RTC接收更新数据；1≤N≤2^M，N为整数；

其中，所述CS是冷启动帧，CA是冷启动确认帧，IN是整合帧，RTC是实时时间控制；

所述RTC同步控制单元用于实现以下步骤：

接收来自配置生成单元的RTC同步控制单元配置信号，以及来自时间同步混合接收单元的RTC同步控制信号，完成RTC同步控制功能，产生RTC发送控制信号；RTC发送控制信号包括RTC发送请求和2^M+1位RTC时间信息；

所述时间触发同步控制单元用于实现以下步骤：

1)接收来自配置生成单元的时间触发同步控制单元配置信号，以及来自接收时间同步混合接收单元的时间触发同步控制信号；

2)进行时间触发协议的处理，生成时间触发发送控制信号，包括CS发送请求、CA发送请求、IN发送请求、2^M位本地时间、2^M位本地成员变量和2^M位本地同步周期；

所述时间同步混合发送单元用于实现以下步骤：

1)接收来自配置生成单元的时间同步混合发送单元配置信息、来自RTC同步控制单元的RTC发送控制信号，以及来自时间触发同步控制单元的时间触发发送控制信号；

2)对所述RTC发送请求、CS发送请求、CA发送请求和IN发送请求进行混合调度，并生成缓冲区写使能和2^M+1位缓冲区写数据。

2.根据权利要求1所述的基于时间触发网络的时间同步装置，其特征在于：

所述的RTC同步控制单元配置信号包括RTC主机更新使能信号、至少2^M+1位RTC主机更新数据信号、RTC工作模式信号、2^M位RTC发送周期信号；

所述的时间触发同步控制单元配置信号包括同步角色信号、2^M位同步成员变量信号、2^M位同步评估时间点信号、2^M位同步团集阈值信号、2^M位整合周期长度信号、2^M位群周期长度信号、2^M位冷启动超时时间信号、2^M位等待响应超时时间信号、2^M位CS帧超时时间信号、2^M位CA帧超时时间信号、2^M位时间校正点信号、2^M位稳定态周期阈值信号、2^M位延时发送控制时间信号、2^M位监听超时时间信号、2^M位迁移周期数信号、2^M位最大观察窗口数信号、2^M位集中算法耗时时间信号、2^M位同步精度时间信号、2^M位时钟校正时间信号。

3.根据权利要求2所述的基于时间触发网络的时间同步装置，其特征在于：所述时间同步混合发送单元对所述RTC发送请求、CS发送请求、CA发送请求和IN发送请求进行混合调度的优先级为CS发送请求>CA发送请求>IN发送请求>RTC发送请求。

4.根据权利要求3所述的基于时间触发网络的时间同步装置，其特征在于：所述时间同步混合发送单元包括请求混合调度单元和成帧单元；

请求混合调度单元用于接收所述时钟同步开关信号、RTC同步开关信号、RTC发送请求、CS发送请求、CA发送请求和IN发送请求，生成调度结果并发送给成帧单元；

成帧单元根据所述调度结果，将所述2^M位时间触发同步发送链路配置信号、2^M位RTC同步发送链路配置信号、2^M位静态发送延时信号、2^M+1位RTC时间信息、2^M位本地时间、2^M位本地成员变量和2^M位本地同步周期组织成待发送数据，并生成缓冲区写使能和2^M+1位缓冲区写数据。

5.根据权利要求1-4任一所述的基于时间触发网络的时间同步装置，其特征在于：所述M取值为5。

Images