CN112511475B - 一种报文同步精度补偿方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种报文同步精度补偿方法及系统，本发明记录因等待移位寄存器发送完当前数据产生的延时，将延时写入同步报文发送至接收端，接收端采用延时补偿，实现同步，可将同步精度提高至原来的10倍。

Description

一种报文同步精度补偿方法及系统
技术领域
本发明涉及一种报文同步精度补偿方法及系统，属于工业控制领域。
背景技术
在工业控制领域，尤其具有是分布式架构的控制系统，往往要求系统内的各个控制器之间实现时序上的同步。常见的点对点通信或一对多广播通信形式，一般都可以支持报文同步，例如，控制器A和B之间使用点对点通信，B要同步于A，那么A每隔100us发送一帧报文到B，报文的长度固定，传输时间也是固定的，假如A在T0时刻发送报文到B，报文传输时间为TS，B接收到报文的时刻就是T0+TS，所以B以接收时刻为参考，经过反推，即可得到A的同步时刻T0（见图1）。
较高速的通信一般采用特定的编码形式，例如4B/5B编码、8B/10B编码，使用这种方法实现报文同步的缺点是，数据的传输是以字节/字为单位的，以8B/10B编码为例，假如传输以字节为单位，要传输的字节首先经过8B/10B编码，变成10bit，然后在链路中传输，即使是链路空闲时，也要传输空闲字符，所以当同步信号到来时，写入发送缓冲的数据无法直接发送到链路上，而是要等链路中正在传输的空闲字符传输完成，而这个等待时间是不确定的，从0~9bit都有可能。因此4B/5B或8B/10B编码通信中，报文同步的精度误差大，是编码时钟的10倍。
发明内容
本发明提供了一种报文同步精度补偿方法及系统，解决了背景技术中披露的问题。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种报文同步精度补偿方法，包括，
响应于接收到同步信号，记录因等待移位寄存器发送完当前数据产生的延时；
响应于移位寄存器发送完当前数据，将延时写入同步报文；
将包含延时的同步报文发送至接收端，用以实现同步。
响应于接收到同步信号，记录因等待移位寄存器发送完当前数据产生的延迟，具体过程为，
响应于接收到同步信号，启动延时计时；
响应于移位寄存器发送完当前数据，停止延时计时，获得延时。
响应于接收到同步信号，将同步报文帧头写入缓冲区，当同步报文帧头出现在缓冲区输出端时，启动延时计时；响应于移位寄存器发送完当前数据，将同步报文帧头从缓冲区读出，编码后写入移位寄存器，并停止延时计时，获得延时。
响应于移位寄存器发送完当前数据，将延时写入同步报文数据，并将包含延时的同步报文数据写入缓冲区。
将延时写入同步报文的第一个数据。
一种报文同步精度补偿方法，包括，
接收并校验发送端发送的包含延时的同步报文；
响应于校验通过，从同步报文中提取延时，进行延时处理，实现同步。
响应于校验通过，从同步报文中提取延时，以校验结束为起始，进行延时处理，实现同步。
一种报文同步精度补偿系统，包括发送端系统和接收端系统；
发送端系统包括：
延时记录模块：响应于接收到同步信号，记录因等待移位寄存器发送完当前数据产生的延时；
延时写入模块：响应于移位寄存器发送完当前数据，将延时写入同步报文；
发送模块：将包含延时的同步报文发送至接收端，用以实现同步。
接收端系统包括：
处理模块：接收并校验发送端发送的包含延时的同步报文；
同步模块：响应于校验通过，从同步报文中提取延时，进行延时处理，实现同步。
一种存储一个或多个程序的计算机可读存储介质，所述一个或多个程序包括指令，所述指令当由计算设备执行时，使得所述计算设备执行报文同步精度补偿方法。
一种计算设备，包括一个或多个处理器、一个或多个存储器以及一个或多个程序，其中一个或多个程序存储在所述一个或多个存储器中并被配置为由所述一个或多个处理器执行，所述一个或多个程序包括用于执行报文同步精度补偿方法的指令。
本发明所达到的有益效果：本发明记录因等待移位寄存器发送完当前数据产生的延时，将延时写入同步报文发送至接收端，接收端采用延时补偿，实现同步，可将同步精度提高至原来的10倍。
附图说明
图1为报文同步原理；
图2为8B/10B通信报文格式；
图3为具有同步精度补偿功能的8B/10B通信模块功能框图；
图4为发送端时序图；
图5为同步发送处理模块端口图；
图6为移位数据选择逻辑模块端口图；
图7为信号时序图；
图8为精度补偿示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
一种报文同步精度补偿方法，包括发送端和接收端方法，其中发送端方法具体如下：
