CN1913408A - 工业以太网总线时钟平滑处理方法 - Google Patents
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Abstract
一种工业以太网总线时钟平滑处理方法，其特征在于：在建立总线式的以太网传输结构基础上，将数据包帧结构设计成帧首的有效数据字节加帧尾的无效填充字节格式，通过每个节点接收数据的缓存器处于空或满两种状态，来调整发出数据时，帧尾无效填充字节的数量，从而通过调节数据包帧结构中的有效数据比例来实现整个网络时钟的相对同步，确保整个网络能够正常通信。采用了该时钟平滑处理技术以后，使整个工业以太网内节点数量超过64个的情况下，保证数据的传输性能。
Description
技术领域
本发明涉及工业自动化控制网络，具体涉及工业以太环网的时钟同步技术。
背景技术
工业以太网是一种采用TCP/IP通信协议的工业自动化控制网络，利用这种网络可以在监控中心与分布在工业现场各节点(站点)的设备之间提供以太网数据传输及交换，以实现工业自动化控制。
现有技术中，通常的工业以太网交换机在组成一个环网时，节点数一般小于10个。这种工业自动化控制网络一般采用非总线式的以太网传输结构，各节点之间的数据为异步传输，没有时钟同步要求。由于这种工业控制以太网节点数较少，不能满足目前工业自动化控制的实际需要，从而使得组网不够灵活，增加了成本和管理复杂程度。为了使工业以太网网络在组网时能够连接更多的节点设备，可以通过建立总线式的以太网传输结构，使网络节点大大增加。但是，这种设计由于各个节点都有相互独立的时钟，就需要解决整个以太网总线的时钟同步问题，以免由于数据收发定位的不准确导致传输性能的劣化(误码、抖动)。利用各个节点的时钟具有极高的精度和稳定度，环网内部各节点的时钟虽然不完全相同(频率和相位)，但误差很小，接近同步。如图1所示：
CLK1≈CLK2≈CLK3≈CLK4≈CLKn-1≈CLKn≈CLK1
但毕竟各个节点都有相互独立的时钟，还是有误差，当网络节点大大增加时，误差也会随之增大，甚至产生严重后果。据申请人了解，现有技术对这一问题未给出较好的解决方案。
发明内容
本发明提供一种工业以太网总线时钟平滑处理方法，其目的是要解决工业以太网控制网络中各节点交换机时钟的同步问题，即工业现场站点很多的情况下，减少各节点时钟的误差，减少误码，保证数据传输的确定性。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种工业以太网总线时钟平滑处理方法，在建立总线式的以太网传输结构基础上，将数据包帧结构设计成帧首的有效数据字节加帧尾的无效填充字节格式，在每个节点接收数据时，数据先经过一个缓存器FIFO将数据缓存队列，该缓存器的写时钟WCLK是上一个节点时钟，而读时钟RCLK是本节点的时钟；然后建立缓存器内瞬间数据字节数量基准，通过检测该缓存器中数据字节数量，并与基准比较获得满或空两种状态，当缓存器中数据字节数量＞基准数据字节数量时为满状态，表明写时钟快，而读时钟慢，则减少帧尾的无效数据填充字节长度，相对增加数据包有效数据比例，以此加快有效数据的读出量；当缓存器中数据字节数量＜基准数据字节数量时为空状态，表明写时钟慢，而读时钟快，则增加帧尾的无效数据填充字节长度，相对减少数据包有效数据比例，以此放慢有效数据的读出量，从而通过调节数据包帧结构中的有效数据比例来实现整个网络时钟的相对同步。
上述技术方案中的有关内容解释如下：
1、上述方案中，所述以太网可以是环网传输结构，也可以是链状传输结构。
2、上述方案中，所述建立缓存器内瞬间数据字节数量基准是指当缓存器写入一定字节数量的数据时，开始读出，此时的一定字节数量为数据字节数量基准，并作为判断缓存器处于满或空两种状态的依据，比如12个字节。当检测到缓存器内瞬间数据字节数＞12个字节时为满状态，＜12个字节时为空状态。
