ES2229142T3 - Sincronizacion de al menos un nudo de un sistema de bus. - Google Patents
Sincronizacion de al menos un nudo de un sistema de bus.Info
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Abstract
Procedimiento para la sincronización de al menos un nodo (100) de un sistema de bus (103) que se opera con un periodo del reloj del sistema (NTU) prefijado, en el que se prefija un periodo del reloj local (LNTU) y un periodo del reloj de referencia (GNTU) para el al menos un nodo, y el periodo del reloj de referencia (GNTU) está sincronizado con el periodo del reloj del sistema (NTU), en el que un periodo de reloj sincronizado/local (SLNTU) respecto al periodo del reloj del sistema (NTU) del al menos un nodo, se genera por medio de que se relacione el periodo del reloj local (LNTU) con un factor de división (P), en el que el factor de división (P) reproduce una relación del periodo del reloj de referencia (GNTU) respecto al periodo del reloj local (LNTU), caracterizado porque el factor de división (P) para la sincronización del periodo del reloj local (LNTU) se ajusta con el periodo del reloj del sistema (NTU) por medio de la adición o de la substracción de un valor de adaptación (O).
Description
Sincronización de al menos un nodo de un sistema
de bus.
La invención se refiere a un procedimiento y a un
dispositivo para la sincronización de al menos un nodo de un
sistema de bus, así como a un sistema de bus según las
reivindicaciones independientes.
La conexión en red de dispositivos de control,
sistemas sensores y sistemas actuadores con la ayuda de un sistema
de comunicación, de un sistema de bus, ha aumentado en los últimos
años de un modo drástico en la construcción de automóviles modernos
o también en la construcción de máquinas, en particular en el campo
de las máquinas herramientas, así como en la automatización. Con
ello se pueden conseguir efectos de sinergia por medio de la
distribución de funciones en varios dispositivos de control. En
este caso, se habla de sistemas distribuidos. La comunicación entre
diferentes estaciones tiene lugar, cada vez más, por medio de un bus
o un sistema de bus. El tráfico de comunicación en un sistema de
bus, los mecanismos de acceso y de recepción, así como el
tratamiento de errores se regulan por medio de un protocolo.
Como protocolo en el campo de los vehículos está
establecido el CAN (Controller Area Network). Este es un protocolo
controlado por sucesos, es decir, las actividades del protocolo,
como el envío de un mensaje, son iniciadas por medio de sucesos que
tienen su origen fuera del sistema de comunicación. El acceso
unívoco al sistema de comunicación o sistema de bus se soluciona
por medio de un arbitraje de bit basado en prioridades. Una
condición para ello es que a cada mensaje esté asignada una
prioridad unívoca. El protocolo CAN es muy flexible; con ello, el
hecho de añadir otros nodos y mensajes, es posible sin ningún tipo
de problema, en tanto que todavía queden prioridades (identificador
de mensaje) libres. La recolección de todos los mensajes que se han
de enviar en la red con prioridades y sus nodos de envío, así como
posiblemente los nodos de recepción, se almacenan en una lista, la
denominada matriz de comunicación.
Otro enfoque a la comunicación espontánea
controlada por sucesos es el enfoque puramente controlado de modo
temporal. Todas las actividades de comunicación en el bus son
estrictamente periódicas. Las actividades de protocolo como el
envío de un mensaje se disparan ahora por medio del avance de un
tiempo válido para todo el sistema de bus. El acceso al medio de
basa en la división de intervalos temporales en los que un emisor
tiene derecho de envío exclusivo. El protocolo es, en comparación,
inflexible; el hecho de añadir nuevos nodos sólo es posible cuando
anteriormente ya se hayan dejado libres los intervalos temporales
correspondientes. Esta circunstancia obliga a fijar el orden de los
mensajes ya antes de la puesta en funcionamiento. Así pues, se
realiza un plan de marcha que ha de ser suficiente para los
requerimientos de los mensajes por lo que se refiere a tasa de
repetición, redundancia, plazos, etc. Se habla del denominado
"calendario de bus". El posicionamiento de los mensajes en el
interior de los periodos de envío ha de ser ajustado a las
aplicaciones que producen los contenidos de los mensajes, para
mantener así en un valor mínimo las latencias entre la aplicación y
el instante temporal de envío. Cuando no se realiza este ajuste, se
destruye la ventaja de la transmisión controlada de modo temporal
("jitter" de latencia mínimo al enviar el mensaje en el bus).
Así pues, se exigen requerimientos elevados a las herramientas de
planificación.
El enfoque de solución del CAN controlado
temporalmente mostrado en las solicitudes de patente DE 100 00 302
A1, DE 100 00 303 A1, DE 100 00 304 A1 y DE 100 00 305 A1, el
denominado TTCAN (Time Triggered Controller Area Network) satisface
los requisitos indicados anteriormente según una comunicación
controlada temporalmente, así como los requisitos relativos a un
cierto grado de flexibilidad. TTCAN cumple con ellos por medio de
la construcción del ciclo de comunicación (ciclo básico) en las
denominadas ventanas de tiempo exclusivas para mensajes periódicos
de determinados nodos de comunicación, y en las denominadas ventanas
de tiempo de arbitraje para mensajes espontáneos de varios nodos de
comunicación.
En lo sucesivo se parte de una red TTCAN como
sistema de bus, no debiéndose entender esto como una limitación del
objeto posterior de la invención. Por el contrario, el objeto de la
invención explicada más adelante se puede emplear también en otros
sistemas de bus comparables.