1）响应于接收到同步信号，记录因等待移位寄存器发送完当前数据产生的延时。
具体过程如下：
11）响应于接收到同步信号，将同步报文帧头写入缓冲区，当同步报文帧头出现在缓冲区输出端时，启动延时计时；其中，同步报文格式见图2，以8B/10B报文为例，包括帧头（SOF）、数据和帧尾（EOF组成），帧与帧之间是空闲字符，帧头、帧尾和数据都是10bit的数据编码，空闲字符也是10bit的数据编码。
12）响应于移位寄存器发送完当前数据，将同步报文帧头从缓冲区读出，编码后写入移位寄存器，并停止延时计时，获得延时。
2）响应于移位寄存器发送完当前数据，将延时写入同步报文的第一个数据，将同步报文数据和帧尾依次写入缓冲区。
3）将包含延时的同步报文发送至接收端，用以实现同步。
将同步报文数据和帧尾从缓冲区读出，编码后写入移位寄存器，在发送时钟的驱动下发送至接收端。
接收端方法具体如下：
S1）接收并校验发送端发送的包含延时的同步报文。
先将接收到的码流恢复，然后进行解码，最后进行校验，校验通过后将数据写入接收端的缓存区 ，等待读取。
S2）响应于校验通过，从同步报文数据中提取延时，以接收到同步报文帧尾为起始，进行延时处理，实现同步。
上述方法对应的软件系统，包括发送端系统和接收端系统；
发送端系统包括：
延时记录模块：响应于接收到同步信号，记录因等待移位寄存器发送完当前数据产生的延时；
延时写入模块：响应于移位寄存器发送完当前数据，将延时写入同步报文；
发送模块：将包含延时的同步报文发送至接收端，用以实现同步。
接收端系统包括：
处理模块：接收并校验发送端发送的包含延时的同步报文；
同步模块：响应于校验通过，从同步报文中提取延时，进行延时处理，实现同步。
上述发送端和接收端均以FPGA为例，具体框图如图3所示，发送端包括同步发送处理模块、发送缓冲区、移位数据选择逻辑模块和发送移位寄存器，其中上述的延时记录模块在移位数据选择逻辑模块内，延时写入模块在同步发送处理模块内，发送模块在发送移位寄存器内；接收端包括数据恢复模块、解码器、数据包处理模块、接收缓冲区和报文同步处理模块，其中数据恢复模块、解码器和数据包处理模块为处理模块，报文同步处理模块为同步模块。
如图4所示，发送端处理步骤如下：
步骤1，响应于发送端接收到同步信号，同步发送处理模块将SOF写入发送缓冲区，并等待移位数据选择逻辑模块的SOF_TC信号。
同步信号SYNC的间隔为100us，如图5所述，同步信号SYNC到来时，首先使TX_SOF（发送帧头）信号有效，将帧头（SOF）写入发送缓冲区（FIFO），然后等待SOF_TC信号有效；这里要说明的是，如果要使用报文同步，则SYNC信号到来时通信必须是空闲的，即当前发送缓冲区中没有数据。
步骤2，移位数据选择逻辑模块在当前移位寄存器的最后一位移出的同时会将新的数据加载到移位寄存器，如果此时发送缓冲区为空，新的数据就是空闲字，否则，新的数据就是从发送缓冲区读出的数据。
数据加载如下：如果发送缓冲区为空，将IDLE（空闲）编码（以8B/10B为例，10bit编码）后加载到移位寄存器；如果读到的是帧头，将SOF编码后加载到移位寄存器；如果读到的是帧尾，将EOF编码后加载到移位寄存器；否则，将数据经过编码后加载到移位寄存器。
如图6所示，由于是在FPGA中实现，所有的处理都是并行的，以下子步骤都是同步进行的：（1）移位数据选择逻辑模块在每个发送时钟都会检查发送缓冲区的数据，如果发现缓冲区下一个要读出的数据是SOF，即SOF出现在缓冲区输出端，立刻启动用以延时计时的计数器COMP_CNT，这个计数器会从0开始计数；（2）移位数据选择逻辑模块在移位寄存器的最后一位移出时，如果发现当前缓冲区不为空，并且下一个要读出的数据是SOF，会将SOF从数据缓冲区读出，同时产生一个SOF_TC信号，同时会锁存当前COMP_CNT的值，锁存的值为COMP_CNT_TC， SOF_TC信号和COMP_CNT_TC都反馈到同步发送处理模块。
步骤3，同步发送处理模块接收到SOF_TC信号后，立刻开始将报文的第一个数据写入发送缓冲区，数据都写入发送缓冲区之后，再写帧尾（EOF）到发送缓冲区；其中第一个数据包含COMP_CNT_TC，而COMP_CNT_TC的宽度最小为4bit，所以第一个数据需要预留4bit用于存储COMP_CNT_TC的值。
步骤4，读取发送缓冲区中的数据和帧尾，编码后写入移位寄存器发送，相关的时序如图7所示。
以8B/10B为例，由于发送时每次往移位寄存器写入10bit，并且需要等到当前的10bit全部移出后才能加载下一个数据，所以，写入的SOF并不能立即发送，而这个等待时间是不确定的，在0~9个bit之间。
接收端处理步骤如下：
步骤1：接收端首先通过数据恢复模块将接收到的码流恢复。
