TW202126089A

TW202126089A - 時間同步方法與時間同步系統

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Publication number: TW202126089A
Application number: TW108147782A
Authority: TW
Inventors: 許晉嘉
Original assignee: 宏碁股份有限公司
Priority date: 2019-12-26
Filing date: 2019-12-26
Publication date: 2021-07-01
Also published as: TWI751466B

Abstract

一種時間同步方法與時間同步系統。所述方法包括：在控制器區域網路(Controller Area Network, CAN)系統中的CAN裝置的測試模式下，建立所述CAN裝置與主機裝置之間的時間映射關係；在所述CAN裝置的正常模式下，從所述CAN裝置讀取至少一資料封包的CAN時間資訊；以及根據所述時間映射關係與所述CAN時間資訊，記錄所述至少一資料封包的主機時間資訊。

Description

時間同步方法與時間同步系統

本發明是有關於一種時間同步技術，且特別是有關於一種時間同步方法與時間同步系統。

控制器區域網路(Controller Area Network, CAN)是一種匯流排標準，其可用於車載電子系統或其他產業的電子系統中，以使電子系統中的晶片及/或電子儀器相互通訊。CAN系統中的節點亦稱為CAN裝置(或CAN匯流排裝置)。多個CAN裝置之間可透過雙絞線彼此連接以進行通訊。

一般來說，當CAN裝置接收到資料封包時，此CAN裝置會根據裝置內建的時鐘對接收到的資料封包加上一個時間戳，並將此資料封包暫存於緩存器中。爾後，外接的電腦裝置可以經由通用序列匯流排(Universal Serial Bus, USB)或乙太網路等通訊協定來從此CAN裝置的緩存器中讀取資料封包與相關的封包接收時間等資訊。但是，在實務上，CAN裝置內建的時鐘往往與真實時間存在誤差，且不同CAN裝置的時鐘可能也彼此不同步，從而造成應用程式對資料封包的接收時間發生誤判。

本發明提供一種時間同步方法與時間同步系統，可將CAN裝置所接收的資料封包的接收時間與主機裝置的時間進行同步。

本發明的實施例提供一種時間同步方法，其用於控制器區域網路(Controller Area Network, CAN)系統，所述時間同步方法包括：在所述CAN系統中的CAN裝置的測試模式下，建立所述CAN裝置與主機裝置之間的時間映射關係；在所述CAN裝置的正常模式下，從所述CAN裝置讀取至少一資料封包的CAN時間資訊；以及根據所述時間映射關係與所述CAN時間資訊，記錄所述至少一資料封包的主機時間資訊。

本發明的實施例另提供一種時間同步系統，其包括主機裝置與至少一CAN裝置。所述至少一CAN裝置包括第一CAN裝置並耦接至所述主機裝置。所述主機裝置用以在所述第一CAN裝置的測試模式下，建立所述第一CAN裝置與所述主機裝置之間的時間映射關係。所述主機裝置更用以在所述第一CAN裝置的正常模式下，從所述第一CAN裝置讀取至少一資料封包的CAN時間資訊。所述主機裝置更用以根據所述時間映射關係與所述CAN時間資訊，記錄所述至少一資料封包的主機時間資訊。

基於上述，在CAN裝置的測試模式下，CAN裝置與主機裝置之間的時間映射關係可被建立。此外，在CAN裝置的正常模式下，至少一資料封包的CAN時間資訊可從CAN裝置中讀取。根據所述時間映射關係與所述CAN時間資訊，所述至少一資料封包的主機時間資訊可被記錄，使得所述至少一資料封包的接收時間與主機裝置的時間進行同步。

圖1是根據本發明的一實施例所繪示的時間同步系統的示意圖。請參照圖1，時間同步系統100包括控制器區域網路(Controller Area Network, CAN)系統10與主機裝置12。CAN系統10包括多個CAN裝置11(1)~11(n)。CAN裝置11(1)~11(n)裝置彼此之間可透過雙絞線連接以相互通訊。

CAN裝置11(1)~11(n)中的每一者可包括CAN控制器(例如微控制器)與CAN收發器。CAN控制器用以控制CAN裝置的運作，而CAN收發器則可用以從其他CAN裝置接收資料封包或發送資料封包至其他CAN裝置。

