CN113660558A - 一种基于fc交换芯片的时间同步延迟补偿装置及方法 - Google Patents

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丁瑞浩
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Abstract

本发明公开一种基于FC交换芯片的时间同步延迟补偿装置及方法,该装置包括:ELS时间同步帧和原语解析模块、ELS时间同步帧和原语重组模块、接收通路延迟补偿寄存器rx_delay及发送通路延迟补偿寄存器tx_delay,ELS时间同步帧和原语解析模块用于对接收的ELS时间同步帧和时间同步原语进行解析;ELS时间同步帧和原语重组模块用于对接收的ELS时间同步帧和时间同步原语进行重组;接收通路延迟补偿寄存器rx_delay用于对FC协议链路接收通路的延迟进行补偿;发送通路延迟补偿寄存器tx_delay用于对FC协议链路发送通路的延迟进行补偿。本发明的时间同步精度高,硬件电路简易,可有效的节约芯片制造成本。

Description

一种基于FC交换芯片的时间同步延迟补偿装置及方法
技术领域
本发明属于集成电路设计技术领域,尤其涉及一种基于FC交换芯片的时间同步延迟补偿装置及方法。
背景技术
FC-FS协议中定义了两种时间同步方式,分别是基于扩展链路服务(ELS,ExtendedLink Service)时间同步和基于原始信号(PS,Primitive Signal)时间同步,在时间同步的FC网络中,一般具有一个时间同步服务器(Server),网络中的其它端点或者交换设备称为时间同步客户端(Client),它们内部都集成了实时时钟(real time clock,RTC)计数器。时间同步服务器负责向网络的其它客户端发送带有本地RTC值的ELS帧或者原始信号,客户端接收到时间同步帧或者原始信号时,解析出其中的RTC,然后更新各客户端的本地的RTC,实现与服务器的时间同步。
根据Fibre Channel Framing and Signaling– 4 (FC-FS-4)协议规定,ELS时间同步是客户端先向时间同步服务端发送时间同步请求帧(CSR),服务器同意之后,会向对应的客户端发送时间同步更新帧(CSU),CSU帧中带有时间同步服务器生成CSU帧时的时间戳,客户端收到CSU帧之后解析出其中的时间戳,然后更新本地的RTC,实现客户端与服务器的时间同步,服务端一般会向每一个请求的客户端定时发送CSU帧,防止本地RTC因为晶振误差导致误差随时间的增大。PS时间同步服务端通过定时发送连续的SYNx、SYNy、SYNz原语信号,其中SYNx、SYNy、SYNz原语信号携带了时钟信息,每个原语信号32bit,相比于ELS时间同步,PS时间同步占用链路带宽较小,客户端接收并解析出SYNx、SYNy、SYNz原语信号中携带的时间值,然后更新本地时钟计数器,实现时钟同步。
在FC网络中,无论是ELS时间同步还是PS时间同步,FC交换芯片需要转发ELS时间同步帧或者PS时间同步原语信号,实现服务端和客户端的时间同步。同时FC交换芯片也可以作为FC网络中的时间同步服务器,向各个设备或者端口发送时间同步帧或者原语。由于FC交换芯片具有不可预知的转发延迟,因此转发ELS时间同步帧或者PS时间同步原语信号会引入新的误差,特别是经过多级FC交换芯片,这个误差将变得更大并难以确定,因此FC交换芯片需要对转发的ELS时间同步或者时间同步原语进行时钟补偿,弥补经过FC交换芯片带来的时间延迟。
