JPS62271540A - クロックを同期する方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ３、発明の詳細な説明 本発明はイーサネットのごときバスタイプのネットワー
クのクロックを同期する方法に関連し、ここで上記のク
ロックを含む多数のノードは共通データチャネルに接続
されている。本発明はまたイーサネットのごとき、共通
データチャネルに接続さた多数のノード装置（ｎｏｄｅ
　ｅｑ旧ρｍｅｎｔ）を具えるバスタイプのローカルネ
ットワークに含まれるクロックを同期する装置にも関連
し、各ノード装置は結合ユニットおよび多分別の動作ユ
ニットの形をした動作ユニットを具え、ノード装置の１
つはマスターを同期する、すなわちマスタ−ノードであ
り、他のノード装置はスレーブノードである。

この文脈では、ノードは一方ではデータチャネルとノー
ドに結合された装置との間の交叉点それ自身を意味し、
他方ではノードに結合された装置を含む交叉点を意味し
ている。すぐ前に述べられたノードと言う言葉はまた以
下のノード装置を呼んでいる。

多数のノードに共通なチャネルを有する例えばイーサネ
ットタイプのローカルネットにおいて、これまでデータ
チャネルに接続さたノード装置におけるクロックの同期
の要件はそれほど高くなかった。例えば、通常のデータ
メツセージとしてノード間の７−ドのクロック時間の付
近で情報を送信することは可能であった。しかし、デー
タメツセージの遷移時間は大きな範囲で変化している。

多数のノードが共通データチャネルに接続されていると
言う事実により、データチャネルは他のデータメツセー
ジの送信と組合され、かつクロック時間を含むデータメ
ツセージは送信機列（ｑｕｅｕｅ）で待機することを強
制されている。クロック時間を含むデータメツセージが
受信ノードに達すると、送信されたクロック時間はしば
しば不適当になる。

これまでノード間の同期が適用上クリチカルでないよう
なネットを使用することだけが可能であった。しかし、
防衛のようなもっと正確な同期を要求する適用では共通
チャネルを有するローカルネットワークが使用できるよ
うな強い要望が存在している。この１つの理由は多数の
別々の接続の代わりに共通データチャネルを使用するこ
とにより得られるスペースの節約である。他の理由は共
通チャネルが設置を簡単化し、且つ安価にすると言う事
実によるコスト面からである。

本発明の目的はもっと正確な同期を許容し、かつ負担コ
ストの具体化に簡単なりロック同期方法を与えることで
ある。本発明による方法は、データネットの１つのノー
ドがマスターを同期するように、すなわちマスターノー
ドが選ばれ、マスターノードはマスターノードを含んで
すべてのノード、あるいは同期を必要とするノードにア
ドレスされた同期メツセージを繰返して送信し、同期メ
ツセージを検出する場合に、マスターノードと他のノー
ド、すなわちスレーブノードは各７−ドで第１クロック
の状態を読取り、かつ同期メツセージの到着時間として
その状態を蓄積し、同期メツセージを検出した場合にマ
スターノードはマスターノードに同期メツセージの到着
時点でマスターノードのクロックの状態を示すスレーブ
ノードにクロック時間メツセージを送信し、上記のマス
ターノードによって送信されたクロック時間メツセージ
の状態は同期メツセージに対するスレーブノードに蓄積
された到着時間と比較され、かつ 偏差のある場合にはスレーブノード中のクロックはマス
ターノードで読まれるクロックとごく近く一致するよう
に訂正されること、 で得られている。

この方法の好ましい変形によると、スレーブノードのク
ロックは、もし訂正されるべきクロックがマスタークロ
ックに対して遅れているかあるいは進んでいるなら、そ
れに応じて多数の付加カウンティングパルスを付加する
ことにより、あるいは多数の通常のカウンティングパル
スを抑制することにより訂正される。

この方法の別の好ましい変形によると、スレーブノード
中のクロックは、一定数と送信クロック時間メツセージ
のクロック状態および負荷訂正値（ｌｏａｄ　ｃｏｒｒ
ｅｃｔｉｏｎ　ｖａｌｕｅ）によって引算された読取ら
れたクロックの蓄積状態との和からなる計算された比較
値によって各スレーブノードに位置するレジスタを負荷
することで訂正され、計算された比較値はノードの第１
クロックの問題となっている最少有意クロック位置（ｌ
ｅａｓｔ　５１ｇｎ１−ｆｉｃａｎｔ　ｃｌｏｃｋ　ｐ
ｏｓｉｔｉｏｎ）と比較され、かつこれら２つの値が一
致する場合に同期パルスが発生され、これは一定数をノ
ードクロックの最少有意クロック位置に負荷する。