CAN裝置11(1)~11(n)中的每一者可連接至一或多個電子控制單元(Electronic Control Unit, ECU)。在一實施例中，是假設時間同步系統100與CAN系統10設置於車載系統中。因此，所述ECU可以是用以控制此車載系統中特定車用電子組件的控制器。此外，多個ECU可經由CAN系統10(例如CAN裝置11(1)~11(n))彼此通訊。然而，在另一實施例中，時間同步系統100與CAN系統10亦可以設置於其他類型的電子系統中，而不限於車載系統。

主機裝置12耦接至CAN系統10。主機裝置12可經由通用序列匯流排(Universal Serial Bus, USB)或乙太網路等通訊協定來連接至CAN系統10中的第一CAN裝置並與第一CAN裝置通訊。例如，主機裝置12可為任意類型的電腦裝置或電腦主機。例如，主機裝置12可包括中央處理單元(CPU)、或是其他可程式化之一般用途或特殊用途的微處理器、數位訊號處理器(Digital Signal Processor, DSP)、可程式化控制器、特殊應用積體電路(Application Specific Integrated Circuits, ASIC)、可程式化邏輯裝置(Programmable Logic Device, PLD)或其他類似裝置或這些裝置的組合。

在一實施例中，主機裝置12可在第一CAN裝置的測試模式下，建立第一CAN裝置與主機裝置12之間在時間上的映射關係(亦稱為時間映射關係)。此時間映射關係可用於將主機裝置12的時鐘與第一CAN裝置的時鐘同步。

在一實施例中，測試模式亦稱為回授(loopback)模式。當第一CAN裝置處於測試模式時，若第一CAN裝置接收到來自主機裝置12的封包(亦稱為測試封包)，第一CAN裝置可直接將此測試封包回傳給主機裝置12，而不將此測試封包發送給CAN系統10中的其餘CAN裝置。

在一實施例中，主機裝置12可在第一CAN裝置的正常模式下，從第一CAN裝置讀取至少一封包(亦稱為資料封包)的CAN時間資訊。例如，當第一CAN裝置從CAN系統10中的其餘CAN裝置接收到一個資料封包時，第一CAN裝置可記錄其接收到此資料封包的時間(即CAN時間資訊)。換言之，一個資料封包的CAN時間資訊可反映第一CAN裝置接收到此資料封包的時間。第一CAN裝置可將所接收到的資料封包與相關的資訊(例如封包ID、封包內容及CAN時間資訊)儲存於其內部的緩存器。當第一CAN裝置處於正常模式時，主機裝置12可從第一CAN裝置的緩存器中讀取資料封包以及與此資料封包相關的資訊(例如所述CAN時間資訊)。

在一實施例中，主機裝置12可根據所述時間映射關係與所述資料封包的CAN時間資訊，記錄所述資料封包的主機時間資訊。此主機時間資訊是指當第一CAN裝置接收到某一資料封包時，此時的主機裝置12的時鐘所指示的時間。換言之，在從第一CAN裝置讀取的某一資料封包的CAN時間資訊後，主機裝置12可根據所述時間映射關係將此資料封包的CAN時間資訊轉換為當第一CAN裝置接收到此資料封包時，此時的主機裝置12的時鐘所指示的時間(即主機時間資訊)。

在以下的實施例中，是以CAN裝置11(1)作為第一CAN裝置的範例。然而，在另一實施例中，第一CAN裝置亦可以是指CAN裝置11(2)~11(n)中的一或多者。

圖2是根據本發明的一實施例所繪示的建立第一CAN裝置與主機裝置之間的時間映射關係的示意圖。請參照圖1與圖2，在時間範圍21內，主機裝置12可將CAN裝置11(1)設定為測試模式(亦稱為第一測試模式)。在第一測試模式下(即時間範圍21內)，主機裝置12可發送測試封包(亦稱為第一測試封包)PT(1)至CAN裝置11(1)。然後，主機裝置12可記錄測試封包PT(1)的主機時間資訊(亦稱為第一主機時間資訊)TP(1)與測試封包PT(1)的CAN時間資訊(亦稱為第一CAN時間資訊)TC(1)。