En este caso, por ejemplo, en aparatos de control
conectados en red en la automatización, en el automóvil y en otros
campos de aplicación, a partir de los relojes locales internos
diferentes de los nodos, en particular de los aparatos de control,
se ha de derivar un reloj único para la red de comunicación, es
decir, el sistema de bus, o bien se deben sincronizar todos los
relojes de salida de los nodos respecto a un reloj de red común
unitario, como por ejemplo la "Network Tie Unit" NTU para
TTCAN.
El documento US 5 070 517 pone de manifiesto un
procedimiento para la sincronización de un nodo de bus, en el que el
factor de división para la sincronización del periodo de reloj
local se ajusta al periodo del reloj del sistema.
El sistema convencional para conformar a partir
de un reloj de referencia y de un reloj del sistema especialmente
rápido un reloj local adaptado al reloj de referencia o al reloj
del sistema se basa en el hecho de que se cuenta cuántos periodos
del reloj del sistema están contenidos en un determinado número de
periodos del reloj de referencia, el denominado periodo de
medición. El valor contado prefija entonces a partir de cuántos
periodos del reloj del sistema se conforma el reloj local adaptado.
En este caso, el periodo de medida, normalmente, está limitado de
modo constante a valores de 2^{n} periodos del reloj de
referencia (n \in
\Natural_{0}). Esta adaptación o sincronización se realiza en este caso por medio de la fijación de un factor de división que está relacionado con el reloj local, para generar un reloj local sincronizado. Para ello es necesaria la realización de multiplicaciones y divisiones para la determinación del nuevo factor de división. En particular, en una realización en hardware, la representación de multiplicaciones y divisiones es muy costosa.
Con ello, el objetivo de la invención es indicar
un procedimiento general, un dispositivo y un sistema de bus
correspondiente, por medio del que se pueda llevar a cabo de un
modo sencillo una sincronización de un nodo, es decir, una
adaptación de un reloj local o de un periodo de reloj local de un
nodo de este tipo, sin que la longitud del periodo de medida haya
de permanecer constante o esté limitada a determinados valores.
Por medio de la invención se describe un
procedimiento general, así como un dispositivo y un sistema de bus
correspondiente, por medio de los que se facilita la adaptación de
un reloj local a un reloj de referencia o reloj del sistema de un
modo sencillo, en particular sin llevar a cabo ninguna
multiplicación o división, por medio de lo que se facilita de un
modo considerable una adaptación, es decir, una sincronización de
un reloj local o un periodo de reloj local o bien de la
representación local del reloj de red a un reloj de referencia o de
sistema con un coste de hardware reducido, gracias a lo cual se
facilita de un modo considerable, en particular, una integración en
un IC (Circuito Integrado).
Adicionalmente, las longitudes de los periodos de
medición se designan en lo sucesivo como "ventanas temporales de
medición", en las que se miden las desviaciones entre el reloj
de referencia o el periodo del reloj de referencia y el reloj local
o el periodo del reloj local que se ha de adaptar, por un lado
pueden cambiar, es decir, no tienen por qué ser constantes, y por
otro lado están limitadas a valores determinados.
Esto se consigue por medio de un procedimiento y
un dispositivo así como un sistema de bus con un dispositivo para
la sincronización de al menos un nodo de un sistema de bus, que es
operado con un periodo del reloj del sistema (NTU) prefijado, en el
que se prefija un periodo de reloj local (L_NTU) y un periodo de
reloj de referencia (G_NTU) para el al menos un nodo, y el periodo
de reloj de referencia (G_NTU) está sincronizado con el periodo del
reloj del sistema (NTU), en el que un periodo de reloj local
(SL_NTU), sincronizado respecto al periodo de reloj del sistema
(NTU), del al menos un nodo se genera por medio de que el periodo de
reloj local (L_NTU) se combine con un factor de división o
preescalador (P), en el que el factor de división o preescalador
(P) representa una relación del periodo de reloj de referencia
(G_NTU) respecto al periodo de reloj local (L_NTU), en el que, de
un modo ventajoso, el factor de división, es decir, el preescalador
(P) se ajusta para la sincronización del periodo de reloj local
(L_NTU) con el periodo del reloj del sistema (NTU) por medio de la
adición o la substracción de un valor de adaptación u offset (O).
Es decir, dependiendo de si el offset, es decir, el valor de
adaptación O, es mayor o menos que 0, se lleva a cabo una adición o
substracción de este valor de adaptación. En el caso especial en el
que no sea necesaria una adaptación, se puede producir como valor
de adaptación u offset el valor 0.
Por eso, de un modo ventajoso, se ha de prefijar
por medio de un suceso que se repita, si bien no es necesario que
se repita forzosamente de modo periódico, una ventana temporal de
medición MT, en la que esta ventana temporal de medición MT se
registra, por un lado, en un número de periodos de reloj locales
LTN como unidad como primera ventana de medición local como
Local_Period, y en un número de periodos de reloj de referencia
G_NTU como otra unidad como segunda ventana de medición global, como
Global_Period, determinándose a partir de la primera ventana de
medición, es decir, de la Local_Period, y de la segunda ventana de
medición, la Global_Period, una diferencia Period_Diff,
determinándose el valor de adaptación u offset O con la ayuda de
esta diferencia Period_Diff.
