CN105099596A - 一种***内高精度时间同步方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种***内高精度时间同步装置及方法，同步装置包括同步参考时钟(Clock_master)、主***时钟发送模块、若干子***时间同步模块，其特征在于：同步参考时钟(Clock_master)分别与主***时钟发送模块、若干子***时间同步模块相连，主***时钟发送模块分别与若干子***时间同步模块相连。本发明采用曼彻斯特码传输主***的时间信息以及控制信息，每秒传输一次准秒时间，各个子***接收到曼彻斯特码后进行解码，恢复出时间信息和控制信息，补偿传输延迟后，将子***的时间校准到主***的时间，这样就可以实时动态的保持***内各个子***整秒时间的一致性。同步时钟作为子***秒内计时参考，使各个子***秒内时间也保持一致。

Description

一种***内高精度时间同步方法及装置
技术领域
本发明涉及一种***内高精度时间同步方法及装置，可以应用于所有对时间同步精度要求比较高的多装置大***领域。
背景技术
一般的***间时间同步的方案是主时钟***和子***时钟分别计时，两者之间通过软件计算进行信息的交互达到对时的目的，这样对时的实时性不高，而且实现起来比较复杂，需要软件参与，对时精度也不够高。曼彻斯特码是一种同步时钟编码技术，用电平跳变来表示1或者0编码，其变化规律简单，每个码元均用两个不同相位的电平信号表示，可以防止时钟同步的丢失，编码和解码都比较容易实现，很适合用在对时***中。
发明内容
本发明的目的提供一种***内高精度时间同步方法及装置，本发明采用曼彻斯特码传输主***时钟的时间信息以及控制信息，每秒传输一次准秒时间，各个子***接收到曼彻斯特码后进行解码，恢复出时间信息和控制信息，补偿传输延迟后，将子***的时间校准到主***时钟的时间，这样就可以实时动态的保持***内各个子***整秒时间的一致性。同步时钟作为子***秒内计时参考，使各个子***秒内时间也保持一致。
本发明的技术方案为：
一种***内高精度时间同步装置，包括同步参考时钟(Clock_master)、主***时钟发送模块、若干子***时间同步模块，其特征在于：同步参考时钟(Clock_master)分别与主***时钟发送模块、若干子***时间同步模块相连，主***时钟发送模块分别与若干子***时间同步模块相连，
所述主***时钟发送模块由循环冗余校验码(CRC)模块和曼彻斯特编码模块组成，所述子***时间同步模块由信息解码模块和时间调整模块组成，主***接收到参考时钟的时间信息后调整主***本地的时间作为主***时钟的时间信息，并将主***时钟的时间信息和与子***交互的控制信息进行组包发送给循环冗余校验码(CRC)模块，经循环冗余校验码(CRC)模块添加CRC校验位，再一起发送给曼彻斯特编码模块，经曼彻斯特编码模块一起进行曼彻斯特编码，将编码后的曼彻斯特码元发送给各子***时间同步模块，各子***时间同步模块的信息解码模块，实现曼彻斯特码的解码，恢复出主***时钟的时间信息和子***交互的控制信息，对其进行循环冗余校验码(CRC)检测，排除CRC错误的时间信息，同时也排除一些明显错误的时间信息，并对筛选后的时间信息进行传输延迟的补偿，将补偿后的时间作为子***时间的参考时间；时间调整模块实现子***时间的调整。
利用一种***内高精度时间同步装置的同步方法，其特征在于按以下步骤进行：(1)主***接收到参考时钟源(IRIG_B码、GPS、BD、原子钟等)的时间信息后调整主***本地的时间作为主***时钟的时间信息，也是各子***时间校正的同步参考时间；主***时钟发送模块将所述主***的时间信息和与子***交互的控制信息进行组包，添加CRC校验位一起进行曼彻斯特编码；与曼彻斯特码一起发送给个子***的还有同步参考时钟(Clock_master),该参考时钟用于子***的计时时钟频率调整；(2)各个子***接收到带有主***时间信息的曼彻斯特码后，通过解码恢复出时间信息，依此来进行子***时间的同步；(3)各个子***接收到同步的参考时钟(Clock_master)后，将各个子***计时时钟与同步的参考时钟进行比较，对因时钟频率的不一致而产生的时间误差进行调整，防止各个子***时钟发生较大的跳变，保证秒内计时的精准。
