CN113419598B - 一种多soc系统时钟同步系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种多SOC系统时钟同步系统及方法，该系统包括：GNSS模块、时钟缓冲器和至少两个的SOC系统；GNSS模块搜寻卫星定位信号进行定位后，以T为周期循环同步输出脉冲信号和带有时间戳的数据报文至时钟缓冲器；时钟缓冲器把脉冲信号和数据报文分别分为至少两路后，将一路的脉冲信号和数据报文分别至各个SOC系统；各个SOC系统解析出数据报文里的绝对时间，SOC系统在检测到任一脉冲信号到达时，同步当前绝对时间为该脉冲信号的上一个脉冲信号对应的数据报文的绝对时间加上周期T；不需要使用复杂的硬件或是逻辑器件，使用最简单、最低廉的成本实现多个SOC或者MCU之间的精准时钟同步。
Description
技术领域
本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种多SOC系统时钟同步系统及方法。
背景技术
目前，系统中的时钟同步，很多都是基于某个SOC(System on Chip，系统级芯片)系统的RTC时钟分别给另外的SOC系统授时。如一个复杂的硬件系统，有三个SOC，其中一个是主SOC，另外两个是从SOC。通常的做法是主SOC得到RTC时间，利用串行总线或其他总线分时的给另外两个SOC授时，由于软件的分时性，两个SOC同步的时间必然会存在差异，出现时间不对齐现象。
而在智能驾驶系统或是诸多传感器系统需要保持严格的时间同步，现有技术这种时钟同步技术明显不符合实际要求。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的技术问题，提供一种多SOC系统时钟同步系统及方法，利用GNSS定位模块输出的脉冲信号及数据报文，引入时钟缓冲器，在SOC系统中运行简单的解析数据算法，实现至少三个及以上SOC或者MCU之间的精准时钟同步，不需要使用复杂的硬件或是逻辑器件，使用最简单、最低廉的成本实现时钟同步
根据本发明的第一方面，提供了一种多SOC系统时钟同步系统，包括：GNSS模块、时钟缓冲器和至少两个的SOC系统；
所述GNSS模块搜寻卫星定位信号进行定位后，以T为周期循环同步输出脉冲信号和带有时间戳的数据报文至所述时钟缓冲器；
所述时钟缓冲器把所述脉冲信号和数据报文分别分为至少两路后，将一路的所述脉冲信号和数据报文分别至各个SOC系统；
各个所述SOC系统解析出所述数据报文里的绝对时间，所述SOC系统在检测到任一所述脉冲信号到达时，同步当前绝对时间为该脉冲信号的上一个所述脉冲信号对应的所述数据报文的绝对时间加上周期T。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以作出如下改进。
可选的，所述脉冲信号为所述GNSS模块的PPS引脚输出的秒脉冲信号；所述数据报文为所述GNSS的TXD管脚输出的NEMA数据报文。
可选的，所述时钟缓冲器通过硬件方式把所述脉冲信号和数据报文分别分为n路的所述脉冲信号和数据报文：[PPS0，TXD0]、[PPS1，TXD1]、[PPS2，TXD2]……[PPSn，TXDn]，n的值与所述SOC系统的个数对应。
可选的，所述SOC系统的GPIO口检测到所述脉冲信号的上升沿时判断所述脉冲信号到达。
可选的，所述SOC系统包括高精度定时器，所述SOC系统检测到所述脉冲信号到达时开启所述高精度定时器进行定时，在同步当前绝对时间时对所述高精度计时器进行清零；
所述SOC系统确定当前绝对时间为最近一次同步的当前绝对时间加上定时器计时。
根据本发明的第二方面，提供一种多SOC系统时钟同步方法，所述时钟同步方法基于多SOC系统时钟同步系统，所述时钟同步系统包括：GNSS模块、时钟缓冲器和至少两个的SOC系统，所述时钟同步方法包括：
步骤1，同时上电给所述GNSS模块、时钟缓冲器和各个SOC系统；
步骤2，所述GNSS模块搜寻卫星定位信号进行定位后，以T为周期循环同步输出脉冲信号和带有时间戳的数据报文至所述时钟缓冲器；
步骤3，所述时钟缓冲器把所述脉冲信号和数据报文分别分为至少两路后，将一路的所述脉冲信号和数据报文分别至各个SOC系统；
步骤4，各个所述SOC系统解析出所述数据报文里的绝对时间，所述SOC系统在检测到任一所述脉冲信号到达时，同步当前绝对时间为该脉冲信号的上一个所述脉冲信号对应的所述数据报文的绝对时间加上周期T。