De un modo ventajoso, el offset O,
adicionalmente, se determina dependiendo de una relación del factor
de división o preescalador P respecto a la segunda ventana de
medición, la Global_Period, representándose la relación mediante
logaritmos en base dos, lo cual, ventajosamente, es un redondeo del
logaritmo local del factor de división LDP, y del logaritmo en base
dos de la segunda ventana de medición LD Global_Period, de tal
manera que se hace posible que en una representación binaria, en
lugar del logaritmo en base dos completo del valor, se use la
posición de mayor valor en representación binaria, gracias a lo
cual se produce de un modo adecuado una diferencia DLD
correspondiente a la posición que respectivamente tenga el mayor
valor del valor redondeado para el factor de división LDPR y del
valor redondeado de la segunda ventana de medición, LDGB.
Por medio de un proceso de este tipo de la
transformación en logaritmos en base dos y del redondeo, por un
lado, se puede evitar una sobreoscilación, y se puede conseguir una
mejor convergencia del procedimiento.
De un modo adecuado, la diferencia DLD del valor
redondeado para el factor de división LDPR y del valor redondeado
para la segunda ventana de medición LDGP se conforma a partir de
una ecuación 19: DLD = (LDPR - LDGP) -1.
Otro incremento ventajoso de la convergencia se
puede conseguir gracias al hecho de que la diferencia DLD se
conforme a partir de una ecuación 20: DLD = (LDPR - LDGP).
De un modo ventajoso, el valor de adaptación del
offset O se conforma de tal manera que la diferencia de la primera
y de la segunda ventana de medición, es decir, el Period_Diff en
representación binaria se desplaza algunos espacios de la
representación binaria de modo correspondiente a la diferencia DLD
de los valores redondeados para un factor de división y la segunda
ventana de medición LDPR y LDGP en el caso de una diferencia DLD
positiva en la dirección de la posición de mayor valor, o en el
caso de una diferencia negativa en la dirección de la posición de
menor valor. Gracias a ello, de un modo más ventajoso, se
transforman las multiplicaciones y divisiones en adiciones y
funciones de desplazamiento, lo que hace posible una implementación
más sencilla, y con ello menos costosa en el hardware, en particular
en un IC.
Por medio del procedimiento conforme a la
invención o bien del dispositivo y el sistema de bus
correspondiente, adicionalmente, se puede llevar a cabo la
comprobación de plausibilidad de tal manera que el offset O y/o la
suma del offset y del preescalador P y/o la diferencia del offset O
y del preescalador P se pueden comparar con al menos un valor
umbral prefijado.
En este caso, el al menos un valor umbral
prefijado se puede prefijar, por ejemplo, como valor máximo, en el
que al alcanzar y/o sobrepasar este valor máximo o bien no se
realiza otra sincronización por medio de la adaptación del offset
O, o bien se limita el offset y/o la suma del offset O así como del
preescalador, es decir, el factor de división P, al valor
máximo.
Del mismo modo, de un modo ventajoso, el al menos
un valor umbral prefijado se puede prefijar como valor mínimo, y al
alcanzar y/o al situarse por debajo de este valor mínimo no se
realiza otra sincronización por medio de la adaptación del offset
O, o bien se limita el valor de adaptación, es decir, el offset O
y/o la diferencia del offset y del factor de división, es decir del
preescalador P, al valor mínimo.
Otras ventajas y configuraciones ventajosas se
desprenden de la descripción y de las características de las
reivindicaciones.
La invención se explica a continuación con más
detalle a partir de las figuras representadas en el dibujo.
En este caso, la Figura 1 muestra una red o
sistema de bus con al menos un primer nodo y segundos medios, en
particular un segundo nodo, para la determinación de un reloj de
referencia o bien un periodo de un reloj de referencia.
La Figura 2 muestra un diagrama de flujo para la
conformación del factor de división o preescalador, así como del
valor de adaptación del offset con una primera ventana de medición
Local_Period y una segunda ventana de medición Global_Period.
En la Figura 3 se vuelve a dar a conocer una
representación temporal de la adaptación del reloj o de la
adaptación del periodo de reloj, es decir, la sincronización del al
menos un nodo a lo largo de un intervalo de tiempo.
La Figura 1 muestra un sistema de bus 103 con un
primer nodo 100 y otro nodo 101. El primer nodo 100 se describe en
lo sucesivo como el nodo que se ha de sincronizar. En él se muestra
con 104 un elemento de interfaz para la conexión de comunicación
103. Adicionalmente se representa un generador de reloj 106 con una
fuente de reloj interna, por ejemplo un cuarzo 107. En el interior
del generador de reloj 106 está contenido adicionalmente un contador
o "counter" 112. Adicionalmente, con 110 se representa un
componente por medio del que se puede llevar a cabo la
sincronización del nodo o bien la adaptación del reloj.
Opcionalmente, este componente 110 o la funcionalidad
correspondiente también puede estar alojada en un generador de
reloj 106. El nodo 101 en lo sucesivo es el generador de la
referencia, en el caso especial de un sistema TTCAN es el "time
master", que está conectado por medio del componente del interfaz
105 con la conexión de comunicación 103. El generador de reloj 108
del nodo de referencia, es decir, el "time master" en el
sistema TTCAN, por medio del que se determina el tiempo local de
este "time master", con ello, hace las veces de tiempo de
referencia para todo el sistema de bus. Es decir, el generador de
reloj local 108 del nodo de referencia 101, con ello, hace las
veces de generador global de reloj para todo el sistema de bus.