本发明的优势：
1.曼彻斯特码用于传输相位信息，同步时钟用于传输频率信息；采用自同步编码方式的曼彻斯特码周期性传输时间信息，可靠性高；
2.各个子***实时的接收主***时钟发送过来的时间信息，可以保持各子***与主***时钟时间的快速跟随性；
3.可对子***接收的时间信息进行传输延迟和硬件延时的补偿，提高对时的精度；
4.可以随时间信息一起采用曼彻斯特码传输控制信息，加强主***和各子***的信息交互；
5.对发送和接收的曼彻斯特码进行CRC校验，排除错误时间信息对子***的干扰，提高了时间的准确性。
附图说明
图1为本发明的基于曼彻斯特码传输的时间同步示意图。
图2为本发明的主***时钟发送模块示意图。
图3为本发明的子***时间同步模块示意图。
图4a为本发明的子***时钟与参考时钟一致的理想状态示意图。
图4b为本发明的子***时钟与参考时钟偏大状态下调整原理图。
图4c为本发明的子***时钟与参考时钟偏小状态下调整原理图。
具体实施方式
结合附图对本发明作进一步的描述。
如图1所示，本发明包括同步参考时钟(Clock_master)、主***时钟发送模块、若干子***时间同步模块，其特征在于：同步参考时钟(Clock_master)分别与主***时钟发送模块、若干子***时间同步模块相连，主***时钟发送模块分别与若干子***时间同步模块相连，
所述主***时钟发送模块由循环冗余校验码(CRC)模块和曼彻斯特编码模块组成，所述子***时间同步模块由信息解码模块和时间调整模块组成，主***接收到参考时钟源的时间信息后调整主***本地的时间作为主***的时间信息，并将主***的时间信息和与子***交互的控制信息进行组包发送给循环冗余校验码(CRC)模块，经循环冗余校验码(CRC)模块添加CRC校验位，再一起发送给曼彻斯特编码模块，经曼彻斯特编码模块一起进行曼彻斯特编码，将编码后的曼彻斯特码元发送给各子***时间同步模块，各子***时间同步模块的信息解码模块，实现曼彻斯特码的解码，恢复出主***时钟的时间信息和与子***交互的控制信息，对其进行循环冗余校验码(CRC)检测，排除CRC错误的时间信息，同时也排除一些明显错误的时间信息，并对筛选后的时间信息进行传输延迟的补偿，将补偿后的时间作为子***时间的参考时间；时间调整模块实现子***时间的调整。
本发明仅仅只采用硬件实现，子***实时的接收主***时钟发送过来的时间信息，可以动态的跟随主***时钟时间而变化，为了提高对时的精度，对传输过程中的延迟也会进行补偿。另外，为了保证时间调整的平滑性，主***时钟也会下发一个高稳定性的时钟(主时钟计时同源时钟)，子***会在计时的过程中进行内部自调整，消除两者之间因异步时钟计时带来的误差，进一步提高了对时的精度。而且采用硬件实现，用125MHz的时钟频率进行计时，最小时间单位可以达到8ns，整个***的对时精度可以达到正负8ns。
曼彻斯特码是一种同步时钟编码技术，用电平跳变来表示1或者0编码，其变化规律简单，每个码元均用两个不同相位的电平信号表示，可以防止时钟同步的丢失，编码和解码都比较容易实现，很适合用在对时***中。本发明采用曼彻斯特码传输主***时钟的时间信息以及控制信息，每秒传输一次准秒时间，各个子***接收到曼彻斯特码后进行解码，恢复出时间信息和控制信息。补偿传输延迟后，将子***的时间校准到主***时钟的时间，这样就可以实时动态的保持***内各个子***整秒时间的一致性。
同步时钟作为子***秒内计时参考，使各个子***秒内时间也保持一致。
主***时钟发送：首先主***接收到参考时钟源的时间信息后调整本地的时间，这个时间就是主***时钟的时间，也是各子***时间校正的同步参考时间。如图2所示，为主***时钟发送模块，将同步参考时间信息和控制信息进行组包，添加CRC校验位(循环冗余校验码模块产生，可以选择8位、16位CRC)一起进行曼彻斯特编码。
各个子***接收到带有主***时间信息的曼彻斯特码后，需对其进行解码恢复出时间信息，依此来进行子***时间的同步。如图3所示，该模块包括2个部分：
如图3所示，信息解码模块实现曼彻斯特码的解码，恢复出主时钟的时间信息，对其时间进行循环冗余校验码(CRC)检测，排除CRC错误的时间信息，同时也排除一些明显错误的时间信息(两个时间之间间隔远大于1秒或者远小于1s，后面的时间比前面时间还小)，最后对筛选后的时间信息进行传输延迟的补偿，将补偿后的时间作为子***时间同步的参考时间；
