KR20190074026A - Synchronization method and system among multiple MCUs in EtherCAT-based slave system - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 마이크로 프로세서 간의 동기화 방법 및 시스템에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 이더캣 기반의 AC 서보 모터와 같은, 이더캣 기반의 슬레이브 시스템에 포함된 복수의 마이크로 프로세서간 동기화 방법 및 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a method and system for synchronizing microprocessors, and more particularly, to a method and system for synchronizing a plurality of microprocessors included in an Ethercat-based slave system, such as an Ethernet-based AC servo motor.
고속 다축 가공기와 같이 정밀 고속 제어를 목적으로 하는 시스템에서는 다수의 AC 서보 모터와 스핀들 모터 등의 고속 엑추에이터를 연결하기 위하여 ethernet을 기반으로 하는 산업용 네트워크의 적용이 늘어나고 있다. 특히, EtherCAT은 고속 산업용 응용을 위하여 개발된 ethernet 기반 산업용 네트워크 중 하나로 높은 수준의 동기화 성능을 보유하고 있다. In a system aiming at high-speed and high-speed control such as a high-speed multi-axis processing machine, the application of an ethernet-based industrial network is increasing in order to connect high-speed actuators such as a plurality of AC servomotors and spindle motors. In particular, EtherCAT is one of the ethernet-based industrial networks developed for high-speed industrial applications and has a high level of synchronization performance.
하지만, 고속 정밀 제어를 목표로 설계된 AC 서보 모터 드라이버는 매우 짧은 주기로 제어 명령을 수행하는데, 네트워크의 처리를 위한 지연 시간이 제어 성능에 영향을 미칠 수 있다. 이러한 문제를 예방하기 위하여, 최근에는 네트워크를 처리하기 위한 MCU와 서보 모터 제어를 수행하기 위한 MCU를 하나의 제어 시스템에 통합하여 설계하는 multi processor 구조가 하나의 대안으로 이용된다. However, the AC servomotor driver designed for high-speed precise control performs control commands in a very short period, and the delay time for the processing of the network may affect the control performance. In order to prevent such a problem, a multi-processor architecture that integrates an MCU for processing a network and an MCU for controlling a servo motor into a single control system is used as an alternative.
이러한 종래 기술에 따른 고속 서보 모터 제어기의 경우, 네트워크 성능을 향상시키기 위한 네트워크 MCU와 모터 제어를 담당하는 MCU 사이를 공유 메모리 등으로 연결하여 구성하는데, 네트워크 MCU는 네트워크를 통해 기준 시간과 동기화를 수행하는 경우가 많지만 모터를 제어하는 MCU는 이러한 동기화 기능이 제공되지 않았다.In the high-speed servo motor controller according to the related art, a network MCU for improving network performance and an MCU for controlling the motor are connected by a shared memory or the like. The network MCU synchronizes with the reference time through the network MCUs that control motors have not been provided with this synchronization function.
그러나, 이러한 multi processor 구조에서는 각각의 MCU가 주기 제어를 수행하면서 서로의 연산에 대한 지연으로 인하여 메시지의 처리에 지연이 발생할 수 있으며, 이로 인하여 고속으로 동기화되는 네트워크의 장점을 활용하기 어려운 문제가 발생한다. However, in such a multi-processor architecture, each MCU performs periodic control, and delays in the processing of the messages may occur due to delays in the operations of the respective MCUs. As a result, it is difficult to utilize the advantages of the network synchronized at high speed do.