FC协议定义了时间同步的方法和原理,并提供了一种简单补偿交换芯片内补充交换调度延迟的方法,而没有考虑交换芯片接收端口、发送端口、以及光纤传输的延迟补偿,时间同步精度较低。如图1所示FC网络ELS时间同步模型,模型中有一个时间同步服务器,一个时间同步服务端,一个时间同步客户端。FC客户端先向FC时间同步服务器发送时间同步请求帧(CSR),CSR经过交换转发至时间同步服务器,时间同步服务器收到CSR帧之后,会定时向时间同步客户端发送时间同步更新帧(CSU),同样CSU需要通过FC交换芯片转发至客户端,客户端收到CSU帧之后,解析出其中的时间信息,然后更新本地实时时钟,达到与时间同步服务器时间同步。
发明内容
本发明针对现有FC协议没有考虑交换芯片接收端口、发送端口、以及光纤传输的延迟补偿,时间同步精度较低的问题,提出一种基于FC交换芯片的时间同步延迟补偿装置及方法。
为了实现上述目的,本发明采用以下技术方案:
一种基于FC交换芯片的时间同步延迟补偿装置,该装置位于FC交换芯片的FC端口模块上,所述FC端口模块包括:FC协议链路接收通路、FC协议链路发送通路、FC端口状态机、FC接收帧缓存、FC发送帧缓存,其特征在于,所述基于FC交换芯片的时间同步延迟补偿装置包括:ELS时间同步帧和原语解析模块、ELS时间同步帧和原语重组模块、接收通路延迟补偿寄存器rx_delay及发送通路延迟补偿寄存器tx_delay;
所述ELS时间同步帧和原语解析模块用于对接收的ELS时间同步帧和时间同步原语进行解析;
所述ELS时间同步帧和原语重组模块用于对接收的ELS时间同步帧和时间同步原语进行重组;
所述接收通路延迟补偿寄存器rx_delay用于对FC协议链路接收通路的延迟进行补偿;
所述发送通路延迟补偿寄存器tx_delay用于对FC协议链路发送通路的延迟进行补偿。
进一步地,所述FC协议链路接收通路的延迟包括FC协议链路接收通路处理延迟rp和接收光纤传输延迟rf,所述FC协议链路发送通路的延迟包括FC协议链路发送通路处理延迟sp和发送光纤传输延迟tf。
进一步地,所述rx_delay的值为rp+tf,所述tx_delay的值为sp+rf。
一种基于FC交换芯片的时间同步延迟补偿方法,包括:
FC协议链路接收通路接收到ELS时间同步帧或时间同步原语时,通过ELS时间同步帧和原语解析模块解析出其中的时间信息,然后增加所述时间信息至接收通路延迟补偿寄存器rx_delay之后更新内部RTC;
FC协议链路发送通路发送ELS时间同步帧或时间同步原语时,通过ELS时间同步帧和原语重组模块重组ELS时间同步帧或时间同步原语,将本地RTC的值增加上发送通路延迟补偿寄存器tx_delay的值之后封装进ELS时间同步帧或者时间同步原语,补偿收发时间同步传输和处理的延迟。
进一步地,还包括:
在进行时间同步之前,使用ELS时间同步帧或者时间同步原语进行时间同步操作,得到对应的FC协议链路接收通路处理延迟rp和FC协议链路发送通路处理延迟sp值。
进一步地,还包括:
测量接收和发送光纤的长度,将所述接收和发送光纤的长度分别除以光速,得到接收光纤传输延迟rf和发送光纤传输延迟tf值。
进一步地,还包括:
配置rx_delay的值为rp+tf,配置tx_delay的值为sp+rf。
与现有技术相比,本发明具有的有益效果:
1.本发明考虑了FC交换芯片的接收端口、发送端口、以及光纤传输的延迟补偿,时间同步精度高,可以控制在4个FC协议链路层时钟周期以内;
2.本发明适用于FC协议中的时间同步原语与ELS时间同步帧,硬件电路简易,可有效的节约芯片制造成本;
3. 本发明同样适用于传统的时间同步服务器或者客户端,进一步提高了FC网络的时间同步精度。
附图说明
图1为FC协议ELS时间同步模型示意图;
图2为本发明实施例一种基于FC交换芯片的时间同步延迟补偿装置的结构示意图。
具体实施方式
为了便于理解,对本发明的具体实施方式中出现的部分名词作以下解释说明:
FC(Fiber Channel)为美国标准化委员会(ANSI)在1988年提出的高速串行传输总线,具备高带宽,高可靠性,高稳定性的特点,主要应用在航空电子,音视频处理,大数据传输等诸多领域。FC交换芯片为符合FC(Fiber Channel)通信协议,具备多端口,低延时,高可靠性的交换芯片。伴随信息技术的不断发展,交换芯片的应用环境日益复杂,在航空电子环境等应用中,FC网络可能存在多个交换设备级联实现多个端点设备互连,为了满足实时性和可靠性的要求,系统会根据CPU处理延迟对网络中的每个设备分配具体的工作时隙,因此FC网络要求所有设备在工作之前进行时间同步,然后网络中每个设备在固定的时间(时隙)内完成相应的任务(数据传输和处理),从而避免多个设备同时传输数据导致FC网络的传输拥塞和时延不确定性。如果时间同步精度不高,将导致时隙之间的间隔过大,压缩了时间数据传输和处理的时间,因此FC交换芯片需要具备高精确度的时间同步功能,实现全网络设备的时间同步。
下面结合附图和具体的实施例对本发明做进一步的解释说明:
如图2所示,一种基于FC交换芯片的时间同步延迟补偿装置,该装置位于FC交换芯片的FC端口模块,所述FC端口模块包括:FC协议链路接收通路、FC协议链路发送通路、FC端口状态机、FC接收帧缓存、FC发送帧缓存,其特征在于,所述基于FC交换芯片的时间同步延迟补偿装置包括:ELS时间同步帧和原语解析模块、ELS时间同步帧和原语重组模块、接收通路延迟补偿寄存器rx_delay及发送通路延迟补偿寄存器tx_delay;
所述ELS时间同步帧和原语解析模块用于对接收的ELS时间同步帧和时间同步原语进行解析;
所述ELS时间同步帧和原语重组模块用于对接收的ELS时间同步帧和时间同步原语进行重组;
所述接收通路延迟补偿寄存器rx_delay用于对FC协议链路接收通路的延迟进行补偿;
所述发送通路延迟补偿寄存器tx_delay用于对FC协议链路发送通路的延迟进行补偿。
具体地,rx_delay默认可设置为FC端口模块从高速通道入口至ELS时间同步帧和原语解析模块解析出具体时间信息的处理延迟(图2中rp),tx_delay默认为FC端口模块从ELS时间同步帧和原语重组模块封装重组时间同步帧或者原语到高速通道出口的处理延迟(图2中sp),默认的rp和sp大小与FC端口模块设计相关,并且与采用ELS时间同步帧或时间同步原语的时间同步方式有关,一般是已知或者有比较接近的值。
进一步地,所述FC协议链路接收通路的延迟包括FC协议链路接收通路处理延迟rp和接收光纤传输延迟rf,所述FC协议链路发送通路的延迟包括FC协议链路发送通路处理延迟sp和发送光纤传输延迟tf。
进一步地,当考虑接收和发送链路外部连接的光纤或者背板传输时间(分别对应tf和rf)时,所述rx_delay的值为rp+tf,所述tx_delay的值为sp+rf。
在上述实施例的基础上,本发明还提出一种基于FC交换芯片的时间同步延迟补偿方法,包括:
FC协议链路接收通路接收到ELS时间同步帧或时间同步原语时,通过ELS时间同步帧和原语解析模块解析出其中的时间信息,然后增加所述时间信息至接收通路延迟补偿寄存器rx_delay之后更新内部RTC;
FC协议链路发送通路发送ELS时间同步帧或时间同步原语时,通过ELS时间同步帧和原语重组模块重组ELS时间同步帧或时间同步原语,将本地RTC的值增加上发送通路延迟补偿寄存器tx_delay的值之后封装进ELS时间同步帧或者时间同步原语,补偿收发时间同步传输和处理的延迟。
进一步地,还包括:
在进行时间同步之前,使用ELS时间同步帧或者时间同步原语进行时间同步操作,得到对应的FC协议链路接收通路处理延迟rp和FC协议链路发送通路处理延迟sp值。