在一實施例中，當送出測試封包PT(1)時，主機裝置12可記錄送出測試封包PT(1)時的主機時間資訊T1(Tx)。例如，主機時間資訊T1(Tx)可反映主機裝置12送出測試封包PT(1)的時間。當CAN裝置11(1)接收到測試封包PT(1)時，CAN裝置11(1)可記錄測試封包PT(1)的CAN時間資訊TC(1)。例如，CAN時間資訊TC(1)可反映CAN裝置11(1)接收到測試封包PT(1)的時間。當主機裝置12接收到CAN裝置11(1)回傳的測試封包PT(1)時，主機裝置12可記錄測試封包PT(1)的另一主機時間資訊T1(Rx)。例如，主機時間資訊T1(Rx)可反映主機裝置12接收到測試封包PT(1)的時間。主機裝置12可根據主機時間資訊T1(Tx)與T1(Rx)決定主機時間資訊TP(1)。例如，主機時間資訊TP(1)可等於(T1(Tx)+T1(Rx))/2。在一實施例中，記錄主機時間資訊TP(1)與CAN時間資訊TC(1)的操作類似於建立主機時間資訊TP(1)與CAN時間資訊TC(1)之間的映射關係。

在記錄主機時間資訊TP(1)與CAN時間資訊TC(1)後，在時間範圍22內，主機裝置12可控制CAN裝置11(1)從第一測試模式切換至正常模式。在CAN裝置11(1)的正常模式下(即時間範圍22內)，主機裝置12可從CAN裝置11(1)讀取至少一資料封包的CAN時間資訊。

須注意的是，在圖2的實施例中，是以讀取資料封包PN(k)的CAN時間資訊TC(k)作為範例。其中，資料封包PN(k)是暫存在CAN裝置11(1)的緩存器的資料封包，且CAN時間資訊TC(k)可反映CAN裝置11(1)接收到資料封包PN(k)的時間。主機裝置12可記錄資料封包PN(k)的CAN時間資訊TC(k)。資料封包PN(k)的數目可以是一或多個，本發明不加以限制。

在記錄資料封包PN(k)的CAN時間資訊TC(k)後，在時間範圍23內，主機裝置12可將CAN裝置11(1)再次設定為測試模式(亦稱為第二測試模式)。在第二測試模式下(即時間範圍23內)，主機裝置12可發送測試封包(亦稱為第二測試封包)PT(2)至CAN裝置11(1)。然後，主機裝置12可記錄測試封包PT(2)的主機時間資訊(亦稱為第二主機時間資訊)TP(2)與測試封包PT(2)的CAN時間資訊(亦稱為第二CAN時間資訊)TC(2)。

在一實施例中，當送出測試封包PT(2)時，主機裝置12可記錄送出測試封包PT(2)時的主機時間資訊T2(Tx)。例如，主機時間資訊T2(Tx)可反映主機裝置12送出測試封包PT(2)的時間。當CAN裝置11(1)接收到測試封包PT(2)時，CAN裝置11(1)可記錄測試封包PT(2)的CAN時間資訊TC(2)。例如，CAN時間資訊TC(2)可反映CAN裝置11(1)接收到測試封包PT(2)的時間。當主機裝置12接收到CAN裝置11(1)回傳的測試封包PT(2)時，主機裝置12可記錄測試封包PT(2)的另一主機時間資訊T2(Rx)。例如，主機時間資訊T2(Rx)可反映主機裝置12接收到測試封包PT(2)的時間。主機裝置12可根據主機時間資訊T2(Tx)與T2(Rx)決定主機時間資訊TP(2)。例如，主機時間資訊TP(2)可等於(T2(Tx)+T2(Rx))/2。在一實施例中，記錄主機時間資訊TP(2)與CAN時間資訊TC(2)的操作類似於建立主機時間資訊TP(2)與CAN時間資訊TC(2)之間的映射關係。

圖3是根據本發明的一實施例所繪示的根據時間映射關係與CAN時間資訊，記錄資料封包的主機時間資訊的示意圖。請參照圖1至圖3，主機裝置12可根據主機時間資訊TP(1)、CAN時間資訊TC(1)、主機時間資訊TP(2)、CAN時間資訊TC(2)及資料封包PN(k)的CAN時間資訊TC(k)決定主機時間資訊TP(k)。主機時間資訊TP(k)可反映當CAN裝置11(1)接收到資料封包PN(k)時，此時的主機裝置12的時鐘所指示的時間。

