CN114567406A - 一种时钟同步装置和电子设备 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例公开了一种时钟同步装置和电子设备。其中时钟同步装置包括：时钟***和多个处理器，时钟***与各处理器连接；时钟***的工作周期包括同步时间段和空闲时间段，并在每一所述同步时间段内向各处理器同步发送授时信号；所述处理器根据接收到的授时信号进行时间校正，并在所述时钟***的空闲时间段内基于校正后的时间信息进行内部时钟计时。通过设置时钟***，可生产统一的时间信息，将同一的时间信息形成授时信号，将该授时信号同步发送至与时钟***连接的每一处理器，以使各处理器可同步接收到授时信号，对本地时间信息进行校正，实现了多个处理器的时间同步，避免了多个处理器时间不同步影响所属***或电子设备无法正常运行的情况。
Description
技术领域
本发明实施例涉及时钟同步技术领域，尤其涉及一种时钟同步装置和电子设备。
背景技术
随着自动化技术的不断发展，诸如机器人的自动化电子设备被用于在多个领域中，以替代人工操作，尤其是在恶劣的工作环境下，加快工作效率，减少对操作人员的损害。
但是在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术中至少存在以下技术问题：很多电子设备中各模块在进行数据处理以及数据传输的过程中，遇到堵塞或者模块内部处于饱和处理状态，导致响应存在较长延时的情况，影响电子设备的正常运行。
发明内容
本发明实施例提供一种时钟同步装置和电子设备，以对电子设备中的各模块进行时间同步，以解决各模块间的时间不同步和数据延迟。
第一方面，本发明实施例提供了一种时钟同步装置，包括：时钟***和多个处理器，所述时钟***与各处理器连接；
所述时钟***的工作周期包括同步时间段和空闲时间段，并在每一所述同步时间段内向各处理器同步发送授时信号；
所述处理器根据接收到的授时信号进行时间校正，并在所述时钟***的空闲时间段内基于校正后的时间信息进行内部时钟计时。
可选的，所述时钟***包括时钟源和状态监测模块；
所述状态监测模块用于在每个周期的同步时间段内监测各处理器的工作状态，并在各处理器的工作状态均为空闲状态的情况下，向时钟源发送触发信号；
所述时钟源响应于所述触发信号向各所述处理器同步发送授时信号。
可选的，任一所述处理器，用于将接收的授时信号校正当前时间信息，并基于校正后的时间信息进行计时。
可选的，任一所述处理器还用于：在生成数据包后，对生成的数据添加基准时间戳，将基于携带基准时间戳的数据包进行传输。
可选的，任一所述处理器还用于：在接收到数据包时，获取所述数据包的接收时间戳，基于所述接收时间戳与所述数据包中携带的基准时间戳对所述数据包进行有效性验证。
可选的，所述任一所述处理器还用于：基于所述接收时间戳与所述数据包中携带的基准时间戳确定数据延迟时长；
若所述数据延迟时长小于延迟阈值，则确定所述数据包为有效数据包；
若所述数据延迟时长大于所述延迟阈值，则确定所述数据包为无效数据包，并丢弃所述无效数据包。
可选的，所述延迟阈值基于所述延迟阈值范围所属的电子设备的移动速度确定。
可选的，所述时钟***与所述处理器通过串口连接，各所述处理器之间通过以太网或CAN总线连接。
第二方面，本发明实施例还提供了一种电子设备，包括如权利要求1-8任一所述的时钟同步装置。
可选的，所述电子设备为巡检机器人。
本实施例提供的技术方案，通过设置时钟***，可生产统一的时间信息，将同一的时间信息形成授时信号，将该授时信号同步发送至与时钟***连接的每一处理器，以使各处理器可同步接收到授时信号，对本地时间信息进行校正，实现了多个处理器的时间同步，避免了多个处理器时间不同步影响所属***或电子设备无法正常运行的情况。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种时钟同步装置的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的时钟***的工作周期的示意图；