También en este caso está representada una fuente de reloj 109, en
particular un cuarzo u otra fuente de reloj. Con 113 está
representado también en este caso un contador o "counter" para
el registro de la fuente local de reloj. Con 111 está representado
en este caso, de modo opcional, otro componente, por ejemplo un
componente de procesado o procesador, por medio del que se pueden
enviar y recibir mensajes, o bien ser evaluados. Opcionalmente, en
lugar del uso de un nodo de referencia 101, también puede estar
conectado un generador de reloj de referencia 102 a la conexión de
comunicación, así mismo, por ejemplo, con una fuente de tiempo 114
y un componente contador 115. De esta manera, el reloj de referencia
para la conexión de comunicación 103 o bien para todo el sistema de
bus puede venir, así mismo, de dos medios sencillos, es decir, no
de un nodo de referencia, sino de un sencillo componente generador
de reloj.
La base de una adaptación de reloj es un suceso
que se repite, en particular un suceso que se repite regularmente,
el cual, sin embargo, no es necesariamente periódico, es decir, no
tiene por qué volver de modo equidistante, el cual pueda ser
observado en todos los nodos de una red y pueda servir como punto
de referencia para la fijación de la ventana temporal de medición o
bien del periodo de medición. En lo sucesivo se usa preferentemente
el concepto de ventana temporal de medición o ventana de medición
ya que, como ya se ha indicado, no se da forzosamente una
periodicidad de esta ventana temporal de medición, y con ello un
periodo de medición, si bien esto puede ser posible. Los sucesos
para la fijación de esta ventana temporal de medición son sucesos
que se pueden observar al mismo tiempo en el "time master", es
decir, en el nodo de referencia 101, y en el al menos un "time
slave", es decir, el nodo 100 que se ha de sincronizar, tal y
como es, por ejemplo en una red TTCAN, el comienzo de la trama del
"reference message", es decir, del mensaje de referencia. El
nodo 101 que proporciona el reloj de referencia o el periodo del
reloj de referencia, y con este reloj de referencia o periodo
correspondiente incrementa un contador, en particular el contador
113, envía entonces el estado del contador del contador 113 que
está asegurado cuando se produce este suceso de medición a todos
los otros nodos, en particular al nodo 100, que con el mismo suceso
de medición asegura el estado del contador local, por ejemplo 112,
que se incrementa con su reloj local a partir de la fuente de reloj
107. Un seguro de este tipo de los estados del contador se puede
realizar en memorias o registros que no están representados de modo
explícito, en los que las memorias o los registros están contenidos
en particular en el mismo generador de reloj 106 ó 108 o en otros
componentes como 110 ó 111 o incluso separados. Las diferencias de
los estados del contador asegurados en estos sucesos de medición
consecutivos indican la longitud del periodo de medición, por un
lado, en periodos de reloj de referencia, es decir, en la unidad
del reloj de referencia, así como en el caso del nodo que se ha de
sincronizar en periodos de reloj local, es decir, en la unidad del
reloj local.
A parte del cuarzo también se puede emplear un
oscilador, en particular un VCO como fuente de reloj o de
tiempo.
El reloj de referencia del indicador de la
referencia 101 se designa en lo sucesivo como GT "global
timing". El reloj local que se ha de adaptar al reloj de
referencia o bien al reloj del sistema, o bien que se ha de
sincronizar con él se designa en lo sucesivo como LT "local
timing". El periodo del reloj de referencia GT se designa con
G_NTU, y el periodo del reloj local LT con L_NTU. El factor de
división o preescalador P, en particular el valor real P_real o
preescalador_real indica cuántos periodos del reloj del sistema
están incluidos en un número determinado, normalmente grande, N\in
\Naturalde periodos de reloj local L_NTU. En este caso, N es un valor constante que determina la relación entre el preescalador, es decir el factor de división P, y el periodo de reloj local L_NTU. La longitud del periodo de medición, representado o medido en unidades del periodo del reloj de referencia G_NTU se mide como Global_Period, y la pareja, es decir, la longitud de la ventana temporal de medición, en unidades del periodo de reloj local L_NTU se mide o se registra como Local_Period. Global_Period y Local_Period, con ello, son las ventanas de medición, es decir, los valores correspondientes que se usan entonces para la determinación de la diferencia de la duración del periodo local L_NTU respecto a la duración del periodo global G_NTU. La misma diferencia, es decir la diferencia de Local_Period - Global_Period se designa como Period_Diff. Según la invención, al preescalador o factor de división se le suma o se le resta un offset o valor de adaptación, para conseguir que L_NTU y G_NTU no difieran entre ellos, o bien para que el reloj local sincronizado generado con la ayuda del preescalador u offset, o bien el periodo del reloj local SL_NTU sincronizado, esté sincronizado con el reloj de referencia o bien con el reloj del sistema, y en particular que coincida con el reloj de referencia o el periodo del reloj de referencia G_NTU.
Todos los valores mencionados aquí son números
enteros, lo cual ocasiona una simplificación adicional en la
implementación.
En la Figura 2 se describe ahora la
sincronización o adaptación de un modo detallado, en la que la
adaptación se puede repetir de un modo regular para compensar
oscilaciones del reloj del sistema o del periodo del reloj del
sistema y el reloj de referencia o el periodo del reloj de
referencia.