可选的，所述步骤2中所述脉冲信号为所述GNSS模块的PPS引脚输出的秒脉冲信号；所述数据报文为所述GNSS的TXD管脚输出的NEMA数据报文。
可选的，所述步骤3中所述时钟缓冲器通过硬件方式把所述脉冲信号和数据报文分别分为n路的所述脉冲信号和数据报文：[PPS0，TXD0]、[PPS1，TXD1]、[PPS2，TXD2]……[PPSn，TXDn]，n的值与所述SOC系统的个数对应。
可选的，所述步骤4中所述SOC系统的GPIO口检测到所述脉冲信号的上升沿时判断所述脉冲信号到达。
可选的，所述SOC系统包括高精度定时器；
所述步骤4之后还包括：
步骤5，所述SOC系统检测到所述脉冲信号到达时开启所述高精度定时器进行定时，在同步当前绝对时间时对所述高精度计时器进行清零；所述SOC系统确定当前绝对时间为最近一次同步的当前绝对时间加上定时器计时；等待所述时钟缓冲器收到下一个所述脉冲信号。
采用上述进一步方案的有益效果是：使用最简单，成本最低廉的硬件系统，利用GNSS定位模块输出的PPS信号及其串行总线输出的NEMA数据报文，引入时钟缓冲器，在SOC系统中运行简单的解析数据算法，实现多个SOC或者MCU之间的精准时钟同步；硬件分三路或多路输出PPS信号及串行NEMA数据，延时及误差及低。
附图说明
图1为本发明提供的一种多SOC系统时钟同步系统的结构框图；
图2为本发明提供的一种多SOC系统时钟同步系统的实施例中时间同步的递归关系示意图；
图3为本发明提供的一种多SOC系统时钟同步方法的实施例的流程图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
如图1所示为本发明提供的一种多SOC系统时钟同步系统的结构框图，结合图1可知，该时钟同步系统包括：GNSS(Global Navigation SatelliteSystem，全球导航卫星系统)模块、时钟缓冲器和至少两个的SOC系统。
GNSS模块搜寻卫星定位信号进行定位后，以T为周期循环同步输出脉冲信号和带有时间戳的数据报文至时钟缓冲器。
该卫星定位信号可以为GPS、北斗、格洛纳斯以及伽利略等卫星定位信号。
时钟缓冲器把脉冲信号和数据报文分别分为至少两路后，将一路的脉冲信号和数据报文分别至各个SOC系统。
各个SOC系统解析出数据报文里的绝对时间，SOC系统在检测到任一脉冲信号到达时，同步当前绝对时间为该脉冲信号的上一个脉冲信号对应的数据报文的绝对时间加上周期T。
本发明涉及一种多SOC系统时钟同步系统，此方案只需要的硬件设备：1个GNSS模块，电源IC，1个或多个时钟缓冲芯片，需要时钟同步的硬件单元SOC或者MCU，且SOC或者MCU需要有高速串口通信功能。
本发明提供的一种多SOC系统时钟同步系统，利用GNSS定位模块输出的脉冲信号及数据报文，引入时钟缓冲器，在SOC系统中运行简单的解析数据算法，不需要使用复杂的硬件或是逻辑器件，使用最简单、最低廉的成本实现多个SOC或者MCU之间的精准时钟同步。
实施例1
本发明提供的实施例一为本发明提供的一种多SOC系统时钟同步系统的实施例，结合图1可知，该时钟同步系统的实施例包括：GNSS模块、时钟缓冲器和至少两个的SOC系统。
GNSS模块搜寻卫星定位信号进行定位后，以T为周期循环同步输出脉冲信号和带有时间戳的数据报文至时钟缓冲器。
优选的，脉冲信号为GNSS模块的PPS引脚输出的秒脉冲信号；数据报文为GNSS的TXD管脚输出的NEMA(NMEA协议是为了在不同的GPS导航设备中建立统一的海事无线电技术委员会标准，由美国国家海洋电子协会(The National Marine ElectronicsAssociation)制定的一套通讯协议)数据报文。秒脉冲信号的周期T可以为1秒。
时钟缓冲器把脉冲信号和数据报文分别分为至少两路后，将一路的脉冲信号和数据报文分别至各个SOC系统。
优选的，时钟缓冲器通过硬件方式把脉冲信号和数据报文分别分为n路的脉冲信号和数据报文：[PPS0，TXD0]、[PPS1，TXD1]、[PPS2，TXD2]……[PPSn，TXDn]，将[PPS0，TXD0]、[PPS1，TXD1]、[PPS2，TXD2]……[PPSn，TXDn]信号分别发送给各个SOC系统，n的值与SOC系统的个数对应。因为是硬件分三路或多路输出PPS信号及串行NEMA数据，延时及误差及低。