图3是本发明实施例提供的一种数据包的示意图；
图4是本发明实施例提供的时钟同步装置的工作流程示意图；
图5是本发明实施例提供的一种电子设备的结构示意图；
图6是本发明实施例提供的一种巡检机器人的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
图1为本发明实施例提供的一种时钟同步装置的结构示意图。该时钟同步装置包括：时钟***110和多个处理器120，时钟***110与各处理器120连接；时钟***110的工作周期包括同步时间段和空闲时间段，并在每一所述同步时间段内向各处理器120同步发送授时信号；处理器120根据接收到的授时信号进行时间校正，并在所述时钟***的空闲时间段内基于校正后的时间信息进行内部时钟计时。
本实施例中，时钟同步装置可集成在电子设备中，可选的，电子设备为可移动电子设备，示例性的，电子设备可以包括但不限于巡检机器人、运输机器人、建筑抹平机器人以及自动驾驶车辆等，对此不作限定。对于可移动的电子设备，在电子设备的移动过程中，数据不同步和数据延迟可能会导致指令错误，进而导致电子设备的执行错误，影响电子设备的正常运行。
针对上述技术问题，通过时钟***110对电子设备中的多个处理器120进行时钟同步，为各处理器120同步提供标准时间信息。其中，处理器为电子设备内部的部件，具有数据处理功能和/或控制功能的部件，不同电子设备中处理器的类型和数量可以不同，对处理器的类型和数量均不限定。本实施例中的处理器为存在时钟同步需求的部件，可根据电子设备中各部件的功能和需求确定。可选的，处理器可以包括但不限于底盘控制器、本体控制器、图像触控模块、点击控制器、传感器信号处理模块、电源控制模块、光源控制模块等的一项或多项。
上述任意处理器可以与一个或多个处理器连接，上述任意处理器之间的连接可以是以太网连接或者CAN(Controller Area Network，控制器局域网络)总线连接。
时钟***110可生成标准时间信息，即授时信号，该授时信号可以是时钟***110在信息发送时刻的标准时间信息。在一些实施例中时钟***110可包括时钟源。时钟***110与每一处理器120之间通过串口连接，串口连接的方式可减少授时信号在传输过程在时间延迟。同时时钟***110与每一处理器120的连接方式相同，保证了发送至每一处理器120的授时信号的传输时间相同或相近，减少了不同处理器120接收到授时信号的时间差。
通过串口连接的方式向每一处理器同步发送授时信号，以保证各处理器120可同步接收到授时信号，每一处理器120基于该授时信号对本地的时间信息进行校正，以保证各个处理器120校正后的时间信息处于同步状态。其中，每一处理器120基于该授时信号对本地的时间信息进行校正可以是，基于授时信号中的时间信息替换本地的时间信息。
任一处理器120，用于将接收的授时信号校正当前时间信息，并基于校正后的时间信息进行内部时钟计时，即在时钟***的空闲时间段内基于校正后的时间信息进行内部时钟计时，直到接收到下一授时信号。
本实施例提供的技术方案，通过设置时钟***，可生产统一的时间信息，将同一的时间信息形成授时信号，将该授时信号同步发送至与时钟***连接的每一处理器，以使各处理器可同步接收到授时信号，对本地时间信息进行校正，实现了多个处理器的时间同步，避免了多个处理器时间不同步影响所属***或电子设备无法正常运行的情况。