本発明による方法のさらに好ましい変形は特許請求の範
囲から明らかである。

本発明による装置は、 各結合ユニットの各々に以下の手段、すなわちデータチ
ャネル上で同期メツセージを検出する手段、 結合ユニットでクロックの状態を読取る手段、クロック
の状態を蓄積する手段、およびクロック時間メツセージ
を受信する手段、が配列され、 さらにスレーブノードの結合ユニットに以下の手段、す
なわち それにより受信クロック時間メツセージの状態と蓄積さ
れた到着時間が比較されるデータ処理装置、および マスターノードで読取られるクロックとごく近く一致す
るようにクロックを訂正する手段、が配列され、 かつマスターノードに以下の手段、すなわちそれにより
同期メツセージが繰返して送信され、かつクロック時間
メツセージが送信されるデータ処理手段、 が配列されていること、 を特徴としている。

装置のさらに好ましい変形は特許請求の範囲から明らか
である。

第１図に示されたローカルネットワークは共通データチ
ャネル４に接続された３つのノード装置１．２．３から
構成されている。各ノード装置は多数の動作ユニット５
−１１から構成されている。

第１図ではノード装置１と３はそれぞれ３つの動作ユニ
ット５，８．９と７．１０．１１を備え、一方、ノード
装置２は１つの動作ユニット６を備えている。多数の動
作ユニットが共通ノードに接続されている場合には、図
面に示されたように、これらの動作ユニットはデータバ
ス１２．１３によって接続されるのが適当である。各動
作ユニット　５−１１は通常のクロックを含み、これは
第２図に示されている。ノード装置内の動作ユニットの
クロックは、データチャネル４とノード装置のデータバ
ス間に置かれた動作ユニット５−７　（上記の動作ユニ
ットは以下結合ユニット５−７と名付けられる）がノー
ド装置内の別の動作ユニット　８−１１に同期信号を送
信すると言う事実によってお互いに同期が保たれている
。各ノード装置の結合ユニット５−７はそれぞれ送受信
装置１４．１５．１６を介してデータチャネル４に結合
されている。

結合ユニット中のクロックの相互同期は第３図と第４図
に示されたフローチャートによって説明されよう。

まずノードの１つの結合ユニットクロツタがマスターク
ロックとして選ばれ、従ってマスターノ−ドであるべき
ノードとされる。データチャネルに結合された残りのノ
ードは同期に関してスレーブノードと見なされる。スレ
ーブノードのクロックはマスターノード結合ユニット中
のクロック、すなわちマスタークロツタとできるだけ一
致するように訂正されよう。

マスターノードは繰返して同期メッセージヲ送信する（
第３図を見よ）。同期メツセージはデータチャネル上で
すべてのノードに対して（マスターノードに対してさえ
も）送信される。同期メツセージがスレーブノードとマ
スターノードで受信されると、結合ユニット５−７のノ
ード中のクロックが読取られる。クロック状態は第２図
のレジスタ２４に蓄積される。マスターノードのクロッ
ク状態が読取られると、マスターノード結合ユニットの
クロック状態はスレーブノードへのクロック時間メツセ
ージの形で送出される。

第１の代案（代案Ａ）によると、スレーブノード結合ユ
ニットはノード中で読取られたクロックに対する蓄積状
態とクロック時間メツセージに対する状態との間の差か
らなる差の値を形成する。

もしこの差が正になると、クロックカウンタのカウンテ
ィングパルスの対応する数が抑制され、もしこの差が負
になると、クロックカウンタはカウンティングパルスの
対応する数が供給され、そしてもしこの差が０ならば、
クロックカウンタの訂正は起らない。

別の代案（代案Ｂ）によると、受信クロック時間メツセ
ージは一定数から引算される。この一定数は例えば２進
数１０００　００００からなっている。上記の数はそれ
が最大有意ディジット（ｍｏｓｔ　５１ｇｎ１ｆｉｃａ
ｎｔ　ｄｉｇｉｔ）のスイッチ間隔の真中に存在してい
ると言う事実によって適当な数であり、すなわち数値の
等しい量の増大および減少は最大有意ディジットが値を
変化する前に必要とされる。各ノードに蓄積されたクロ
ック状態は上述の減算の結果に加えられる。負荷訂正値
、好ましくは２進数ＩＯは上記の加算の結果から引算さ
れる。