此时，秒脉冲信号PPS0、PPS1、PPS2……PPSn之间的相对时差为纳秒级，NEMA数据报文TXD0、TXD1、TXD2……TXDn之间的相对时差为纳秒级。
各个SOC系统解析出数据报文里的绝对时间，SOC系统在检测到任一脉冲信号到达时，同步当前绝对时间为该脉冲信号的上一个脉冲信号对应的数据报文的绝对时间加上周期T。
具体的，SOC系统的GPIO口检测到脉冲信号的上升沿时判断脉冲信号到达。
优选的，SOC系统包括高精度定时器，SOC系统检测到脉冲信号到达时开启高精度定时器进行定时，在同步当前绝对时间时对高精度计时器进行清零。
SOC系统确定当前绝对时间为最近一次同步的当前绝对时间加上定时器计时。
如图2所示为本发明提供的一种多SOC系统时钟同步系统的实施例中时间同步的递归关系示意图，图2中，PPS信号一个周期内的四条竖直虚线表示四个SOC系统的实施例，结合图2可知，n个SOC系统：SOC1，SOC2，SOC3……SOCn，普通的GPIO口检测到PPS秒脉冲的上升沿后，开启内部高精度定时器。GNSS模块的时间为年/月/日/时/分/秒格式，假定解析NEMA报文的时间是：Y/M/D/H/M/M，如2000年/01月/01日/00时/00分/00秒。
各个SOC系统再通过接收时钟缓冲器TXD发来的串行数据，因为串口发来的NEMA数据波特率均相等，且发送的字节数量相同，所以SOC1至SOCn的各个高精度计时器记录的时间量是相等的，接收完串口NEMA数据此时高精度记时器的数据为(SOC－T0)，(SOC－T0)，(SOC－T0)……(SOC－T0)。
SOC1，SOC2，SOC3……SOCn接收完NEMA数据后，解析NEMA数据报文(解析NEMA数据的时间均在50ms内完成)，由于各SOC系统的算力不通，所以解析NEMA数据所需要的时间有差异，此时SOC1，SOC2，SOC3三个SOC系统的高精度计时器数据为SOC1－T0′，SOC2－T0′，SOC3－T0′，三个SOC系统的NEMA数据报文全部解析完成时的绝对时间是：
SOC1：Y/M/D/H/M/M+(SOC1－T0′)。
SOC2：Y/M/D/H/M/M+(SOC2－T0′)。
SOC3：Y/M/D/H/M/M+(SOC3－T0′)。
当SOC1，SOC2，SOC3……SOCn都发来时钟缓冲器的脉冲的上升沿后，此时各SOC系统已能实现精准的时钟同步，此时同步的绝对时间为Y/M/D/H/M/M+1，各SOC系统的计时器清零。
实施例2
本发明提供的实施例2为本发明提供的一种多SOC系统时钟同步方法的实施例，该时钟同步方法基于多SOC系统时钟同步系统，时钟同步系统包括：GNSS模块、时钟缓冲器和至少两个的SOC系统，如图3为本发明提供的一种多SOC系统时钟同步方法的实施例的流程图，结合图3可知，该时钟同步方法的实施例包括：
步骤1，同时上电给GNSS模块、时钟缓冲器和各个SOC系统。
该各个SOC系统为需要同步时钟的子系统如SOC0，SOC1，SOC2……SOCn处理子系统。
步骤2，GNSS模块搜寻卫星定位信号进行定位后，以T为周期循环同步输出脉冲信号和带有时间戳的数据报文至时钟缓冲器。
该卫星定位信号可以为GPS、北斗、格洛纳斯以及伽利略等卫星定位信号。
优选的，步骤2中脉冲信号为GNSS模块的PPS引脚输出的秒脉冲信号；数据报文为GNSS的TXD管脚输出的NEMA(NMEA协议是为了在不同的GPS导航设备中建立统一的海事无线电技术委员会标准，由美国国家海洋电子协会(The National Marine ElectronicsAssociation)制定的一套通讯协议)数据报文。周期T可以为1秒。
步骤3，时钟缓冲器把脉冲信号和数据报文分别分为至少两路后，将一路的脉冲信号和数据报文分别至各个SOC系统。
优选的，步骤3中时钟缓冲器通过硬件方式把脉冲信号和数据报文分别分为n路的脉冲信号和数据报文：[PPS0，TXD0]、[PPS1，TXD1]、[PPS2，TXD2]……[PPSn，TXDn]，将[PPS0，TXD0]、[PPS1，TXD1]、[PPS2，TXD2]……[PPSn，TXDn]信号分别发送给各个SOC系统，n的值与SOC系统的个数对应。
此时，秒脉冲信号PPS0、PPS1、PPS2……PPSn之间的相对时差为纳秒级，NEMA数据报文TXD0、TXD1、TXD2……TXDn之间的相对时差为纳秒级。