在一實施例中，主機裝置12可根據主機時間資訊TP(1)、CAN時間資訊TC(1)、主機時間資訊TP(2)及CAN時間資訊TC(2)，將CAN時間資訊TC(k)映射至主機時間資訊TP(k)。在一實施例中，主機裝置12可獲得CAN時間資訊TC(k)相較於CAN時間資訊TC(1)與TC(2)的至少其中之一的偏移時間資訊。然後，主機裝置12可根據主機時間資訊TP(1)、主機時間資訊TP(2)及此偏移時間資訊獲得主機時間資訊TP(k)。

在一實施例中，主機裝置12可根據CAN時間資訊TC(1)、TC(2)及TC(k)獲得差值r(1)與r(2)。差值r(1)反映CAN時間資訊TC(1)與TC(k)之間的時間差(例如r(1)=TC(k)-TC(1))。差值r(2)反映CAN時間資訊TC(k)與TC(2)之間的時間差(例如r(2)=TC(2)-TC(k))。差值r(1)及/或r(2)可為所述偏移時間資訊。主機裝置12可根據差值r(1)與r(2)的比值(或者差值r(1)與(r(1)+r(2))的比值)來在主機時間資訊TP(1)與TP(2)之間決定主機時間資訊TP(k)。

須注意的是，主機時間資訊TP(1)與所決定的主機時間資訊TP(k)之間具有差值r(3)，且主機時間資訊TP(2)與所決定的主機時間資訊TP(k)之間具有差值r(4)。差值r(3)反映主機時間資訊TP(1)與TP(k)之間的時間差(例如r(3)=TP(k)-TP(1))。差值r(4)反映主機時間資訊TP(k)與TP(2)之間的時間差(例如r(4)=TP(2)-TP(k))。差值r(3)與r(4)之間的比值可相同(或實質相同)於差值r(1)與r(2)之間的比值。

在一實施例中，主機裝置12可獲得主機時間資訊TP(1)與TP(2)之間的時間差Td。主機裝置12可將時間差Td乘上(r(1)/(r(1)+r(2)))獲得差值r(3)。然後，主機裝置12可將主機時間資訊TP(1)加上差值r(3)以獲得主機時間資訊TP(k)。須注意的是，主機裝置12還可藉由其他的邏輯運算方法來獲得主機時間資訊TP(k)，只要符合上述數值比例之規範即可。

在一實施例中，主機裝置12可將所獲得的資料封包PN(k)的主機時間資訊TP(k)藉由主機裝置12的顯示器呈現。藉此，主機裝置12的操作者可以根據主機裝置12的顯示器所呈現的訊息清楚得知資料封包PN(k)是在主機裝置12的時鐘所指示的時間點TP(k)被CAN裝置11(1)接收。此外，主機裝置12的應用程式可根據同步後的主機時間資訊TP(k)來對資料封包PN(k)進行處理。

圖4是根據本發明的一實施例所繪示的時間同步方法的流程圖。請參照圖4，在步驟S401中，在CAN系統中的CAN裝置的測試模式下，建立所述CAN裝置與主機裝置之間的時間映射關係。在步驟S402中，在所述CAN裝置的正常模式下，從所述CAN裝置讀取至少一資料封包的CAN時間資訊。在步驟S403中，根據所述時間映射關係與所述CAN時間資訊，記錄所述至少一資料封包的主機時間資訊。

圖5是根據本發明的一實施例所繪示的時間同步方法的流程圖。請參照圖5，在步驟S501中，將CAN裝置設定為測試模式。在步驟S502中，在所述CAN裝置中建立接收器排程(receiver thread)。在步驟S503中，從主機裝置送出測試封包並記錄封包送出時的時間。在步驟S504中，從主機裝置的接收器排程接收從所述CAN裝置返回的測試封包並記錄主機裝置與所述CAN裝置分別接收到此測試封包的時間。在步驟S505中，根據步驟S503與S504所記錄的時間記錄測試封包的主機時間資訊以及測試封包的CAN時間資訊。例如，圖5的流程與相關操作可於圖2中的時間範圍21與23內執行。