本发明原理是：将数据包帧结构设计成帧首的有效数据字节加帧尾的无效填充字节格式，通过每个节点接收数据的缓存器处于空或满两种状态，来调整发出数据时，帧尾无效填充字节的数量，从而通过调节数据包帧结构中的有效数据比例来实现整个网络时钟的相对同步，确保整个网络能够正常通信。
本发明工业以太网交换机内部时钟以大规模集成电路和数字信号处理算法为标准，采用这种创新的数字时钟相位调节和量化跟踪技术，大大减小抖动和漂移的积累，从而很好的解决了专网设备站点数量较多的时钟同步问题。采用了该时钟平滑处理技术以后，使整个工业以太网内节点数量超过64个的情况下，保证数据的传输性能。
附图说明
附图1为本发明工业以太环网各节点时钟同步性原理图；
附图2为本发明同步调整缓存器FIFO原理图。其中，缓存器FIFO为站点n的FIFO队列，接收站点n-1的时钟CLKn-1作为写时钟，产生本站点n的时钟CLKn作为读时钟。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：
实施例：一种工业以太网总线时钟平滑处理方法，在建立总线式的以太网传输结构基础上，将数据包帧结构设计成帧首的有效数据字节加帧尾的无效填充字节格式，其中，帧首的有效数据字节为1490个，帧尾的无效填充字节为10个。该无效填充字节用于时钟平滑处理，其具体内容无意义。在每个节点接收数据时，数据先经过一个32个字节的缓存器FIFO将数据缓存队列，见图2所示，该缓存器FIFO的写时钟WCLK是上一个节点时钟，而读时钟RCLK是本节点的时钟。然后建立缓存器FIFO内瞬间数据字节数量基准，具体是：当缓存器FIFO写入12个字节数量的数据时，开始读出数据，此时的12个字节数量为数据字节数量基准。接着，检测缓存器FIFO中瞬间数据字节数量，并与基准比较获得满或空两种状态。当检测到缓存器FIFO内瞬间数据字节数＞12个字节时为满状态，表明写时钟快，而读时钟慢，则读出数据时减少帧尾的无效数据填充字节长度，比如减少1个字节，此时帧首的有效数据字节为1490个，帧尾的无效填充字节为9个，相对而言增加了数据包有效数据比例，以此加快有效数据的读出量。当检测到缓存器FIFO内瞬间数据字节数＜12个字节时为空状态，表明写时钟慢，而读时钟快，则读出数据时增加帧尾的无效数据填充字节长度，比如增加1个字节，此时帧首的有效数据字节为1490个，帧尾的无效填充字节为11个，相对而言减少数据包有效数据比例，以此放慢有效数据的读出量，从而通过调节数据包帧结构中的有效数据比例来实现整个网络时钟的相对同步，确保整个网络能够正常通信。
本方案以太网可以是环网传输结构，也可以是链状传输结构。采用本方案时钟平滑处理技术以后，使整个工业以太网内节点数量超过64个的情况下，保证数据的传输性能。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1、一种工业以太网总线时钟平滑处理方法，其特征在于：在建立总线式的以太网传输结构基础上，将数据包帧结构设计成帧首的有效数据字节加帧尾的无效填充字节格式，在每个节点接收数据时，数据先经过一个缓存器[FIFO]将数据缓存队列，该缓存器的写时钟[WCLK]是上一个节点时钟，而读时钟[RCLK]是本节点的时钟；然后建立缓存器内瞬间数据字节数量基准，通过检测该缓存器中数据字节数量，并与基准比较获得满或空两种状态，当缓存器中数据字节数量＞基准数据字节数量时为满状态，表明写时钟快，而读时钟慢，则减少帧尾的无效数据填充字节长度，相对增加数据包有效数据比例，以此加快有效数据的读出量；当缓存器中数据字节数量＜基准数据字节数量时为空状态，表明写时钟慢，而读时钟快，则增加帧尾的无效数据填充字节长度，相对减少数据包有效数据比例，以此放慢有效数据的读出量，从而通过调节数据包帧结构中的有效数据比例来实现整个网络时钟的相对同步。
2、根据权利要求1所述的工业以太网总线时钟平滑处理方法，其特征在于：所述以太网为环网传输结构。
3、根据权利要求1所述的工业以太网总线时钟平滑处理方法，其特征在于：所述以太网为链状传输结构。
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