CN114461012B - 一种嵌入式系统不同时钟域运行时戳获取方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种嵌入式系统不同时钟域运行时戳获取方法及装置，嵌入式系统包括：时钟域管理模块和同步时戳获取模块，其中方法包括：提供时钟域注册管理接口，来标识时钟域信息；通过周期性的同步时戳获取，对时钟域管理模块内不同时钟域时钟转换计算时所需的基准时戳进行更新；通过周期更新的基准时戳，对时钟域管理模块内不同时钟域间进行同步时戳转换计算时的转换关系进行更新；基于时钟域管理模块，依据一时钟域在预设时刻的实时运行时戳，计算其它时钟域在预设时刻的运行时戳。通过不同时钟域之间的时戳对应关系，实现依据一个时钟域的实时运行时戳，来获取其它时钟域的实时运行时戳，并避免了实时时戳因计算机位数原因翻转导致的计算错误。

Description

一种嵌入式系统不同时钟域运行时戳获取方法及装置

技术领域

本发明涉及电力系统控制技术领域，特别涉及一种嵌入式系统不同时钟域运行时戳获取方法及装置。

背景技术

在嵌入式系统中，由于系统本身的复杂性，往往存在多个不同的时钟域，它们通常由不同频率的晶振分别进行驱动，根据挂接总线不同，其运行时戳的获取接口通常并不相同，获取速度也快慢不一，因此，在时戳精度要求较高的实时系统中，往往无法直接获取多个时钟域在同一时间点的实时运行时戳，从而成为工程应用中的一个难点。对此类系统，通常需要提供一个外部对时源，并分别接入各个模块，并在各模块上分别运行一个同步程序，从而实现与时钟源的同步。但这种方式，实现上较为复杂，成本也相对较高，且有些模块由于资源受限，并不具备部署较复杂时钟同步机制的条件。

发明内容

本发明实施例的目的是提供一种嵌入式系统不同时钟域运行时戳获取方法及装置，通过一个时钟域管理模块，建立起不同时钟域之间的时戳对应关系，从而实现依据一个时钟域的实时运行时戳，来获取其它时钟域的实时运行时戳，避免了实时时戳由于计算机位数的原因引起翻转而导致的计算错误，提高了嵌入式系统的运行精度和安全性。