圖6是根據本發明的一實施例所繪示的時間同步方法的流程圖。請參照圖6，在步驟S601中，將CAN裝置設定為正常模式。在步驟S602中，建立一記錄檔。在步驟S603中，從所述CAN裝置讀取至少一資料封包以及與所述至少一資料封包相關的CAN資訊，並將這些資訊記載於所述記錄檔。例如，圖6的流程與相關操作可於圖2中的時間範圍22內執行。

圖7是根據本發明的一實施例所繪示的時間同步方法的流程圖。請參照圖7，在步驟S701中，開啟所述記錄檔。在步驟S702中，從所述記錄檔中讀取所述至少一資料封包的CAN資訊，包含CAN時間資訊。在步驟S703中，根據所建立的時間映射關係與所述CAN資訊記錄所述至少一資料封包的主機時間資訊。例如，圖7的步驟S703可參照圖3的實施例之說明，在此不重複贅述。

然而，圖4至圖7中各步驟已詳細說明如上，在此便不再贅述。值得注意的是，圖4至圖7中各步驟可以實作為多個程式碼或是電路，本發明不加以限制。此外，圖4至圖7的方法可以搭配以上範例實施例使用，也可以單獨使用，本發明不加以限制。

綜上所述，在CAN裝置的測試模式下，CAN裝置與主機裝置之間的時間映射關係可被建立。此外，在CAN裝置的正常模式下，至少一資料封包的CAN時間資訊可從CAN裝置中讀取。根據所述時間映射關係與所述CAN時間資訊，所述至少一資料封包的主機時間資訊可被記錄，使得所述至少一資料封包的接收時間與主機裝置的時間進行同步。藉此，可有效改善以往CAN裝置的時鐘與主機裝置的時鐘之間在時間上不同步而衍生的問題(例如主機裝置的應用程式對資料封包的接收時間及/或順序發生誤判)。

100:時間同步系統 10:控制器區域網路(CAN)系統 11(1)~11(n):CAN裝置 12:主機裝置 21、22、23:時間範圍 PT(1)、PT(2):測試封包 PN(k):資料封包 TP(1)、TP(2)、TP(k):主機時間資訊 TC(1)、TC(2)、TC(k):CAN時間資訊 r(1)、r(2)、r(3)、r(4):差值 S401~S403、S501~S505、S601~S603、S701~S703:步驟

圖1是根據本發明的一實施例所繪示的時間同步系統的示意圖。圖2是根據本發明的一實施例所繪示的建立第一CAN裝置與主機裝置之間的時間映射關係的示意圖。圖3是根據本發明的一實施例所繪示的根據時間映射關係與CAN時間資訊，記錄資料封包的主機時間資訊的示意圖。圖4是根據本發明的一實施例所繪示的時間同步方法的流程圖。圖5是根據本發明的一實施例所繪示的時間同步方法的流程圖。圖6是根據本發明的一實施例所繪示的時間同步方法的流程圖。圖7是根據本發明的一實施例所繪示的時間同步方法的流程圖。