En la Figura 2 se registra por parte del bloque
200 en el bloque 201 el mensaje de referencia, es decir, según la
invención, el valor del contador del nodo de referencia 101 en el
bloque 201 como valor actual de referencia, por ejemplo al
producirse el primer suceso de medición. En el caso de que se
produzca el segundo como suceso de medición reiterado, entonces se
escribe el valor actual anterior del bloque 201 en el bloque 202
como valor de referencia previo, y en el bloque 201 se queda el
valor del contador del suceso de medición reiterado como valor
actual. Lo mismo sucede para el bloque 204, 205 y 206 para el nodo
que se ha de sincronizar, el cual en el suceso de medición asegura
su valor actual del contador en el bloque 205, y al producirse el
suceso de medición reiterado transmite este valor del bloque 025 al
bloque 206, y escribe el nuevo valor del contador en el suceso de
medición como valor actual en el bloque 205. Es decir, en este
ejemplo, en primer lugar se espera a los dos sucesos de medición, el
primero que se produce y el reiterado, para a continuación tener un
valor actual y un valor previo con el que se puede determinar la
ventana temporal de medición, es decir, con el que se puede
conformar la diferencia.
Otra posibilidad es prever como primer suceso una
constante, y tomar esta constante como valor previo,
respectivamente, en los bloques 202 y 206, y escribir entonces el
primer suceso de medición, es decir, el valor del contador
correspondiente como valor actual en el bloque 201 o en el bloque
205 para el nodo de referencia o bien el nodo que se ha de
sincronizar.
Otra posibilidad sería, antes del primer suceso
de medición, poner ambos valores, es decir, tanto el valor previo
como el valor anterior, a valores constantes en los bloques 201 y
202 o bien 205 y 206, gracias a lo cual se usa entonces una primera
diferencia prefijada para el Global_Period y el Local_Period, es
decir, la ventana temporal.
En el caso de un sistema TTCAN, el inicio de
realiza con el inicio del ciclo básico, en el que los valores del
contador se capturan al comienzo de la trama del TTCAN.
Así pues, cuando llega un nuevo valor del
contador, de modo correspondiente al suceso de medición que se
produzca, se deposita el valor del contador anterior como valor
previo o anterior, gracias a lo cual con el nuevo valor del
contador se puede conformar una nueva diferencia. De esta manera se
determina para cada suceso de medición la ventana de medición
Local_Period, es decir, la diferencia de los valores del contador en
los sucesos de medición del bloque 205 y 206, así como la ventana
de medición Global_Period, es decir, la diferencia de los valores
del contador del nodo de referencia en los sucesos de medición en
el bloque 201 y en el bloque 202. Esta conformación de la
diferencia se lleva a cabo en el bloque 203, por medio de lo cual
se genera aquí el Global_Period, es decir, la segunda ventana de
medición, y en el bloque 207 se general el Local_Period, la primera
ventana de medición. Los dos valores de las ventanas de medición, es
decir, en unidad de periodos del tiempo de referencia o periodos
del reloj de referencia, así como de periodos de reloj locales, se
suministran entonces al bloque 209. De la misma manera, al bloque
209 se le suministra por medio del bloque 208 la relación de
división hasta el momento, el factor de división P o bien P_real o
preescalador_real, que en la siguiente determinación del factor de
división o preescalador_teórico va al bloque 209.
A continuación, en el bloque 209 se comparan los
dos valores Local_Period y Global_Period entre ellos por medio de
la conformación del Period_Diff, lo que significa que cuando
Period_Diff es diferente de 0, se ha de adaptar L_NTU a G_NTU.
La adaptación se realiza según la invención por
medio del hecho de que al valor de preescalador actual,
preescalador_real o P_real se le sume un offset, un valor de
adaptación O, para llegar al nuevo valor del preescalador
preescalador_teórico o bien P_teórico o bien P. En este caso, el
offset O puede ser positivo o negativo, o incluso, en el caso de
que se dé Period_Diff = 0, puede ser cero. Esto depende del signo
del Period_Diff.