为解决上述技术问题，本发明实施例的第一方面提供了一种嵌入式系统不同时钟域运行时戳获取方法，嵌入式系统包括：时钟域管理模块和同步时戳获取模块，包括如下步骤：

提供时钟域注册管理接口，来标识时钟域信息；

通过周期性的同步时戳获取，对所述时钟域管理模块内不同时钟域时钟转换计算时所需的基准时戳进行更新；

通过周期更新的所述不同时钟域的所述基准时戳，对所述时钟域管理模块内不同时钟域间进行同步时戳转换计算时的时戳转换关系进行更新；

基于时钟域管理模块，依据一个时钟域在预设时刻的实时运行时戳，通过所述时戳转换关系计算其它时钟域在所述预设时刻的运行时戳。

进一步地，所述通过周期性的同步时戳获取对所述时钟域管理模块内不同时钟域时钟转换计算时所需的基准时戳进行更新，包括：

按照预设周期，通过同步时戳获取模块获取所述不同时钟域在运行过程中同一时刻的实时运行时戳；

所述获取所述不同时钟域在运行过程中所述预设时刻的实时运行时戳。

进一步地，所述对所述时钟域管理模块内不同时钟域间进行同步时戳转换计算时的转换关系进行更新，包括：

按照预设周期，通过同步时戳获取模块获取所述不同时钟域在运行过程中同一时刻的实时运行时戳，并对所述不同时钟域的时戳转换关系进行更新；

将所述不同时钟域在同一时刻实时运行时戳作为所述不同时钟域的转换基准；

所述不同时钟域的时戳转换关系，包含所述转换基准及前后两次连续的所述转换基准，并结合预设滤波算法，计算转换系数；

依据所述不同时钟域的时戳转换关系，对不同时钟域的实时运行时戳进行转换计算。

进一步地，所述对所述时钟域管理模块内不同时钟域间进行同步时戳转换计算时的转换关系进行更新，还包括：

通过所述时钟域管理转换模块对其管理的所述不同时钟域设置数字索引；

通过所述数字索引得到所述不同时钟域的时戳转换关系。

进一步地，所述不同时钟域为同步时钟运行状态或异步时钟运行状态。

相应地，本发明实施例的第二方面提供了一种嵌入式系统不同时钟域运行时戳获取装置，嵌入式系统包括：时钟域管理模块和同步时戳获取模块，包括：

时钟域注册模块，其用于提供时钟域注册管理接口，来标识时钟域信息；

同步时戳获取模块，其用于通过周期性的同步时戳获取，对所述时钟域管理模块内不同时钟域时钟转换计算时所需的基准时戳进行更新；

转换计算模块，其用于通过周期更新的所述不同时钟域的所述基准时戳，对所述时钟域管理模块内不同时钟域间进行同步时戳转换计算时的时戳转换关系进行更新；

时戳计算模块，其用于基于时钟域管理模块，依据一个时钟域在特定时刻的实时运行时戳，通过所述时戳转换关系计算其它时钟域在该特定时刻的运行时戳。

进一步地，所述同步时戳获取模块包括：

转换关系更新单元，其用于按照预设周期，通过所述同步时戳获取模块对所述不同时钟域的转换基准和转换系数进行更新；

不同时钟域间的转换关系获取单元，其用于依据所述不同时钟域的序号标识，获取所述不同时钟域的时戳转换关系。

进一步地，所述转换计算模块包括：

时钟域基准时戳获取单元，其用于按照预设周期，通过同步时戳获取模块获取所述不同时钟域在运行过程中同一时刻的实时运行时戳，并对所述不同时钟域的时戳转换关系进行更新；

转换基准计算单元，其用于将所述不同时钟域在同一时刻实时运行时戳作为所述不同时钟域的转换基准；

所述不同时钟域的时戳转换关系，包含所述转换基准及前后两次连续的所述转换基准，并结合预设滤波算法，计算转换系数；

时钟域时戳计算单元，其用于依据所述不同时钟域的时戳转换关系，对不同时钟域的实时运行时戳进行转换计算。

进一步地，所述转换计算模块还包括：

数字索引设置单元，其用于通过时钟域管理转换模块对其管理的所述不同时钟域设置数字索引；

时戳转换单元，其用于通过所述数字索引得到所述不同时钟域的时戳转换关系。

进一步地，所述不同时钟域为同步时钟运行状态或异步时钟运行状态。

本发明实施例的上述技术方案具有如下有益的技术效果：

通过一个时钟域管理模块，建立起不同时钟域之间的时戳对应关系，从而实现依据一个时钟域的实时运行时戳，来获取其它时钟域的实时运行时戳，避免了实时时戳由于计算机位数的原因引起翻转而导致的计算错误，提高了嵌入式系统的运行精度和安全性。

附图说明

图1是本发明实施例提供的嵌入式系统不同时钟域运行时戳获取方法流程图；

图2是本发明实例提供的嵌入式系统目标时钟域和参考时钟域的转换关系获取示意图；

图3是本发明实施例提供的嵌入式系统不同时钟域同步时戳获取方法原理图；

图4是本发明实施例提供的嵌入式系统不同时钟域运行时戳示意图；

图5是本发明实施例提供的嵌入式系统不同时钟域运行时戳获取装置模块框图；

图6是本发明实施例提供的同步时戳获取模块框图；

图7是本发明实施例提供的转换计算模块框图。

附图标记：

1、时钟域注册模块，2、同步时戳获取模块，21、转换关系更新单元，22、转换关系获取单元，3、转换计算模块，31、时钟域基准时戳获取单元，32、转换基准计算单元，33、时钟域时戳计算单元，34、数字索引设置单元，35、时戳转换单元，4、时戳计算模块。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

请参照图1，本发明实施例的第一方面提供了一种嵌入式系统不同时钟域运行时戳获取方法，嵌入式系统包括：时钟域管理模块和同步时戳获取模块，包括如下步骤：

步骤S100，提供时钟域注册管理接口，来标识时钟域信息。

步骤S200，通过周期性的同步时戳获取，对时钟域管理模块内不同时钟域时钟转换计算时所需的基准时戳进行更新。

步骤S300，通过周期更新的不同时钟域的基准时戳，对时钟域管理模块内不同时钟域间进行同步时戳转换计算时的时戳转换关系进行更新。

步骤S400，基于时钟域管理模块，依据一个时钟域在预设时刻的实时运行时戳，通过时戳转换关系计算其它时钟域在预设时刻的运行时戳。

通过时钟域管理模块，对外提供统一的接口，通过对指定目标时钟域和其参考时钟域的内部管理，方便的实现了目标时钟域实时时戳的随时读取，为系统运行及跨时钟域模块间调度上的协调和同步提供了极大的便利。