S401~S403:步驟

Claims

一種時間同步方法，用於一控制器區域網路(Controller Area Network, CAN)系統，該時間同步方法包括：在該CAN系統中的一CAN裝置的一測試模式下，建立該CAN裝置與一主機裝置之間的一時間映射關係；在該CAN裝置的一正常模式下，從該CAN裝置讀取至少一資料封包的CAN時間資訊；以及根據該時間映射關係與該CAN時間資訊，記錄該至少一資料封包的一主機時間資訊。
如申請專利範圍第1項所述的時間同步方法，其中在該控制器區域網路系統中的該CAN裝置的該測試模式下，建立該CAN裝置與該主機裝置之間的該時間映射關係的步驟包括：將該CAN裝置設定為一第一測試模式；在該第一測試模式下，發送一第一測試封包至該CAN裝置並記錄該第一測試封包的一第一主機時間資訊與該第一測試封包的一第一CAN時間資訊；控制該CAN裝置從該第一測試模式切換至該正常模式；在從該CAN裝置讀取該至少一資料封包的該CAN時間資訊後，將該CAN裝置設定為一第二測試模式；以及在該第二測試模式下，發送一第二測試封包至該CAN裝置並記錄該第二測試封包的一第二主機時間資訊與該第二測試封包的一第二CAN時間資訊。
如申請專利範圍第2項所述的時間同步方法，其中記錄該第一測試封包的該第一主機時間資訊的步驟包括：根據該主機裝置發送該第一測試封包的時間與該主機裝置接收經由該CAN裝置送回該主機裝置的該第一測試封包的時間決定該第一主機時間資訊。
如申請專利範圍第2項所述的時間同步方法，其中根據該時間映射關係與該CAN時間資訊，記錄該至少一資料封包的該主機時間資訊的步驟包括：根據該第一主機時間資訊、該第一CAN時間資訊、該第二主機時間資訊及該第二CAN時間資訊，將該至少一資料封包的該CAN時間資訊映射至該至少一資料封包的該主機時間資訊。
如申請專利範圍第4項所述的時間同步方法，其中根據該第一主機時間資訊、該第一CAN時間資訊、該第二主機時間資訊及該第二CAN時間資訊，將該至少一資料封包的該CAN時間資訊映射至該至少一資料封包的該主機時間資訊的步驟包括：獲得該CAN時間資訊相較於該第一CAN時間資訊與該第二CAN時間資訊的至少其中之一的一偏移時間資訊；以及根據該第一主機時間資訊、該第二主機時間資訊及該偏移時間資訊獲得該至少一資料封包的該主機時間資訊。
一種時間同步系統，包括：一主機裝置；以及至少一CAN裝置，包括一第一CAN裝置並耦接至該主機裝置，其中該主機裝置用以在該第一CAN裝置的一測試模式下，建立該第一CAN裝置與該主機裝置之間的一時間映射關係，該主機裝置更用以在該第一CAN裝置的一正常模式下，從該第一CAN裝置讀取至少一資料封包的CAN時間資訊，並且該主機裝置更用以根據該時間映射關係與該CAN時間資訊，記錄該至少一資料封包的一主機時間資訊。
如申請專利範圍第6項所述的時間同步系統，其中該主機裝置在該控制器區域網路系統中的該第一CAN裝置的該測試模式下，建立該第一CAN裝置與該主機裝置之間的該時間映射關係的操作包括：將該第一CAN裝置設定為一第一測試模式；在該第一測試模式下，發送一第一測試封包至該第一CAN裝置並記錄該第一測試封包的一第一主機時間資訊與該第一測試封包的一第一CAN時間資訊；控制該第一CAN裝置從該第一測試模式切換至該正常模式；在從該第一CAN裝置讀取該至少一資料封包的該CAN時間資訊後，將該第一CAN裝置設定為一第二測試模式；以及在該第二測試模式下，發送一第二測試封包至該第一CAN裝置並記錄該第二測試封包的一第二主機時間資訊與該第二測試封包的一第二CAN時間資訊。
如申請專利範圍第7項所述的時間同步系統，其中該主機裝置記錄該第一測試封包的該第一主機時間資訊的操作包括：根據該主機裝置發送該第一測試封包的時間與該主機裝置接收經由該第一CAN裝置送回該主機裝置的該第一測試封包的時間決定該第一主機時間資訊。
如申請專利範圍第7項所述的時間同步系統，其中該主機裝置根據該時間映射關係與該CAN時間資訊，記錄該至少一資料封包的該主機時間資訊的操作包括：根據該第一主機時間資訊、該第一CAN時間資訊、該第二主機時間資訊及該第二CAN時間資訊，將該至少一資料封包的該CAN時間資訊映射至該至少一資料封包的該主機時間資訊。
如申請專利範圍第9項所述的時間同步系統，其中該主機裝置根據該第一主機時間資訊、該第一CAN時間資訊、該第二主機時間資訊及該第二CAN時間資訊，將該至少一資料封包的該CAN時間資訊映射至該至少一資料封包的該主機時間資訊的操作包括：獲得該CAN時間資訊相較於該第一CAN時間資訊與該第二CAN時間資訊的至少其中之一的一偏移時間資訊；以及根據該第一主機時間資訊、該第二主機時間資訊及該偏移時間資訊獲得該至少一資料封包的該主機時間資訊。