在上述实施例的基础上，时钟***110在满足时钟同步条件的情况下，向各处理器120同步发送授时信号。其中，时钟同步条件可以是时钟***110的工作周期，时钟***110的工作周期包括同步时间段和空闲时间段，空闲时间段的时长大于同步时间段的时长。在当前时间处于同步时间段的情况下，时钟***110满足时钟同步条件，在当前时间处于空闲时间段的情况下，时钟***110不满足时钟同步条件。
时钟***110在每个周期的同步时间段，向各处理器同步发送授时信号。具体的，时钟***110在每个周期的同步时间段中的任意时刻，向各处理器同步发送授时信号。示例性的，参见图2，图2是本发明实施例提供的时钟***的工作周期的示意图。每一个工作周期的时长为T，同步时间段的时长为t1，空闲时间段的时长为t2。在一些实施例中，时钟***110的工作周期可以是半小时或1小时等，对此不作限定。
其中，时钟***110的工作周期可根据时钟同步需求确定，时钟同步需求可以包括但不限于电子设备的处理精度和各处理器的自动计时的准确度中的一项或多项，其中，时钟***110的工作周期与电子设备的处理精度负相关，时钟***110的工作周期与各处理器的自动计时的准确度正相关。示例性的，电子设备的处理精度越高，时钟***110的工作周期可以越短，处理器的自动计时的准确度越低，时钟***110的工作周期可以越短。在一些实施例中，时钟***110的工作周期中的空闲时间段可根据各处理器的自动计时的偏差确定。可选的，获取每一处理器的计时时长与计时偏差的对应关系，例如可以是计时时长与计时偏差的对应曲线，基于预先确定的偏差阈值，确定偏差阈值对应的每一处理器的计时时长，将最小的计时时长确定为空闲时间段的时长。可选的，获取预先确定的偏差阈值，对每一处理器进行自动计时，并实时确定每一处理器的自动计时偏差，将首个自动计时偏差达到偏差阈值的处理器的计时时长，确定为空闲时间段的时长。基于空闲时间段的时长和同步时间段的时长可确定时钟***110的工作周期。
本实施例提供，通过周期性的对各处理器120进行时钟同步，避免对各处理器120的频繁干扰，以保证处理器120的正常运行，进而保证处理器120所属***或电子设备的正常运行。
在一些实施例中，时钟同步条件还可以是各处理器120的工作状态。为例保证各处理器120的时间同步，每一处理器120在接收到授时信号时，立即执行对本地时间信息的校正，避免时间延迟导致的时间不同步的情况。但是由于处理器120的工作状态包括空闲状态和非空闲状态，在处理器120处于非空闲状态需中断正在执行的任务，以进行本地时间信息的校正，影响了处理器120的正常运行。
本实施例中，在进行时间同步的各个处理器120的工作状态均处于空闲状态的情况下，时钟***110满足时钟同步条件，在进行时间同步的任一处理器120的工作状态处于非空闲状态的情况下，时钟***110不满足时钟同步条件。在一些实施例中，在同步时间段内，且进行时间同步的各个处理器120的工作状态均处于空闲状态的情况下，时钟***110向各处理器同步发送授时信号。
可选的，时钟***110包括时钟源和状态监测模块，其中，状态监测模块用于监测各处理器的工作状态，并在各处理器的工作状态均为空闲状态的情况下，向时钟源发送触发信号；时钟源响应于触发信号向各处理器同步发送授时信号。
其中，状态监测模块可以是与各处理器串口连接，接收各处理器120发送的状态标识，其中，每一处理器120在检测到工作状态发生变化时，向状态监测模块发送切换后的工作状态对应的状态标识，其中，状态标识包括空闲标识和非空闲标识，例如空闲标识可以是1，非空闲标识可以是0。状态监测模块接收并存储各处理器120发送的状态标识，并在接收到任一处理器120发送的最新状态标识时，基于最新状态标识更新原状态标识。在进行时间同步的各个处理器120的状态标识均为空闲标识的情况下，生成触发信号，并发送到时钟源，钟源响应于触发信号向各处理器同步发送授时信号，以保证每一个处理器120在空闲状态下接收到授时信号，在不中断处理任务的情况下，保证本地时间信息的准确性，同时保证了不同处理器的时间同步。