步骤4，各个SOC系统解析出数据报文里的绝对时间，SOC系统在检测到任一脉冲信号到达时，同步当前绝对时间为该脉冲信号的上一个脉冲信号对应的数据报文的绝对时间加上周期T。
优选的，步骤4中SOC系统的GPIO口检测到脉冲信号的上升沿时判断脉冲信号到达。
进一步的，SOC系统包括高精度定时器。
步骤4之后还包括：
步骤5，SOC系统检测到脉冲信号到达时开启高精度定时器进行定时，在同步当前绝对时间时对高精度计时器进行清零；SOC系统确定当前绝对时间为最近一次同步的当前绝对时间加上定时器计时；等待时钟缓冲器收到下一个脉冲信号。
本发明提供的一种多SOC系统时钟同步系统及方法，使用最简单，成本最低廉的硬件系统，利用GNSS定位模块输出的PPS信号及其串行总线输出的NEMA数据报文，引入时钟缓冲器，在SOC系统中运行简单的解析数据算法，实现至少三个及以上SOC或者MCU之间的精准时钟同步。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种多SOC系统时钟同步系统，其特征在于，所述系统包括：GNSS模块、时钟缓冲器和至少两个的SOC系统；
所述GNSS模块搜寻卫星定位信号进行定位后，以T为周期循环同步输出脉冲信号和带有时间戳的数据报文至所述时钟缓冲器；
所述时钟缓冲器把所述脉冲信号和数据报文分别分为至少两路后，将一路的所述脉冲信号和数据报文分别至各个SOC系统；
各个所述SOC系统解析出所述数据报文里的绝对时间，所述SOC系统在检测到任一所述脉冲信号到达时，同步当前绝对时间为该脉冲信号的上一个所述脉冲信号对应的所述数据报文的绝对时间加上周期T；
所述时钟缓冲器通过硬件方式把所述脉冲信号和数据报文分别分为n路的所述脉冲信号和数据报文：[PPS0,TXD0]、[PPS1,TXD1]、[PPS2,TXD2]……[PPSn,TXDn],n的值与所述SOC系统的个数对应；
所述SOC系统包括高精度定时器，所述SOC系统检测到所述脉冲信号到达时开启所述高精度定时器进行定时，在同步当前绝对时间时对所述高精度计时器进行清零；
所述SOC系统确定当前绝对时间为最近一次同步的当前绝对时间加上定时器计时。
2.根据权利要求1所述的时钟同步系统，其特征在于，所述脉冲信号为所述GNSS模块的PPS引脚输出的秒脉冲信号；所述数据报文为所述GNSS的TXD管脚输出的NEMA数据报文。
3.根据权利要求1所述的时钟同步系统，其特征在于，所述SOC系统的GPIO口检测到所述脉冲信号的上升沿时判断所述脉冲信号到达。
4.一种多SOC系统时钟同步方法，其特征在于，所述时钟同步方法基于多SOC系统时钟同步系统，所述时钟同步系统包括：GNSS模块、时钟缓冲器和至少两个的SOC系统，所述时钟同步方法包括：
步骤1，同时上电给所述GNSS模块、时钟缓冲器和各个SOC系统；
步骤2，所述GNSS模块搜寻卫星定位信号进行定位后，以T为周期循环同步输出脉冲信号和带有时间戳的数据报文至所述时钟缓冲器；
步骤3，所述时钟缓冲器把所述脉冲信号和数据报文分别分为至少两路后，将一路的所述脉冲信号和数据报文分别至各个SOC系统；
步骤4，各个所述SOC系统解析出所述数据报文里的绝对时间，所述SOC系统在检测到任一所述脉冲信号到达时，同步当前绝对时间为该脉冲信号的上一个所述脉冲信号对应的所述数据报文的绝对时间加上周期T；
所述步骤3中所述时钟缓冲器通过硬件方式把所述脉冲信号和数据报文分别分为n路的所述脉冲信号和数据报文：[PPS0,TXD0]、[PPS1,TXD1]、[PPS2,TXD2]……[PPSn,TXDn],n的值与所述SOC系统的个数对应；
所述SOC系统包括高精度定时器；
所述步骤4之后还包括：
步骤5，所述SOC系统检测到所述脉冲信号到达时开启所述高精度定时器进行定时，在同步当前绝对时间时对所述高精度计时器进行清零；所述SOC系统确定当前绝对时间为最近一次同步的当前绝对时间加上定时器计时；等待所述时钟缓冲器收到下一个所述脉冲信号。
5.根据权利要求4所述的时钟同步方法，其特征在于，所述步骤2中所述脉冲信号为所述GNSS模块的PPS引脚输出的秒脉冲信号；所述数据报文为所述GNSS的TXD管脚输出的NEMA数据报文。
6.根据权利要求4所述的时钟同步方法，其特征在于，所述步骤4中所述SOC系统的GPIO口检测到所述脉冲信号的上升沿时判断所述脉冲信号到达。
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