进一步地，步骤S200，通过时钟域管理模块计算不同时钟域之间的时戳转换关系，包括：

步骤S210，按照预设周期，通过同步时戳获取模块获取不同时钟域在运行过程中同一时刻的实时运行时戳。

步骤S220，获取不同时钟域在运行过程中预设时刻的实时运行时戳。

进一步地，步骤S300，对时钟域管理模块内不同时钟域间进行同步时戳转换计算时的转换关系进行更新，包括：

步骤S310，按照预设周期，通过同步时戳获取模块获取不同时钟域在运行过程中同一时刻的实时运行时戳，并对不同时钟域的时戳转换关系进行更新。

步骤S320，将不同时钟域在同一时刻实时运行时戳作为不同时钟域的转换基准。

步骤S330，依据不同时钟域的时戳转换关系，对不同时钟域的实时运行时戳进行转换计算。

不同时钟域的时戳转换关系，包含转换基准及前后两次连续的转换基准，并结合预设滤波算法，计算转换系数。

进一步地，步骤S300，对时钟域管理模块内不同时钟域间进行同步时戳转换计算时的转换关系进行更新，还包括：

步骤S340，通过时钟域管理转换模块对其管理的不同时钟域设置数字索引。

步骤S350，通过数字索引得到不同时钟域的时戳转换关系。

通过周期性的进行方法的sync_method调用，以一种较宽松的方式来获取同一时间点上，各个时钟域的实时运行时戳，从而避免了某些系统上，不同时钟域模块间交互上的资源消耗(如某些模块间通过低速的串口总线进行交互，无法实现快速的交互操作)。

此外，不同时钟域为同步时钟运行状态或异步时钟运行状态。

上述方法可用下列过程来具体实现：

(1)初始化时钟域管理和转换模块，按照需要转换的时钟域数量，预置一个最大时钟域个数n，并参照以下公式，设置不同时钟域两两间转换关系的总数量m：

并根据该数量创建一个转换关系的数组array_coef。

(2)应用模块调用时钟注册接口来进行时钟域的注册，按照注册顺序，依次分配一个从0开始，依次递增的注册序号，同时，根据其注册序号，计算该时钟域在转换关系数组中的基础索引，计算公式如下：

并根据该基础索引base_id＝f(id)，结合已注册的时钟域数量，完成对该时钟域相对其它已注册时钟域转换关系表的初始化。注册完成后，返回相应的时钟域句柄。

(3)时钟域注册完成后，先执行一次时钟域同步转换基准的读取功能，即以上提到的方法sync_method，以便其它模块可以开始使用时钟域管理转换模块的时钟转换和获取功能。

(4)启动一个周期任务，以时间间隔T，周期性的去调用同步方法sync_method，以实现同步基准的不断更新。

当需要获取其它模块的实时时戳时，通过时钟域管理和转换模块提供的接口，要么直接读取，要么通过目标时钟域的参考时钟域来进行转换，转换时，首先需要根据两个时钟域的注册序号，计算出在转换关系数组中的索引，如图2所示。

(5)获取到相应的转换索引后，就可从转换索引数组中取得目标时钟域与参考时钟域的转换速率值。根据该转换速率值以及参考时钟域当前实时时戳和最近一次同步时戳点的差值，推算出目标时钟域的当前实时时戳。

请参照图3和图4，下面结合具体使用环境来对上述方法进行说明：

系统内存在3个以上不同的时钟域，分别为CPU时钟域、DSP时钟域、FPGA时钟域等，各个时钟域采用不同的晶振为本模块的运行提供时钟支持，CPU与DSP和FPGA之间采用SPI进行管理数据的交互，通信速度相对较慢。

程序设计时，将时钟域管理模块部署到CPU时钟域中的程序中，该模块对外提供如下接口：

时钟注册接口：该接口可将指定时钟域的时钟频率、参考时钟域及实时时戳的获取函数提供给时钟域管理模块，并设置一个从0开始，按注册顺序依次递增的注册序号，同时，将注册成功后的时钟句柄返回给应用模块；

转换基准更新接口：如图4所示，当应用模块通过触发一个同步信号，获取到各个时钟域在同一时间点的实时时戳后，如图中的t1、t2和t3时刻，通过该接口的调用，对时钟域管理模块内部的各个转换基准进行更新；

时钟转换接口：该接口通过提供目标时钟域句柄、参考时钟域句柄和参考时钟域的一个实时时戳，通过其各自的索引标识，来获取相对参考时钟域实时时戳所在时间点上目标时钟域的实时时戳；

