CN112202525B - 一种多板卡设备的pps延迟自动测量及补偿方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种多板卡设备的PPS延迟自动测量及补偿方法，主控板卡通过通信总线发送调度帧对从板卡进行调度；从板卡使用上行PPS总线且采用时分复用的方式反馈PPS信号到主控板卡；主控板卡获取源PPS信号与反馈PPS信号之间的时间差作为传输延迟补偿数据；主控板卡发送延迟数据通信帧将传输延迟补偿数据传输给从板卡，在从板卡中进行延迟补偿。本发明能有效的提高从板卡与主控板卡之间的时间偏差的测量精度，进而提高补偿的精度，提高从板卡与主控板卡之间的时间同步精度，保证各输出端口的时间同步精度；同时减少了主控板卡与从板卡之间的信号连接，降低了硬件设计的复杂度，有利于应用及推广。

Description

一种多板卡设备的PPS延迟自动测量及补偿方法
技术领域
本发明属于时钟同步技术领域，尤其涉及一种多板卡设备的PPS延迟自动测量及补偿方法。
背景技术
多板卡设备可以支持较丰富的输入输出接口，特别是可混插式多板卡设备，根据插入不同类型的板卡实现对设备的重构，可满足不同用户的需求，同时可混插式多板卡设备还具有能有效降低工程施工和维护难度等优点，在实际工程应用中得到广泛使用。
PPS是时间同步的基准信号，在多板卡设备中由于主控板与各从板卡之间的PPS传输路径不一致，导致PPS信号从主控板卡传输到其他从板卡的信号延迟不相同，使各从板卡之间的时间不同步，最终导致设备的各输出端口不同步。为保证的各个板卡的时间输出一致性，需要对各从板卡接收的时间基准进行延迟补偿。
传统解决方案是在从板卡上进行人工补偿，此方式只适合设备从板卡种类单一且各槽位从板卡固定的设备，但是人工补偿值的标定需要大量的测试数据，补偿精度也偏低。当设备需要支持所有槽位均可以混插不同类型的从板卡时，主控板卡的PPS到达从板卡的路径将会因每个槽位中插入的从板卡不同而变得复杂，人工补偿值的标定过程将会变得更加繁琐，且补偿精度也会降低。
现有的PPS同步自动补偿装置都是支持设备与设备之间，且PPS的传输使用点对点的方式，如果设备内部槽位数量较多时，使用点对点的方式将会使背板设计复杂化，这些因素都不利于实际工程应用。
专利号CN102082655A《一种时间补偿的方法、装置和系统》中公开来一种时间的补偿方法，实现了对主和从设备传输PPS+ToD时间信号的线路延时进行自动检测和补偿，降低了人工成本，该方法基于主设备与从设备之间PPS和ToD采用点对点连接，主从设备间PPS传输延迟在主设备端测量，主设备将延迟补偿值通过写入ToD消息荷载的保留字节中告知从设备，时间补偿校正在从设备中实施，该技术的方法虽然解决了PPS的自动补偿功能，但PPS传输使用点对点半双工的方式，如果设备内部主控板卡与各从板卡之间也使用点对点的方式，当从板卡数量增加时，主控板卡和背板的硬件设计也会变得复杂，因此不适用于设备内部多板卡之间进行PPS的延迟自动补偿。主设备测得的延迟补偿值是通过ToD消息帧的保留字节来进行传输，如果ToD协议标准发生变化，保留字节被启用之后，将限制该方法的应用。
专利号CN204180093U《一种基于FPGA的PPS系统补偿装置》中公开来一种对PPS的补偿方法，该补偿装置在使用的时候只需在时源处设置一台，便可输出多路经补偿过的PPS信号，使PPS到达用户终端时，正好消除传输带来的延时，从而保证整个系统的时间同步，该方法基于主设备与从设备之间PPS采用点对点连接，主从设备间延迟在主设备端测量，PPS补偿校正在主设备中实施。该方法虽然解决了PPS的自动补偿功能，由于PPS传输使用点对点全双工的方式，相对来说又增加了一个信号。如果设备内部主控板卡与各从板卡之间也使用点对点全双工的方式，当从板卡数量增加时，主控板卡和背板的硬件设计也会变得复杂，因此不适用于设备内部多板卡之间进行PPS自动补偿。