最後に述べられた減算の結果は比較値と名付けられ、そ
してこの値は結合ユニット中のクロックと比較される。

比較値が結合ユニット中のクロックの最大有意位置の状
態と一致すると、一定数がクロックの最少有意位置に供
給される。多数の動作ユニットを含むノードにおいて、
比較値と結合ユニット中のクロックの最少有意位置の状
態とが一致すると、各データバス１２．１３を介して同
期信号は結合ユニット５と７それぞれから動作ユニット
８．９．１（ｌの残りに対してそれぞれ送信される。

同期信号は動作ユニット中のクロックの最大有意位置に
一定数を供給し始める。

上述の負荷訂正値は、一定値をクロックカウンタに導入
する場合に起る遅延を補償し、かつマスタークロツタと
同様にスレーブノード中のクロックの最少有意位置で同
じ値を同時に得るようにする目的を有している。

第２図はスレーブノードにおけるクロックの同期を例示
するために部分的に簡単化されたブロック図を示してい
る。３つのレジスタ２３．２４．２５、カウンタ２６、
比較器２７、同期制御装置２８、検出器２０、メモリ２
Ｉおよびプロセッサユニット２２が具えられている。ス
タートすると、カウンタ２６はその入力２９を介して初
期値が供給さる。カウンタ入力は２つの分枝に分割され
ているのが示されており、右の分枝は最少有意部分、す
なわち初期値の８ビット位置を印加することを意図して
いる。入力レジスタ２３が右の分枝に含まれ、その動作
は以下の記述からより明白であろう。カウンタ２６は一
定周波数で歩進され、そのカウンティング位置（状態）
は結合ユニット５．６．７のクロック時間を表し、カウ
ンタはまたクロックカウンタあるいはクロックと名付け
られる。検出器２０はデータチャネル４に結合されたそ
の入力を有し、ノードによって受信された同期メツセー
ジを検出する。同期メツセージのアドレス情報は検出さ
れる場合に利用されることは有利である。クロック時間
メツセージは共通データメツセージとして送信され、そ
してさらに詳細には示されていない。検出器が同期メツ
セージを検出する場合、プロセッサユニット２２は中断
され、カウンタ２６の出力に位置する同期レジスタ２４
でロックされる。同期レジスタ２４はこれまでのカウン
タの内容を伴っている。従って、クロク状態は同期メツ
セージを検出すると同期レジスタに蓄積される。この方
法により、同期メツセージの到着時間は蓄積され、従っ
て例えばプロセッサユニットが同期メツセージの到着の
瞬間にビジーであろうと言う事実によって、起り得る遅
延は到着時間の蓄積に何の効果も及ぼさない。同期メツ
セージを検出する場合にマスタークロック状態を含む入
りクロック時間メツセージをプロセッサユニット２２が
受信すると、クロックの訂正は以下の２つの代案の１つ
によって起るであろう。

代案へによると、同期レジスタ２４に蓄積されたクロッ
ク状態はプロセッサユニット２２によって実行されるク
ロック時間メツセージによって示されたクロック状態と
比較される。もしこの比較が、同期レジスタクロツタ状
態がクロック時間メツセージクロツタ状態に対して進ん
でいると言う結果となるなら、プロセッサユニット２２
は１つあるいは多数のカウンティングパルスがカウンタ
で抑制されることを補償する。もしこの比較が、同期し
［９ ジスタクロツタ状態がクロック時間メツセージクロック
位置に対して遅れていると言う結果となるなら、プロセ
ッサユニット２２は通常のクロック周波数から受信され
た通常のカウンティングパルスに加えて１つあるいは多
数の付加カウンティングパルスがカウンタに供給さるこ
とを保証する。もしこの比較が同期レジスタクロック状
態とクロック時間メツセージクロツタ状態との間に何の
差も存在しないと言う結果となるなら、カウンタの訂正
は起らない。

代案Ｂによると、プロセッサユニット２２はそれが同期
メツセージとクロック時間メツセージを受信する場合に
、訂正レジスタ２５に供給さる比較値を計算する。比較
値は例えば２進数１０００　００００のような一定値よ
りなり、これはマスタークロツタの状態で引算され、ス
レーブクロック位置で加算され、かつ例えば１０のよう
な負荷訂正値で引算され、マスタークロック状態および
スレーブクロック状態は同期メツセージを受信する場合
にその状態に規定される。比較器はカウンタ２６の８つ
の最少有意ビットを訂正レジスタ２５の比較値と比較す
るよう提案されている。訂正レジスタ値が提案としてカ
ウンタの８つの最少有意ビットの値と同じ値に達する場
合、比較器２７は同期制御装置２８に信号を供給する。