步骤2：恢复的数据经过解码器，可获得相应的空闲数据、SOF、EOF或者报文数据。
步骤3：数据包处理模块对数据包进行校验，一方面，如果校验无误，数据包将会被写入接收缓冲区，等待应用读取，另一方面，将延时提取并进行同步处理，具体见步骤4。
步骤4：同步处理模块将COMP_CNT_TC提取出来，并以接收到同步报文帧尾为起始，开始进行延时处理，延时时间为N-COMP_CNT_TC个接收时钟（发送时钟和接收时钟频率相同，只有很小的误差），其中，N是一个大于COMP_CNT_TC最大可能取值得数，对于8B/10B编码，这个数是9，可以取值为15。
经过这个延时，得到的信号就是经过补偿的同步信号，如附图8所示，它和发送端的同步信号只有±1bit的误差（并不是说二者在时间上的绝对误差是±1bit，而是二者之间有一个固定的时间差，这个时间差的波动在±1bit之间），由于时间差是固定的，可以通过补偿来消除。
综上，本发明记录因等待移位寄存器发送完当前数据产生的延时，将延时写入同步报文发送至接收端，接收端采用延时补偿，实现同步，可将同步精度提高至原来的10倍，同时对于100Mhz的通信带宽，可以实现10ns的同步精度。
一种存储一个或多个程序的计算机可读存储介质，所述一个或多个程序包括指令，所述指令当由计算设备执行时，使得所述计算设备执行报文同步精度补偿方法。
一种计算设备，包括一个或多个处理器、一个或多个存储器以及一个或多个程序，其中一个或多个程序存储在所述一个或多个存储器中并被配置为由所述一个或多个处理器执行，所述一个或多个程序包括用于执行报文同步精度补偿方法的指令。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质（包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等）上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备（系统）、和计算机程序产品的流程图和／或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和／或方框图中的每一流程和／或方框、以及流程图和／或方框图中的流程和／或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在申请待批的本发明的权利要求范围之内。

Claims (6)

1.一种报文同步精度补偿方法，其特征在于：包括，
响应于接收到同步信号，记录因等待移位寄存器发送完当前数据产生的延时，具体过程为：
响应于接收到同步信号，将同步报文帧头写入缓冲区，当同步报文帧头出现在缓冲区输出端时，启动延时计时；响应于移位寄存器发送完当前数据，将同步报文帧头从缓冲区读出，编码后写入移位寄存器，并停止延时计时，获得延时；
响应于移位寄存器发送完当前数据，将延时写入同步报文；
将包含延时的同步报文发送至接收端，用以实现同步。
2.根据权利要求1所述的一种报文同步精度补偿方法，其特征在于：响应于移位寄存器发送完当前数据，将延时写入同步报文数据，并将包含延时的同步报文数据写入缓冲区。
3.根据权利要求2所述的一种报文同步精度补偿方法，其特征在于：将延时写入同步报文的第一个数据。
4.一种报文同步精度补偿系统，其特征在于：包括发送端系统和接收端系统；
发送端系统包括：
延时记录模块：响应于接收到同步信号，记录因等待移位寄存器发送完当前数据产生的延时，具体过程为：
响应于接收到同步信号，将同步报文帧头写入缓冲区，当同步报文帧头出现在缓冲区输出端时，启动延时计时；响应于移位寄存器发送完当前数据，将同步报文帧头从缓冲区读出，编码后写入移位寄存器，并停止延时计时，获得延时；
延时写入模块：响应于移位寄存器发送完当前数据，将延时写入同步报文；
发送模块：将包含延时的同步报文发送至接收端，用以实现同步；
接收端系统包括：
处理模块：接收并校验发送端发送的包含延时的同步报文；
同步模块：响应于校验通过，从同步报文中提取延时，进行延时处理，实现同步。
5.一种存储一个或多个程序的计算机可读存储介质，其特征在于：所述一个或多个程序包括指令，所述指令当由计算设备执行时，使得所述计算设备执行根据权利要求1至3所述的方法中的任一方法。
6.一种计算设备，其特征在于：包括，
一个或多个处理器、一个或多个存储器以及一个或多个程序，其中一个或多个程序存储在所述一个或多个存储器中并被配置为由所述一个或多个处理器执行，所述一个或多个程序包括用于执行根据权利要求1至3所述的方法中的任一方法的指令。
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