时钟获取接口：该接口通过提供的时钟句柄来获取其对应时钟域的实时时戳，如图4中的t4时刻，如该时钟域注册时的参考时钟域为空，则表示该时钟域的实时时戳可通过其实时时戳获取函数来直接读取，否则，则需要通过参考时钟域来进行转换。

为在图4中的t1、t2和t3时刻获取到各个时钟域在同一时间点的实时时戳，即转换基准，本系统提供了如下方法sync_method，来实现时戳同步，具体如下：

由CPU模块提供一个GPIO作为同步信号，并经硬件扩展成多路输出信号，连接到其它各模块，该信号初始化为低电平，当需要获取转换基准时，由CPU将其拉高，并持续一定时间后再拉低，其它各时钟域模块捕捉该信号的上升沿，并将检到上升沿的时刻做为各自的转换基准，并进行存储，等待电平拉低后，再由CPU模块通过管理总线将各模块存储的转换基准读取出来，作为本次获取的同步转换基准。

通过主控模块上的一个GPIO输出，来获取到不同时钟域模块上同一时间点的实时时戳，以作为时钟转换和获取的基准时戳，并周期性的对其进行更新，以避免实时时戳因计算机位数的原因引起翻转而导致的计算错误。同时通过一个时钟域管理和转换模块，来实现对不同时钟域的统一管理，并提供一种转换算法，来完成不同时钟域间转换关系的快速查找和确认。该方法可以在保证精度的前提下，通过一种简单的同步逻辑与资源消耗，来实现不同时钟域下运行时戳的实时获取，减少系统的投入成本。

相应地，请参照图5，本发明实施例的第二方面提供了一种嵌入式系统不同时钟域运行时戳获取装置，嵌入式系统包括：时钟域管理模块和同步时戳获取模块，包括：

时钟域注册模块1，其用于提供时钟域注册管理接口，来标识时钟域信息；

同步时戳获取模块2，其用于通过周期性的同步时戳获取，对时钟域管理模块内不同时钟域时钟转换计算时所需的基准时戳进行更新；

转换计算模块3，其用于通过周期更新的不同时钟域的基准时戳，对时钟域管理模块内不同时钟域间进行同步时戳转换计算时的时戳转换关系进行更新；

时戳计算模块4，其用于基于时钟域管理模块，依据一个时钟域在特定时刻的实时运行时戳，通过时戳转换关系计算其它时钟域在该特定时刻的运行时戳。

进一步地，请参照图6，同步时戳获取模块2包括：

转换关系更新单元21，其用于按照预设周期，通过同步时戳获取模块对不同时钟域的转换基准和转换系数进行更新；

转换关系获取单元22，其用于依据不同时钟域的序号标识，获取不同时钟域的时戳转换关系。

进一步地，请参照图7，转换计算模块3包括：

时钟域基准时戳获取单元31，其用于按照预设周期，通过同步时戳获取模块获取不同时钟域在运行过程中同一时刻的实时运行时戳，并对不同时钟域的时戳转换关系进行更新；

转换基准计算单元32，其用于将不同时钟域在同一时刻实时运行时戳作为不同时钟域的转换基准；

时钟域时戳计算单元33，其用于依据不同时钟域的时戳转换关系，对不同时钟域的实时运行时戳进行转换计算。

不同时钟域的时戳转换关系，包含转换基准及前后两次连续的转换基准，并结合预设滤波算法，计算转换系数。

转换计算模块3还包括：

数字索引设置单元34，其用于通过时钟域管理转换模块对其管理的不同时钟域设置数字索引。

时戳转换单元35，其用于通过数字索引得到不同时钟域的时戳转换关系。

此外，不同时钟域为同步时钟运行状态或异步时钟运行状态。

本发明实施例旨在保护一种嵌入式系统不同时钟域运行时戳获取方法及装置，具备如下效果：

通过一个时钟域管理模块，建立起不同时钟域之间的时戳对应关系，从而实现依据一个时钟域的实时运行时戳，来获取其它时钟域的实时运行时戳，避免了实时时戳因计算机位数的原因引起翻转而导致的计算错误，提高了嵌入式系统的运行精度和安全性。

应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

Claims (8)