如图3所示，时间调整模块实现子***时间的调整，由于各***时间要与主***时钟时间保持同步，所以要在接收到筛选后的时间的时刻，用筛选后的主***时间覆盖此时的子***时间，以此时间作为子***计时的起点时刻。由于主***和子***的计时时钟有可能存在偏差，在计时的过程中也会存在偏差，所以还需给各子***提供一个稳态的同步参考时钟(Clock_master)，各子***在计时过程中自动的对因时钟的不同而造成的偏差进行补偿，进一步提高对时精度，具体调整原理请参照下面时钟调整原理部分；
如图4a、图4b、图4c所示，为具体时钟调整原理图。由于硬件的原因，子***计时时钟与主***时钟存在偏差，在对子***时钟进行调整的两个间隙间，因为这个偏差的存在也会造成时钟的误差，所以需要在计时的过程中，进行自调整，消除因时钟的不同而带来的误差。Clock_master为主***下发的同步参考时钟，用子***的计时时钟对其每个周期(两上升沿之间)进行计数。如图4a所示，在理想状态下，假设计数值应该为5，如果子***时钟周期偏大，则在两个上升沿之间的计数会少于5，如图4b所示，图中示例为4，在这种情况下需要在Clock_master的上升沿多计时一次，将少计数掉的一个周期时间补偿上去，如果子***时钟周期更加偏大，两个上升沿之间计数为3，则要在Clock_master的上升沿多计时两次；如果子***时钟周期偏小，则在两个上升沿之间计数会多于5，如图4c所示，图中示例为6，在这种情况下需要在Clock_master的上升沿停留少计数一次，如果计数为7，则需要在Clock_master的上升沿往前计数一次(减去1)。采用这种方式，可以在计数过程中自调整时间，可以避免因长时间的累加计时而造成很大的时间偏差，导致在跟随主***时钟进行时间调整的时候跳动过大，因而可以避免子***时间的突变。

Claims (2)

1.一种***内高精度时间同步装置，包括同步时钟参考(Clock_master)、主***时钟发送模块、若干子***时间同步模块，其特征在于：同步参考时钟(Clock_master)分别与主***时钟发送模块、若干子***时间同步模块相连，主***时钟发送模块分别与若干子***时间同步模块相连，
所述主***时钟发送模块由循环冗余校验码(CRC)模块和曼彻斯特编码模块组成，所述子***时间同步模块由信息解码模块和时间调整模块组成，主***接收到参考时钟源的时间信息后调整主***本地的时间作为主***的时间信息，并将主***的时间信息和与子***交互的控制信息进行组包发送给循环冗余校验码(CRC)模块，经循环冗余校验码(CRC)模块添加CRC校验位，再一起发送给曼彻斯特编码模块，经曼彻斯特编码模块一起进行曼彻斯特编码，将编码后的曼彻斯特码元发送给各子***时间同步模块，各子***时间同步模块的信息解码模块，实现曼彻斯特码的解码，恢复出主***的时间信息和与子***交互的控制信息，对其进行循环冗余校验码(CRC)检测，排除CRC错误的时间信息，同时也排除一些明显错误的时间信息，并对筛选后的时间信息进行传输延迟的补偿，将补偿后的时间作为子***时间的参考时间；时间调整模块实现子***时间的调整。
2.利用一种***内高精度时间同步装置的同步方法，其特征在于按以下步骤进行：(1)主***接收到参考时钟源的时间信息后调整主***本地的时间作为主***的时间信息，也是各子***时间校正的同步参考时间；主***时钟发送模块将所述主***时钟的时间信息和子***交互的控制信息进行组包，添加CRC校验位一起进行曼彻斯特编码；与曼彻斯特码一起发送给个子***的还有同步的参考时钟(Clock_master),该参考时钟用于子***的计时时钟频率的调整，提高秒内计时的精度；(2)各个子***接收到带有主***时间信息的曼彻斯特码后，需对其进行解码恢复出时间信息，依此来进行子***时间的同步；(3)各个子***接收到同步的参考时钟(Clock_master)后，将各个子***计时时钟与该同步参考时钟进行比较，对因时钟频率的不一致而产生的时间误差进行调整，防止各个子***时钟发生较大的跳变，保证秒内计时的精准。
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