同期制御装置はそのノードでデータバス１２．１３を介
して同期信号を残りの動作ユニット８．９と１０．１１
それぞれに右よび入力レジスタ２３に送信する。同期信
号は入力レジスタ２３に蓄積されている一定値の供給を
開始し、かつメモリ２１からフェッチされ、かつカウン
タの最少有意位置にもたらされる。一定値の対応する供
給は残りの動作ユニット８−１１で起る。

第２図に示された入力レジスタ２３は簡単な実施例では
マルチプレクサ装置によって置換えられよう。このマル
チプレクサ装置は、比較値、すなわち提案された８を供
給すべきカウンタ２６中のビット位置の数と同じ多数の
マルチプレクサを具えている。マルチプレクサの制御入
力に印加された制御信号は、もしカウンタ中の最少有意
ビット位置が比較値あるいは他の値で供給さるべきなら
定ま２す る。

ローカルネットワークのデータチャネルに生起する遅延
は無視される。この遅延はクロック同期に有害な効果を
及ぼさず、従って無視されるような程度の大きさである
。

第２図による実施例はいずれにしろ発明に限界を与える
ことを意図するものでなく、多数の有利な具体例はこの
発明の範囲内で考えられる。−例として、プロセッサユ
ニットは同期方法の多少の部分を遂行しよう。

（要　約） 本発明はイーサネットやクロック同期システムのような
バスタイプのローカルネットワークに含まれるクロック
同期方法に関するものである。この種のローカルネット
ワークでは、多数のノード（１−３）が共通データチャ
ネル（４）に接続されている。本発明の目的は従前の方
法と装置に較べてより正確なりロック同期方法と装置を
得ることであり、ここで同期情報は共通データパッケー
ジとして送信され、同期情報の受信機はデークパッケ−
ジ発生の時点を知らない。本発明によると、同期メツセ
ージはマスターノードを含んですべてのノードに対して
マスターであるとして選ばれた１つのノードから送信さ
れる。同期メツセージを受信する場合にノードはクロッ
ク状態を読取る。同期メツセージを受信すると、マスタ
ーノードはマスターノードクロック状態を含むクロック
時間メツセージを送信する。受信クロック時間メツセー
ジによって示されたクロック状態はスレーブノードにお
いてスレーブノードで読取られたクロック状態と比較さ
れる。読取られたクロックのクロック状態は受信マスタ
ークロック状態と比較され、そしてスレーブノードのク
ロック状態は比較の結果に従って訂正される。上述の方
法によるクロック同期は例えば軍用の応用に適合してい
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は３つのノードを有するローカルネットワークを
示し、 第２図はノード装置の一部分の部分的に簡単化されたブ
ロック線図を示し、 第３図はクロック同期に対するマスターノードのフロー
チャートを示し、 第４図はクロック同期に対するスレーブノードのフロー
チャートを示している。 １、　２．　３　・・・ノード装置 ４・・・共通データチャネル ５〜７・・・結合ユニットあるいは動作ユニット８〜１
１・・・動作ユニット　　１２．１３・・・データノマ
ス１４、１５．１６・・・送受信装置　２０・・・検出
器２１・・・メモＩＪ　　　　　　　　２２・・・プロ
セッサユニット２３・・・入力レジスタ　　　２４・・
・同期レジスタ２５・・・訂正レジスタ　　　　２６・
・・カウンタ２７・・・比較器　　　　　　２８・・・
同期制御装置２９・・・入力