1.一种嵌入式系统不同时钟域运行时戳获取方法，其特征在于，嵌入式系统包括：时钟域管理模块和同步时戳获取模块，包括如下步骤：

提供时钟域注册管理接口，来标识时钟域信息；

通过周期性的同步时戳获取，对所述时钟域管理模块内不同时钟域时钟转换计算时所需的基准时戳进行更新；

通过周期更新的所述不同时钟域的所述基准时戳，对所述时钟域管理模块内不同时钟域间进行同步时戳转换计算时的时戳转换关系进行更新；

基于时钟域管理模块，依据一个时钟域在预设时刻的实时运行时戳，通过所述时戳转换关系计算其它时钟域在所述预设时刻的运行时戳；

所述对所述时钟域管理模块内不同时钟域间进行同步时戳转换计算时的转换关系进行更新，包括：

按照预设周期，通过同步时戳获取模块获取所述不同时钟域在运行过程中同一时刻的实时运行时戳，并对所述不同时钟域的时戳转换关系进行更新；

将所述不同时钟域在同一时刻实时运行时戳作为所述不同时钟域的转换基准；

所述不同时钟域的时戳转换关系，包含所述转换基准及前后两次连续的所述转换基准，并结合预设滤波算法，计算转换系数；

依据所述不同时钟域的时戳转换关系，对不同时钟域的实时运行时戳进行转换计算。

2.根据权利要求1所述的嵌入式系统不同时钟域运行时戳获取方法，其特征在于，所述通过周期性的同步时戳获取对所述时钟域管理模块内不同时钟域时钟转换计算时所需的基准时戳进行更新，包括：

按照预设周期，通过同步时戳获取模块获取所述不同时钟域在运行过程中同一时刻的实时运行时戳；

获取所述不同时钟域在运行过程中所述预设时刻的实时运行时戳。

3.根据权利要求1所述的嵌入式系统不同时钟域运行时戳获取方法，其特征在于，所述对所述时钟域管理模块内不同时钟域间进行同步时戳转换计算时的转换关系进行更新，还包括：

通过时钟域管理模块对其管理的所述不同时钟域设置数字索引；

通过所述数字索引得到所述不同时钟域的时戳转换关系。

4.根据权利要求1-3任一所述的嵌入式系统不同时钟域运行时戳获取方法，其特征在于，

所述不同时钟域为同步时钟运行状态或异步时钟运行状态。

5.一种嵌入式系统不同时钟域运行时戳获取装置，其特征在于，嵌入式系统包括：时钟域管理模块和同步时戳获取模块，包括：

时钟域注册模块，其用于提供时钟域注册管理接口，来标识时钟域信息；

同步时戳获取模块，其用于通过周期性的同步时戳获取，对所述时钟域管理模块内不同时钟域时钟转换计算时所需的基准时戳进行更新；

转换计算模块，其用于通过周期更新的所述不同时钟域的所述基准时戳，对所述时钟域管理模块内不同时钟域间进行同步时戳转换计算时的时戳转换关系进行更新；

时戳计算模块，其用于基于时钟域管理模块，依据一个时钟域在特定时刻的实时运行时戳，通过所述时戳转换关系计算其它时钟域在该特定时刻的运行时戳；

所述转换计算模块包括：

时钟域基准时戳获取单元，其用于按照预设周期，通过同步时戳获取模块获取所述不同时钟域在运行过程中同一时刻的实时运行时戳，并对所述不同时钟域的时戳转换关系进行更新；

转换基准计算单元，其用于将所述不同时钟域在同一时刻实时运行时戳作为所述不同时钟域的转换基准；

所述不同时钟域的时戳转换关系，包含所述转换基准及前后两次连续的所述转换基准，并结合预设滤波算法，计算转换系数；

时钟域时戳计算单元，其用于依据所述不同时钟域的时戳转换关系，对不同时钟域的实时运行时戳进行转换计算。

6.根据权利要求5所述的嵌入式系统不同时钟域运行时戳获取装置，其特征在于，所述同步时戳获取模块包括：

转换关系更新单元，其用于按照预设周期，通过所述同步时戳获取模块对所述不同时钟域的转换基准和转换系数进行更新；

转换关系获取单元，其用于依据所述不同时钟域的序号标识，获取所述不同时钟域的时戳转换关系。

7.根据权利要求5所述的嵌入式系统不同时钟域运行时戳获取装置，其特征在于，所述转换计算模块还包括：

数字索引设置单元，其用于通过时钟域管理模块对其管理的所述不同时钟域设置数字索引；

时戳转换单元，其用于通过所述数字索引得到所述不同时钟域的时戳转换关系。

8.根据权利要求5-7任一所述的嵌入式系统不同时钟域运行时戳获取装置，其特征在于，

所述不同时钟域为同步时钟运行状态或异步时钟运行状态。