Según la invención, por definición son siempre
válidas las siguientes ecuaciones:
(Ecuación
1)Global_Period * G_NTU = Local_Period *
L_NTU
(Ecuación
2)G_NTU = L_NTU * Local_Period /
Global_Period
(Ecuación 3)N *
L_NTU = P_real * NTU (Periodo del reloj del
sistema
(Ecuación 4)N *
G_NTU = P_teórico *
NTU
Con ello, por medio de una transformación,
resulta:
(Ecuación
5)P_teórica = P_real * Local_Period /
Global_Period
Con la transformación del factor de corrección a
un offset. Para ir a parar a una solución hardware que se pueda
realizar de un modo sencillo, se ha de conseguir ahora que:
(Ecuación
6)P_teórica = P_real +
O
Con ello, resulta para el offset O, a partir de
la ecuaciones anteriores:
(Ecuación 8)O =
P_real * Local_Period / Global_Period -
P_real
y
(Ecuación 9)O =
P_real * (Local_Period / Global_Period -
1)
Con la definición ya prevista de la diferencia
Period_Diff a partir de Local_Period y Global_Period
(Ecuación
10)Period_Diff = Local_Period -
Global_Period
y la representación del
offset
(Ecuación 11)O
= P_real * (((Period_Diff + Global_Period) / (Global_Period –
1)
(Ecuación 12)O
= P_real * Period_Diff /
Global_Period
resulta para el
offset
(Ecuación 13),O
= Period_Diff * (P_real /
Global_Period)
es decir, que el valor del offset o
del valor de adaptación O depende de la diferencia Period_Diff y de
la relación de P_real respecto a Global_Period, tal y como esto se
describe ya en las ventajas de la invención y en las
reivindicaciones. Ahora se conforma, según la invención, el cociente
P_real respecto a Global_Period por medio del logaritmo en base
2:
(Ecuación
14).P_real / Global_Period = 2^{ld(P\_real) -
ld(Global\_Period)}
Para ir a parar ahora a una mejor aproximación
más sencilla de implementar en hardware, según la invención, los
logaritmos en base dos ld(P_real) y ld(Global_Period)
se redondean a números enteros, es decir, para los valores
respectivos en representación binaria, en lugar de los logaritmos en
base dos completos se usa el valor de la posición de mayor valor en
esta representación binaria, es decir, el bit de mayor valor de este
número, por medio de lo cual se produce para el logaritmo en base
dos del factor de división ld(P_real) el valor ldPr, y para
el logaritmo en base dos de la segunda ventana de medición
ld(Global_Period) el valor ldGP. En este caso, ldPr \leq
ld(P_real) y ldGP \leq ld(Global_Period). Con ello
se produce la diferencia a partir de la ecuación 14 con los valores
redondeados, es decir, con los números enteros de modo
correspondiente los bits de mayor valor del logaritmo en base dos,
según la ecuación:
(Ecuación
19)Dld = (1dPr - 1dGP) -
1
en la
que:
(Ecuación
15)(P_real / Global_Period) / 4 \leq 2^{Dld}
\leq P_real /
Global_Period
Con ello, a modo de aproximación conforme a la
invención, para el offset se obtiene la siguiente ecuación:
(Ecuación 16)O
= Period_Diff * 2^{Dld} = shift(Period_Diff,
Dld)
Es decir, el offset se puede representar por
medio de una función de desplazamiento, lo que significa que la
diferencia de la primera y de la segunda ventana de medición, es
decir, Period_Diff, se desplaza en la representación binaria un
cierto número de posiciones de la representación binaria de modo
correspondiente a la diferencia Dld del valor redondeado para el
factor de división ldPr del valor redondeado de la segunda ventana
de medición ldGP de modo correspondiente. En el caso de una
diferencia positiva Dld en la dirección de la posición de mayor
valor, lo que se correspondería en este caso con una función de
shift_left, o en el caso de una diferencia negativa Dld en la
dirección de la posición de menor valor, lo que se correspondería
con una función de shift_right, si se presupone que los bits de
mayor valor se representan a la izquierda y los bits de menor valor
se representan a la derecha. En la representación inversa, la
función de desplazamiento se puede usar de modo correspondiente.
Con ello, para el nuevo factor de división P o P_teórico, usando el
offset que se ha determinado, se tiene ahora lo siguiente:
(Ecuación
17),P_teórico = P_real + shift_left (Period_Diff,
Dld)
con lo que la multiplicación y la
división están transformadas en una función de desplazamiento. Con
ello, según la invención, es posible conseguir de un modo sencillo
una aproximación que se pueda implementar fácilmente en hardware
para la determinación del factor de división P o bien P_teórico, que
se puede implementar de un modo sencillo en un
IC.
La corrección ajustada por medio del offset o del
valor de adaptación O está provista siempre del signo correcto (ver
ecuación 13 y ecuación 16). De un modo ventajoso, la corrección no
se realizará más allá del valor objetivo, ya que como consecuencia
de la ecuación 15 no es posible una sobreoscilación. La adaptación
de reloj representada se lleva a cabo después de cada suceso de
medición, en la que, en el marco de la precisión de medida y de
ajuste se corrige cada vez al menos un cuarto de la desviación
restante hasta que el Period_Diff restante converja a 0. Si el
periodo de reloj de referencia G_NTU no es ningún múltiplo entero
del periodo del reloj del sistema NTU, en este caso el Period_Diff
no se queda a 0, sino en un pequeño intervalo alrededor del valor
0.
Alternativamente a la ecuación 15, la diferencia
Dld del logaritmo en base dos redondeado también se puede estimar a
partir de la siguiente ecuación:
(Ecuación
20)Dld = (dlPr -
dlGP)
en cuyo caso, entonces, se da
que
(Ecuación
18)(P_real / Global_Period) / 2 \leq 2^{Dld}\leq
P_real /
Global_Period
Esta estimación alternativa converge todavía más
rápido que la estimación en la conformación de la diferencia según
la ecuación 19.
Según la invención, todos los procedimientos o
los dispositivos correspondientes y sistemas de bus que para la
adaptación de un reloj local o un periodo de reloj local a un reloj
de referencia o un periodo del reloj de referencia de modo
correspondiente al reloj del sistema o al periodo del reloj del
sistema hacen uso de una magnitud ajustable están cubiertos por
medio de la invención. Esto significa que se puede llevar a cabo la
adaptación al periodo del reloj de referencia o al reloj de
referencia por medio de la adición de un valor, es decir, de un
valor de adaptación, en particular de un offset respecto a esta
magnitud ajustable, en la que un valor aproximado para el valor de
adaptación se determina usando logaritmos en base dos redondeados
de las magnitudes que están disponibles.