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、イーサネットのごときバスタイプのローカルネット
   ワークに含まれるクロックパルスを同期する方法であっ
   て、上記のクロックを含む多数のノードが共通データチ
   ャネルに接続されるものにおいて、 データネットのノードの１つがマスターを 同期するように、すなわちマスターノードが選ばれ、 マスターノードはマスターノードを含んで すべてのノード、あるいは同期を必要とするノードにア
   ドレスされた同期メッセージを繰返して送信し、 マスターノードと他のノードすなわちスレ ーブノードは、同期メッセージを検出する場合に各ノー
   ドで第１クロックの状態を読取り、かつその状態を同期
   メッセージの到着時間として蓄積し、 マスターノードは同期メッセージを検出し た場合にマスターノードに同期メッセージの到着時点で
   マスターノードクロックの状態を示すスレーブノードに
   クロック時間メッセージを送信し、 マスターノードによって送信された上記の クロック時間メッセージの状態は同期メッセージに対す
   るスレーブノードに蓄積された到着時間と比較され、か
   つ 偏差のある場合、スレーブノード中のクロ ックはマスターノードで読まれるクロックにごく近く一
   致するよう訂正されることを特徴とする方法。 ２、もし訂正されるべきクロックがマスタークロックに
   対して遅れているか、あるいは進んでいるならそれに応
   じて多数の付加カウンティングパルスを付加することに
   よってか、あるいは多数の通常のカウンティングパルス
   を抑制することによりスレーブノード中のクロックが訂
   正されることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載
   の方法。 ３、各スレーブノードに置かれたレジスタを、一定数と
   送信クロック時間メッセージのクロック状態および負荷
   訂正値によって引算されたクロックの蓄積状態との和か
   らなる計算された比較値で負荷することによりスレーブ
   ノード中のクロックが訂正され、 計算された比較値はノードの第１クロック の問題となっている最少有意クロック位置と比較され、
   かつ２つの値が一致する場合に同期パルスが発生され、
   これは該一定数をノードのクロックの最少有意クロック
   位置に負荷すること、 を特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の方法。 ４、該一定数が２進数であり、かつ２つの２進状態の１
   つを最大有意ビット位置に、そして他の２進状態を残り
   のビット位置に有することを特徴とする特許請求の範囲
   第３項に記載の方法。 ５、該一定数が２進数１０００　００００であることを
   特徴とする特許請求の範囲第３項もしくは第４項に記載
   の方法。 ６、該負荷訂正値が２進数１０からなることを特徴とす
   る特許請求の範囲第３項ないし第５項のいずれか１つに
   記載の方法。 ７、特許請求の範囲第２項に記載の訂正方法によって大
   きな訂正が実行され、かつ特許請求の範囲第３項ないし
   第６項のいずれか１つに記載の方法によって小さな訂正
   が実行されることを特徴とする方法。 ８、共通データチャネル（４）に接続された多数のノー
   ド装置（１、２、３）を具えるイーサネットのごときバ
   スタイプのローカルネットワークに含まれるクロックパ
   ルスを同期する装置であって、各ノード装置は結合ユニ
   ット（５、６、７）の形をした動作ユニットおよび多分
   別の動作ユニット（８−１１）を具え、該ノード装置の
   １つはマスタを同期し、すなわちマスタノードであり、
   別のノード装置はスレーブノードであるものにおいて、 結合ユニットの各々に以下の手段、すなわ ち データチャネル上で同期メッセージを検出 する手段（２０）、 結合ユニット（５、６、７）のクロックの状態（２６）
   を読取る手段（２４）、 クロックの状態を蓄積する手段（２１）、および クロック時間メッセージを受信する手段（１６）、が具
   えられること、 さらにスレーブノードの結合ユニットに以 下の手段、すなわち それにより受信クロック時間メッセージの 状態と蓄積された到着時間が比較されるデータ処理装置
   （２２）、および マスターノードで読出されるクロックとご く近く一致するようにクロックを訂正する手段（２３、
   ２５、２７、２８）、 が配列され、かつ マスターノードに以下の手段、すなわち それによって同期メッセージが繰返して送 信され、かつクロック時間メッセージが送信されるデー
   タ処理手段（２２）、 が配列されること、 を特徴とする装置。 ９、スレーブノードのデータ処理手段（２２）は、もし
   訂正されるべきクロックがマスタークロックに対して遅
   れているか、あるいは進んでいるならそれに応じてクロ
   ックに多数の付加カウンティングパルスを付加するか、
   あるいは多数の通常のカウンティングパルスを抑制する
   ように配列されていることを特徴とする特許請求の範囲
   第８項に記載の装置。 １０、クロックを訂正するスレーブノード中の手段が、 データ処理手段で計算され、かつ一定数と 送信クロック時間メッセージのクロック状態および負荷
   訂正値によって引算された読まれたクロックの蓄積状態
   との和からなる比較値が印加される訂正レジスタ（２５
   ）、 訂正レジスタ（２５）の比較値とクロックの最少有意ビ
   ットとを比較する比較器（２７）、クロックの最少有意
   ビットが比較値と一致 する場合に比較器によって活性化される同期制御装置（
   ２８）、および 一定数が供給された入力レジスタ（２３）、活性化され
   た場合に入力レジスタ（２３）に蓄積された一定数をノ
   ードのクロックの最少有意クロック位置に負荷する同期
   パルスを発生する同期制御装置（２８）、 を具えることを特徴とする特許請求の範囲第８項に記載
   の装置。 １１、特許請求の範囲第８項に記載の装置への適用に適
   するマスターノード回路。 １２、特許請求の範囲第８項、第９項、第１０項のいず
   れか１つによる装置への適用に適するスレーブノード回
   路。