进一步地,还包括:
测量接收和发送光纤的长度,将所述接收和发送光纤的长度分别除以光速,得到接收光纤传输延迟rf和发送光纤传输延迟tf值。
综上,本发明考虑了FC交换芯片的接收端口、发送端口、以及光纤传输的延迟补偿,时间同步精度高,可以控制在4个FC协议链路层时钟周期以内;本发明适用于FC协议中的时间同步原语与ELS时间同步帧,硬件电路简易,可有效的节约芯片制造成本;本发明同样适用于传统的时间同步服务器或者客户端,进一步提高了FC网络的时间同步精度。
以上所示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,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种基于FC交换芯片的时间同步延迟补偿装置,其特征在于,该装置位于FC交换芯片的FC端口模块上,所述FC端口模块包括:FC协议链路接收通路、FC协议链路发送通路、FC端口状态机、FC接收帧缓存、FC发送帧缓存,其特征在于,所述基于FC交换芯片的时间同步延迟补偿装置包括:ELS时间同步帧和原语解析模块、ELS时间同步帧和原语重组模块、接收通路延迟补偿寄存器rx_delay及发送通路延迟补偿寄存器tx_delay;
所述ELS时间同步帧和原语解析模块用于对接收的ELS时间同步帧和时间同步原语进行解析;
所述ELS时间同步帧和原语重组模块用于对接收的ELS时间同步帧和时间同步原语进行重组;
所述接收通路延迟补偿寄存器rx_delay用于对FC协议链路接收通路的延迟进行补偿;
所述发送通路延迟补偿寄存器tx_delay用于对FC协议链路发送通路的延迟进行补偿。
2.根据权利要求1所述的一种基于FC交换芯片的时间同步延迟补偿装置,其特征在于,所述FC协议链路接收通路的延迟包括FC协议链路接收通路处理延迟rp和接收光纤传输延迟rf,所述FC协议链路发送通路的延迟包括FC协议链路发送通路处理延迟sp和发送光纤传输延迟tf。
3.根据权利要求2所述的一种基于FC交换芯片的时间同步延迟补偿装置,其特征在于,所述rx_delay的值为rp+tf,所述tx_delay的值为sp+rf。
4.基于权利要求1-3任一所述一种基于FC交换芯片的时间同步延迟补偿装置的一种基于FC交换芯片的时间同步延迟补偿方法,其特征在于,包括:
FC协议链路接收通路接收到ELS时间同步帧或时间同步原语时,通过ELS时间同步帧和原语解析模块解析出其中的时间信息,然后增加所述时间信息至接收通路延迟补偿寄存器rx_delay之后更新内部RTC;
FC协议链路发送通路发送ELS时间同步帧或时间同步原语时,通过ELS时间同步帧和原语重组模块重组ELS时间同步帧或时间同步原语,将本地RTC的值增加上发送通路延迟补偿寄存器tx_delay的值之后封装进ELS时间同步帧或者时间同步原语,补偿收发时间同步传输和处理的延迟。
5.根据权利要求4所述的一种基于FC交换芯片的时间同步延迟补偿方法,其特征在于,还包括:
在进行时间同步之前,使用ELS时间同步帧或者时间同步原语进行时间同步操作,得到对应的FC协议链路接收通路处理延迟rp和FC协议链路发送通路处理延迟sp值。
6.根据权利要求5所述的一种基于FC交换芯片的时间同步延迟补偿方法,其特征在于,还包括:
测量接收和发送光纤的长度,将所述接收和发送光纤的长度分别除以光速,得到接收光纤传输延迟rf和发送光纤传输延迟tf值。
7.根据权利要求6所述的一种基于FC交换芯片的时间同步延迟补偿方法,其特征在于,还包括:
配置rx_delay的值为rp+tf,配置tx_delay的值为sp+rf。
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