发明内容
本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种多板卡设备的PPS延迟自动测量及补偿方法，包括如下步骤：
用于实施所述一种多板卡设备的PPS延迟自动测量及补偿方法的系统，其至少包括一个主控板卡和一个从板卡；主控板卡使用下行PPS总线传输源PPS信号到从板卡；
主控板卡通过通信总线发送调度帧对从板卡进行调度；
从板卡使用上行PPS总线且采用时分复用的方式反馈PPS信号到主控板卡；
主控板卡获取源PPS信号与反馈PPS信号之间的时间差用于计算传输延迟补偿数据；
主控板卡发送延迟数据通信帧将传输延迟补偿数据传输给从板卡，在从板卡中进行延迟补偿。
进一步的，所述系统中上行PPS总线和下行PPS总线上用于接收和发送PPS信号的器件以及信号通过的路径均对称。
进一步的，所述传输延迟补偿数据由主控板卡通过高精度时间数字转换器测得。
本发明通过以下技术方案来实现上述目的：
本发明的有益效果在于：
(1)通过测量源PPS与反馈PPS之间的时间差，结合下行PPS总线和上行PPS总线的对称性设置，能有效的提高从板卡与主控板卡之间的时间偏差的测量精度，进而提高补偿的精度，提高从板卡与主控板卡之间的时间同步精度，最终保证各输出端口的时间同步精度；
(2)采用PPS总线复用及反馈PPS的时分复用相结合的方式，减少了主控板卡与从板卡之间的信号连接，降低了硬件设计的复杂度，有利于应用及推广。
附图说明
图1是本发明的流程图；
图2是系统的原理图；
图3是延迟补偿实施原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明：
本发明一种多板卡设备的PPS延迟自动测量及补偿方法，包括如下步骤：
用于实施所述一种多板卡设备的PPS延迟自动测量及补偿方法的系统，其至少包括一个主控板卡和一个从板卡；主控板卡使用下行PPS总线传输源PPS信号到从板卡；
主控板卡通过通信总线发送调度帧对从板卡进行调度；
从板卡使用上行PPS总线且采用时分复用的方式反馈PPS信号到主控板卡；
主控板卡获取源PPS信号与反馈PPS信号之间的时间差用于计算传输延迟补偿数据(传输延迟补偿数据为时间差的二分之一)；
主控板卡发送延迟数据通信帧将传输延迟补偿数据传输给从板卡，在从板卡中进行延迟补偿。
进一步的，所述系统中上行PPS总线和下行PPS总线上用于接收和发送PPS信号的器件以及信号通过的路径均对称设置。
进一步的，所述传输延迟补偿数据由主控板卡通过高精度时间数字转换器测得。
主控板卡到从板卡使用下行PPS总线传输PPS信号，从板卡到主控板卡使用上行PPS总线时分复用反馈PPS信号。将上行PPS总线和下行PPS总线采用完全对称的方式，降低计算传输延迟值的难度。主控板卡通过通信总线调度从板卡获取反馈PPS信号并将传输延迟补偿数据传输给从板卡，传输延迟的测量由主控板卡通过高精度时间数字转换器测得，延迟补偿在从板卡中实施。
本发明系统图如附图1所示，系统的源PPS信号由主控板卡通过下行PPS总线传输给各从板卡，从板卡只能接收下行PPS总线传输过来的信号，不能向该总线发送信息。各从板卡通过上行PPS总线将主控板卡传输的源PPS信号反馈至主控板卡，用于测量主控板卡与从板卡的线路延迟。PPS信号的反馈采用时分复用的方式，即同一时刻只允许一个从板卡向主控板卡反馈PPS信号，其他从板卡不允许向上行PPS总线发送反馈PPS信号。系统中上行和下行PPS总线上的各接收和发送器件及信号通过的路径均对称设置，能够保证测得的线路延迟值更加精确，传输延迟使用高精度时间数据转换器来测量。