A partir del procedimiento conforme a la
invención o bien del dispositivo correspondiente y del sistema de
bus se produce, a modo de ventaja adicional, la posibilidad de
llevar a cabo una prueba de plausibilidad, en la que el valor de
adaptación, es decir, el offset O o bien la suma o la diferencia del
factor de división preescalador P_real y el offset se pueden
comparar con un valor umbral prefijado, en donde, entonces, la
adaptación del reloj o bien puede no producirse, o bien se puede
limitar al valor umbral, en caso que sobrepase o se quede por debajo
del offset calculado. Es decir, la suma o la diferencia de P_real y
del offset, dependiendo del signo del offset o del offset mismo se
pueden comparar con un valor umbral, que puede estar conformado, en
particular, como máximo o como mínimo.
En el caso de un valor máximo prefijado como
valor umbral, al alcanzar este valor máximo, y/o al sobrepasarlo, o
bien se suspende la adaptación del reloj, es decir, no se realiza
otro ajuste del valor de adaptación, o bien se limita el valor de
adaptación o bien la suma de P_real y offset de modo
correspondiente al signo del offset a este valor máximo. Lo mismo
sucede al alcanzar o quedarse por debajo de un valor mínimo como
valor umbral. En este caso, se puede suspender la adaptación del
reloj o se puede limitar al valor mínimo.
En la Figura 3 se representa de nuevo brevemente,
a partir de un intervalo de tiempo, la toma de valores y la
determinación del factor de división. En el instante T0/1 se
produce el suceso que se puede observar globalmente en todo el
sistema de bus. Es decir, en este instante, el nodo de referencia
asegura su valor del contador, así como hacen los otros nodos con
los valores del contador de su contador local. Estos valores
capturados o valores asegurados del contador son válidos en el
instante T1/1 en el bloque 2. Así mismo, en este instante, el valor
actual antiguo se convierte en el valor anterior o previo. Es
decir, el valor del contador de referencia que ha sido registrado en
T0/1 o bloque 1 se da a conocer a los otros nodos por medio de la
conexión de comunicación 103. En el instante T2/1 o bloque 3 se
lleva a cabo entonces el nuevo cálculo o la nueva determinación del
factor de división, es decir, del valor P_teórico por medio de la
adición del offset al valor P_real, tal y como se describe en la
Figura 2. Por ejemplo, en el sistema TTCAN este factor de división
está designado con TUR (Time Unit Ratio). Los bloques 1, 2 y 3
mencionados anteriormente se repiten en el instante T0/2, T1/2 y
T2/2. Este ciclo empieza de nuevo en el instante T0/3 con el bloque
1.
Por medio del empleo de este procedimiento, tal y
como también se describe en la Figura 3, el error converge, es
decir, la diferencia de reloj o la diferencia del periodo de reloj
o la diferencia de velocidad, a 0. Dependiendo de la aplicación de
la ecuación de convergencia con la diferencia Dld se produce de un
modo más o menos rápido, con la garantía de que no se produce una
sobreoscilación.
Con ello, para el procedimiento y el dispositivo
correspondiente, así como para el sistema de bus con el dispositivo
correspondiente, es suficiente sin una multiplicación o división
costosa desde el punto de vista del hardware, que requerirían un
elevado coste de implementación. Adicionalmente es posible, tal y
como se ha descrito, una comprobación muy sencilla de plausibilidad
de los valores determinados. El procedimiento, además, converge
ventajosamente de modo geométrico, es decir, de un modo muy rápido
para todas las aplicaciones prácticas. Con ello, de un modo
ventajoso, es posible seguir pequeñas variaciones en el valor
objetivo de un modo muy rápido y muy liso. Por ejemplo, en un IC se
puede registrar el procedimiento de regulación del reloj, tal y como
se ha descrito, por medio de la medición de los relojes de entrada
y salida del IC, o bien de las funciones del IC controladas por el
reloj de salida.
Claims (12)
1. Procedimiento para la sincronización de al
menos un nodo (100) de un sistema de bus (103) que se opera con un
periodo del reloj del sistema (NTU) prefijado, en el que se prefija
un periodo del reloj local (LNTU) y un periodo del reloj de
referencia (GNTU) para el al menos un nodo, y el periodo del reloj
de referencia (GNTU) está sincronizado con el periodo del reloj del
sistema (NTU), en el que un periodo de reloj sincronizado/local
(SLNTU) respecto al periodo del reloj del sistema (NTU) del al menos
un nodo, se genera por medio de que se relacione el periodo del
reloj local (LNTU) con un factor de división (P), en el que el
factor de división (P) reproduce una relación del periodo del reloj
de referencia (GNTU) respecto al periodo del reloj local (LNTU),
caracterizado porque el factor de división (P) para la
sincronización del periodo del reloj local (LNTU) se ajusta con el
periodo del reloj del sistema (NTU) por medio de la adición o de la
substracción de un valor de adaptación (O).
2. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque por medio de un suceso reiterado se
prefija una ventana temporal de medición (MT), en el que esta
ventana temporal de medición (MT) se registra en un número de
periodos de reloj locales (LNTU) del al menos un nodo como la
primera ventana de medición local (Local_Period), y en un número de
periodos del reloj de referencia (GNTU) como la segunda ventana de
medición global (Global_Period), y a partir de la primera
(Local_Period) y de la segunda ventana de medición (Global_Period)
se determina una diferencia (Period_Diff), en el que el valor de
adaptación (O) se determina con la ayuda de esta diferencia
(Period_Diff).