在一些实施例中，时钟同步条件可以是各处理器120的工作状态和时钟***110的工作周期。在当前时间处于同步时间段，且进行时间同步的各个处理器120的工作状态均处于空闲状态的情况下，时钟***110满足时钟同步条件，在当前时间处于空闲时间段，或者进行时间同步的任一处理器120的工作状态处于非空闲状态的情况下，时钟***110不满足时钟同步条件。
相应的，状态监测模块用于在每个工作周期的同步时间段内监测各处理器的工作状态，并在各处理器的工作状态均为空闲状态的情况下，向时钟源发送触发信号；时钟源响应于触发信号向各处理器同步发送授时信号。
本实施例的技术方案，通过在满足各处理器的工作状态和时钟***的工作周期的情况下，对各处理器进行时钟同步，避免了对处理器的频繁时钟同步，同时避免了对处理器的正常运行的干扰。
在上述实施例的基础上，不同处理器之间存在数据传输，在数据处理过程中存在由于处理速度慢或者处理数据量大等问题导致的时间延迟，或者在数据传输过程中存在由于传输堵塞等问题导致的时间延迟。可选的，任一处理器120还用于：在生成数据包后，对生成的数据添加基准时间戳，将基于携带基准时间戳的数据包进行传输。
其中，不同处理器生成的数据包不同，可以是基于处理器的传输方式确定，处理器可以是基于以太网或CAN总线连接，即传世方式可以是以太网传输或者CAN总线传输。同一处理器120可以与多个处理器连接，该处理器120可根据数据内容的传输目标，确定与传输目标之间的传输方式。
根据传输方式生成对应的数据包，具体的，基于传输协议对待传输的数据内容生成对应的数据包，例如以太网数据包或者CAN数据包。其中，不同处理器进行传输的数据内容不同，其中，图像处理模块传输的数据内容可以是图像或者图像处理结果，该图像处理结果可以是图像识别结果等；传感器信号处理模块传输的数据内容可以是处理后的传感器信号。各处理器120分别设置有数据内容的打包规则，以及传输协议，用于对处理得到数据内容进行打包，得到符合传输协议的数据包。
数据包的基准时间戳可以是该数据包的发送时间戳，即数据包的发送时刻，处理器120中的时间信息，还可以是处理器120接收到该数据包中数据内容对应的未处理数据内容的接收时间戳，即该未处理数据内容的接收时刻，处理器120中的时间信息。
该基准时间戳基于处理器120本地的计时信息确定，该计时信息可以是基于授时信号校正得到的时间信息，还可以是在基于授时信号校正后，自动计时得到的时间信息。
对数据包添加基准时间戳，可以是将基准时间戳添加到数据包的预设位置处，该预设位置可以是传输协议中预先设置的，便于传输目标可通过解析获取添加的基准时间戳。示例性的，数据包的预设位置可以包括但不限于数据包的头部或者预设的字段中，对此不作限定。其中，不同传输方式对应的基准时间戳的设置方式可以是相同或不同的，可根据传输协议确定。
示例性的，参见图3，图3是本发明实施例提供的一种数据包的示意图。处理器120生成的原始数据包可以是未携带时间戳的以太网数据包或者CAN数据包，对每一原始数据包添加基准时间戳，该基准时间戳可以是设置在原始数据包的头部，形成时间戳数据包。
在上述实施例的基础上，任一处理器120还用于：在接收到数据包时，获取数据包的接收时间戳，基于接收时间戳与数据包中携带的基准时间戳对数据包进行有效性验证。