如附图3所示，主控板卡设置有高精度时间数据转换器，从板卡设置有延时补偿单元与反馈控制单元。主控板卡与从板卡之间的PPS信号同步的具体实施过程如下：
S1:主控板卡将源PPS信号通过下行PPS总线输出到各从板卡；
S2:主控板卡在源PPS信号的下降沿时，通过通信总线向从板卡1发送发送调度帧，允许从板卡1通过上行PPS总线反馈PPS的指令；
S3:从板卡1接收到反馈PPS信号之后，将接收的源PPS信号由上行PPS总线反馈给主控板卡，此时，其他从板卡的PPS上行通道继续保持关闭，避免对上行PPS总线的反馈信号产生干扰；
S4:主控板卡通过时间数字转换器测量出源PPS信号上升沿与反馈PPS信号上升沿之间的时间差t，由于上行和下行PPS的通过路径采用对称设计，因此，从板卡1与主控板卡之间的线路传输延迟Δt为t/2；
S5:保持此次调度时间维持10秒，主控板卡可以获得共计10个线路传输延迟Δt的样本，将这10个样本取平均值记作t’来作为从板卡1与主控板卡之间的线路传输延迟补偿值；
S6:主控板卡通过通信总线向从板卡1发送包含有PPS线路传输延迟补偿值t’的线路延迟数据通信帧，从板卡1接收到PPS线路传输延迟补偿值之后，通过延迟补偿单元调整输出PPS；此时，完成了对从板卡1的线路传输延迟的补偿；
S7:主控板卡重复S2～S6，将执行对象更改为其他从板卡，直至设备中所有从板卡都执行完成线路延迟补偿；
S8:主控板卡对设备中的所有从板卡执行完成上述操作之后，重新从板卡1开始继续执行PPS线路延迟补偿计算的操作。
本发明采用高精度时间数字转换器来测量源PPS与反馈PPS之间的时间差，结合下行PPS总线和上行PPS总线的对称性设置，能有效的提高从板卡与主控板卡之间的时间偏差的测量精度，进而提高补偿的精度，提高从板卡与主控板卡之间的时间同步精度，最终保证各输出端口的时间同步精度；此外，采用PPS总线复用及反馈PPS的时分复用相结合的方式，减少了主控板卡与从板卡之间的信号连接，降低了硬件设计的复杂度，有利于该系统和方法的应用及推广。
本发明的技术方案不限于上述具体实施例的限制，凡是根据本发明的技术方案做出的技术变形，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种多板卡设备的PPS延迟自动测量及补偿方法，其特征在于，包括如下步骤：
用于实施所述一种多板卡设备的PPS延迟自动测量及补偿方法的系统，其至少包括一个主控板卡和一个从板卡；主控板卡使用下行PPS总线传输源PPS信号到从板卡；
主控板卡通过通信总线发送调度帧对从板卡进行调度；
从板卡使用上行PPS总线且采用时分复用的方式反馈PPS信号到主控板卡；
主控板卡获取源PPS信号与反馈PPS信号之间的时间差用于计算传输延迟补偿数据；
主控板卡发送延迟数据通信帧将传输延迟补偿数据传输给从板卡，在从板卡中进行延迟补偿。
2.根据权利要求1所述一种多板卡设备的PPS延迟自动测量及补偿方法，其特征在于，所述系统中上行PPS总线和下行PPS总线上用于接收和发送PPS信号的器件以及信号通过的路径均对称设置。
3.根据权利要求1所述一种多板卡设备的PPS延迟自动测量及补偿方法，其特征在于，所述传输延迟补偿数据由主控板卡通过高精度时间数字转换器测得。
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