3. Procedimiento según la reivindicación 1 y 2,
caracterizado porque el valor de adaptación (O) depende
además de una relación del factor de división (P) respecto a la
segunda ventana de medición (Global_Period), y la relación se
representa usando logaritmos en base dos, en el que el logaritmo en
base dos del factor de división (ldP_real) y el logaritmo en base
dos de la segunda ventana de medición (ldGlobal_Period) se redondean
de tal manera que en una representación binaria, en lugar del
logaritmo en base dos completo, se usa el valor de la posición de
mayor valor en representación binaria, por medio de lo que resulta
una diferencia Dld que se corresponde con la posición de mayor valor
del valor redondeado para el factor de división, ldPr, y del valor
redondeado de la segunda ventana de medición, ldGP.
4. Procedimiento según la reivindicación 3,
caracterizado porque la diferencia, Dld, del valor
redondeado para el factor de división, ldPr, y del valor redondeado
de la segunda ventana de medición, ldGP; se conforma a partir
de
Dld = (ldPr -
ldGP)
-1
5. Procedimiento según la reivindicación 3,
caracterizado porque la diferencia, Dld, del valor
redondeado para el factor de división, ldPr, y del valor redondeado
de la segunda ventana de medición, ldGP, se conforma a partir
de
Dld = (ldPr -
ldGP)
6. Procedimiento según la reivindicación 3,
caracterizado porque el valor de adaptación (O) se conforma
de tal manera que la diferencia de la primera y de la segunda
ventana de medición (Period_Diff) en su representación binaria se
desplaza un cierto número de posiciones de la representación binaria
de modo correspondiente a la diferencia, Dld, del valor redondeado
para el factor de división, ldPr, y del valor redondeado de la
segunda ventana de medición, ldGP, en el caso de una diferencia Dld
positiva en la dirección de la posición de mayor valor, o en caso
de una diferencia negativa, Dld, en la dirección de la posición de
menor valor.
7. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque se lleva a cabo una comprobación de
plausibilidad de tal manera que el valor de adaptación (O) y/o la
suma y/o la diferencia del valor de adaptación (O) y del factor de
división (P) se compara con al menos un valor umbral prefijado.
8. Procedimiento según la reivindicación 7,
caracterizado porque el al menos un valor umbral prefijado
se prefija como valor máximo, y al alcanzar y/o sobrepasar este
valor máximo, se cancela otra sincronización por medio del ajuste
del valor de adaptación (O), o bien se limita el valor de adaptación
(O) y/o la suma del valor de adaptación (O) y del factor de división
(P) al valor máximo.
9. Procedimiento según la reivindicación 7,
caracterizado porque el al menos un valor umbral prefijado
se prefija como valor mínimo, y al alcanzar y/o quedarse por debajo
de este valor mínimo, se cancela otra sincronización por medio del
ajuste del valor de adaptación (O), o bien se limita el valor de
adaptación (O) y/o la diferencia del valor de adaptación (O) y del
factor de división (P) al valor mínimo.
10. Dispositivo para la sincronización de al
menos un nodo (100) de un sistema de bus (103) que se opera con un
periodo del reloj del sistema (NTU) prefijado, en el que primeros
medios prefijan un periodo del reloj local (LNTU), y segundos medios
prefijan un periodo del reloj de referencia (GNTU) para al menos un
nodo, y el periodo del reloj de referencia (GNTU) está sincronizado
con el periodo del reloj del sistema (NTU), en el que están
contenidos terceros medios que generan un periodo del reloj
sincronizado/local (SLNTU) respecto al periodo del reloj del sistema
(NTU) del al menos un nodo, gracias al hecho de que el periodo del
reloj local (LNTU) se relaciona con un factor de división (P), en
el que el factor de división (P) reproduce una relación del periodo
del reloj de referencia (GNTU) respecto al periodo del reloj local
(LNTU), caracterizado porque están contenidos cuartos medios
que ajustan el factor de división (P) para la sincronización del
periodo del reloj local (LNTU) con el periodo del reloj del sistema
(NTU) por medio de la adición o substracción de un valor de
adaptación (O).
11. Dispositivo según la reivindicación 10,
caracterizado porque están contenidos medios que realizan al
menos un procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 9, en
el que los medios están realizados en el hardware.
12. Sistema de bus (103) con un dispositivo para
la sincronización de al menos un primer nodo (100) del sistema de
bus, en el que el sistema de bus se opera con un periodo de reloj
del sistema (NTU) que se puede prefijar, en el que primeros medios
prefijan un periodo del reloj local (LNTU), y segundos medios, en
particular un segundo nodo, prefijan un periodo del reloj de
referencia (GNTU) para el al menos primer nodo, y el periodo del
reloj de referencia (GNTU) está sincronizado con el periodo del
reloj del sistema (NTU), en el que están contenidos terceros medios
que generan un periodo del reloj sincronizado/local (SLNTU) respecto
al periodo del reloj del sistema (NTU) del al menos un nodo, gracias
al hecho de que el periodo del reloj local (LNTU) se relaciona con
un factor de división (P), en el que el factor de división (P)
reproduce una relación del periodo del reloj de referencia (GNTU)
respecto al periodo del reloj local (LNTU), caracterizado
porque están contenidos cuartos medios que ajustan el factor de
división (P) para la sincronización del periodo del reloj local
(LNTU) con el periodo del reloj del sistema (NTU) por medio de la
adición o substracción de un valor de adaptación (O).
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