由于时钟同步装置设置在可移动的电子设备中，对数据的实时性要求高，当数据的延迟时长过大时，延迟的数据为无效数据，对当前的电子设备存在不良影响。本实施例中，每一处理器120对接收到的数据包进行数据解析，得到该数据包中携带的基准时间戳，基于该数据包的接收时间戳和解析得到的基准时间戳确定数据延迟时长。具体的，可以是确定接收时间戳和基准时间戳的时间差值。其中，在基准时间戳为数据包的发送时间戳的情况下，该数据延迟时长为传输过程中的传输时长，在基准时间戳为数据包中数据内容的接收时间戳的情况下，该数据延迟时长为数据内容的处理时长与传输过程中的传输时长的时间和。通过确定数据延迟时长可确定数据包的传输时长或数据处理和传输的总消耗时长，以确定该数据包是否满足电子设备的实时性要求，若是，则确定该数据包为有效数据包，若否，则确定该数据包为无效数据包。解析有效数据包中的数据内容，对该数据内容进行处理，该处理方式根据接收该数据包的处理器120确定。丢弃无效数据包，避免无效数据包导致的对电子设备的错误指令，同时减少接收数据包的处理器120对无效数据包处理过程的时间消耗和计算量消耗，保证电子设备的正常运行。
可选的，若数据延迟时长小于延迟阈值，则确定数据包为有效数据包；若数据延迟时长大于延迟阈值，则确定数据包为无效数据包，并丢弃无效数据包。其中，不同处理器120中的延迟阈值可以不同，根据数据流方向，在数据流上游的处理器中的延迟阈值可以小于在数据流下游的处理器中的延迟阈值。
在一些实施例中，同一处理器120中延迟阈值在不同状态下可以是不同的。可选的，延迟阈值基于时钟同步装置所属的电子设备的移动速度确定，其中，延迟阈值与电子设备的移动速度负相关。每一处理器120中可以是存储有多个延迟阈值，不同的延迟阈值可以是对应不同的速度范围，根据电子设备的移动速度所属的速度范围，调用对应的延迟阈值。或者，每一处理器120中可以是存储有延迟阈值与速度的映射关联，例如可以是延迟阈值与速度的映射曲线，根据电子设备的移动速度、延迟阈值与速度的映射关联确定对应的延迟阈值。
在一些实施例中，延迟阈值还可以是基于电子设备的处理精度确定。其中，电子设备可以是包括多种工作模式，示例性的，普通工作模式、高精度工作模式等，以适应不同的工作需求。相应的，不同的工作模式对应对不同的处理精度，各处理器120中可以是存储有各工作模式对应的延迟阈值，根据电子设备当前所处的工作模式，调用对应的延时阈值。
本实施例的技术方案，通过对进行传输的数据包设置基础时间戳，并基于数据包的接收时间戳对数据包进行有效性验证，实现了对数据包的延迟时长的验证，避免延迟时间过长的数据包对电子设备产生的不良干扰，同时，避免了无效数据包的处理过程导致的时间和计算量的占用，提高了电子设备运行的准确性。
在上述实施例的基础上，参见图4，图4是本发明实施例提供的时钟同步装置的工作流程示意图。其中，图4中的机器人内部模块可以是上述实施例中的任一处理器，时钟同步***为上述实施例中的时钟***。
时钟同步***在工作周期的t1时间范围内(同步时间段)同步向各机器人内部模块发送时间同步基准，即授时信号。并在时间同步基准发送完成后，进入t2时间范围的空闲状态，即空闲时间段，并在下一规则周期，再次发送时间同步基准。机器人内部模块接收到时间同步基准，并按照接收的时间同步基准进行时间校正，在时钟同步***的空闲时间段内按照校正后的时间基准，进行模块内部的时钟计时。机器人内部模块在通过CAN总线或者以太网传输数据包时，对数据包加入时间戳，即基准时间戳。机器人内部模块在接收到数据包时，根据数据包中的时间戳和数据包的接收时间戳可判断处理数据传输和数据处理的时间延时。进一步的，可根据确定的时间延时，确定是否继续处理接收到的数据包。
在上述实施例的基础上，本发明实施例还提供了一种电子设备，示例性的，参加图5，图5是本发明实施例提供的一种电子设备的结构示意图。电子设备200包括如上述任意实施例提供的时钟同步装置100。其中，电子设备200为巡检机器人。
本实施例提供的技术方案，通过在电子设备中设置时钟***，可生产统一的时间信息基准，将同一的时间信息基准形成授时信号，将该授时信号同步发送至与时钟***连接的每一处理器，以使各处理器可同步接收到授时信号，对本地时间信息进行校正，实现了多个处理器的时间同步，避免了多个处理器时间不同步影响所属***或电子设备无法正常运行的情况。
在上述实施例的基础上，本发明实施例还提供了一种电子设备的优选示例。参见图6，图6是本发明实施例提供的一种巡检机器人的结构示意图。该巡检机器人中的处理器包括安卓显示模块、图像处理模块、本体控制器、底盘控制器、监控相机、热红外相机、工业相机、传感器信号处理模块、光源控制模块、电源控制模块、电机控制模块、激光雷达和3D相机。其中，安卓显示模块、图像处理模块、本体控制器、底盘控制器、监控相机、热红外相机、工业相机通过以太网通信，传感器信号处理模块、光源控制模块、电源控制模块、电机控制模块挂载在CAN总线上，通过USB转CAN模块与底盘控制器连接，激光雷达和3D相机与底盘控制器连接。
时钟***分别与安卓显示模块、图像处理模块、本体控制器、底盘控制器、传感器信号处理模块、光源控制模块、电源控制模块和电机控制模块通过串口连接。时钟***以时间T为周期同步向各连接的模块发送授时信号，参见图2。t1时间段为授时数据发送时间段，t2时间段为空闲时间段。各模块收到授时信号时，以授时信号中的时间信息为基准校正本地的时间信息，t2时间段内按照校正后的时间，以本地内部时钟计时。
巡检机器人内部的数据传输主要由以太网总线传输和CAN总线传输构成，在以太网数据包内和can数据包内加入了时间戳，因各模块时间基准一致，当接收方收到传输的数据包时，可计算出数据包在传输过程或者数据处理过程中的延时。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。
Claims (10)
1.一种时钟同步装置，其特征在于，包括：时钟***和多个处理器，所述时钟***与各处理器连接；
所述时钟***的工作周期包括同步时间段和空闲时间段，并在每一所述同步时间段内向各处理器同步发送授时信号；
所述处理器根据接收到的授时信号进行时间校正，并在所述时钟***的空闲时间段内基于校正后的时间信息进行内部时钟计时。
2.根据权利要求1所述的时钟同步装置，其特征在于，所述时钟***包括时钟源和状态监测模块；
所述状态监测模块用于监测各处理器的工作状态，并在各处理器的工作状态均为空闲状态的情况下，向时钟源发送触发信号；
所述时钟源响应于所述触发信号向各所述处理器同步发送授时信号。
3.根据权利要求1所述的时钟同步装置，其特征在于，任一所述处理器，用于将接收的授时信号校正当前时间信息，并基于校正后的时间信息进行计时。
4.根据权利要求1所述的时钟同步装置，其特征在于，任一所述处理器还用于：在生成数据包后，对生成的数据添加基准时间戳，将基于携带基准时间戳的数据包进行传输。
5.根据权利要求4所述的时钟同步装置，其特征在于，任一所述处理器还用于：在接收到数据包时，获取所述数据包的接收时间戳，基于所述接收时间戳与所述数据包中携带的基准时间戳对所述数据包进行有效性验证。
6.根据权利要求5所述的时钟同步装置，其特征在于，所述任一所述处理器还用于：基于所述接收时间戳与所述数据包中携带的基准时间戳确定数据延迟时长；
若所述数据延迟时长小于延迟阈值，则确定所述数据包为有效数据包；
若所述数据延迟时长大于所述延迟阈值，则确定所述数据包为无效数据包，并丢弃所述无效数据包。
7.根据权利要求6所述的时钟同步装置，其特征在于，所述延迟阈值基于所述延迟阈值范围所属的电子设备的移动速度确定。
8.根据权利要求1-7任一所述的时钟同步装置，其特征在于，所述时钟***与所述处理器通过串口连接，各所述处理器之间通过以太网或CAN总线连接。
9.一种电子设备，其特征在于，包括如权利要求1-8任一所述的时钟同步装置。
10.根据权利要求9所述的电子设备，其特征在于，所述电子设备为巡检机器人。
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