따라서, EtherCAT 네트워크에 연결된 서보 모터의 성능을 향상시키기 위해서, 서보 모터에 포함된 네트워크 MCU와 모터 제어용 MCU 사이의 동기화 방법이 요구되는 실정이다.Therefore, in order to improve the performance of the servo motor connected to the EtherCAT network, a synchronization method between the network MCU included in the servo motor and the MCU for motor control is required.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이더캣 기반의 슬레이브 시스템에 포함된 복수의 마이크로 프로세서간 동기화 방법 및 시스템을 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a method and system for synchronizing a plurality of microprocessors included in an EtherCAT-based slave system.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 동기화 방법은, 이더캣 기반의 슬레이브 시스템에 포함된 네트워크 MCU와 콘트롤 MCU간 동기화 방법으로서, (a) 상기 콘트롤 MCU가 상기 네트워크 MCU의 두 시점간의 시간차와, 상기 콘트롤 MCU의 두 시점간의 시간차를 이용하여, 상기 콘트롤 MCU와 상기 네트워크 MCU의 클록간 오차율을 계산하는 초기화 단계; (b) 상기 콘트롤 MCU가 일정한 시간 주기로, 상기 오차율을 이용하여 상기 네트워크 MCU의 현재 시간을 예측한 현재 시간 예측치()를 상기 네트워크 MCU로 전송하는 단계; (c) 상기 네트워크 MCU가 상기 현재 시간 예측치()와 자신의 실제 현재 시간()간의 시간차()를 계산하여 상기 콘트롤 MCU로 전송하는 단계; 및 (d) 상기 콘트롤 MCU가 상기 시간차()를 수신하고, 수신된 시간차()에 따라서 상기 콘트롤 MCU 내부의 클록 속도를 조절하여 동기화를 수행하는 단계를 포함한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a synchronization method between a network MCU and a control MCU included in an Ethernet-based slave system, the method comprising the steps of: (a) An initialization step of calculating an error rate between clocks of the control MCU and the network MCU by using a time difference between time points and a time difference between two points of time of the control MCU; (b) a current time predicted value obtained by predicting the current time of the network MCU using the error rate at a predetermined time period by the control MCU ) To the network MCU; (c) if the network MCU receives the current time estimate ) And their actual current time ( ) ) To the control MCU; And (d) ), And receives the received time difference ( And adjusting the clock speed in the control MCU according to the control signal.
또한, 상기 (a) 단계는, 상기 네트워크 MCU가 자신의 초기 시간(torigin) 및 시작 시간(tstart)을 각각 상기 콘트롤 MCU로 전송하면, 상기 콘트롤 MCU가 상기 초기 시간(torigin) 및 상기 시작 시간(tstart)간의 시간차와, 상기 네트워크 MCU로부터 상기 초기 시간(torigin)을 수신한 시간(Torigin)과 상기 시작 시간(tstart)을 수신한 시간(Tstart)간의 시간차를 이용하여 상기 오차율을 계산할 수 있다.Further, the step (a), the network MCU is Casting their initial time (t origin) and starting time (t start) to each of the control MCU, the control MCU is the initial time (t origin) and the A time difference between a start time t start and a time difference between a time T origin of receiving the initial origin t origin from the network MCU and a time T start of receiving the start time t start The error rate can be calculated.
또한, 상기 (a) 단계는, (a1) 상기 슬레이브 시스템이 초기 기동되면, 상기 네트워크 MCU가 상기 초기 시간(torigin)을 상기 콘트롤 MCU로 전송하는 단계; (a2) 상기 콘트롤 MCU가 상기 초기 시간(torigin)을 저장하고, 상기 초기 시간(torigin)을 수신한 시간을 자신의 초기 시간(Torigin)으로 설정하는 단계; (a3) 사전에 정의된 시간이 경과한 후, 상기 네트워크 MCU가 상기 시작 시간(tstart)을 상기 콘트롤 MCU로 전송하는 단계; (a4) 상기 콘트롤 MCU가 상기 시작 시간(tstart)을 수신하여 저장하고, 상기 시작 시간(tstart)을 수신한 시간을 자신의 시작 시간(Tstart)으로 설정하는 단계; 및 (a5) 상기 콘트롤 MCU가, 상기 네트워크 MCU의 상기 초기 시간(torigin)과 상기 시작 시간(tstart)간의 시간차와, 상기 콘트롤 MCU의 상기 초기 시간(Torigin)과 상기 시작 시간(Tstart)간의 시간차를 이용하여, 상기 콘트롤 MCU와 상기 네트워크 MCU의 클록간 상기 오차율(error rate)을 계산하는 단계;를 포함할 수 있다.The step (a) may further include: (a1) when the slave system is initially activated, the network MCU transmits the initial time t origin to the control MCU; (a2) step in which the control MCU stores the initial time (t origin), and set the received time to the initial time (t origin) to their initial time (T origin); (a3) after the predetermined time has elapsed, the network MCU transmits the start time (t start ) to the control MCU; (a4) step in which the control MCU receives and stores the starting time (t start), set the received time to the start time (t start) to their start time (T start); And (a5) is the control MCU, the time difference between the network MCU the initial time (t origin) and the starting time (t start) and the initial time of the control MCU (T origin) and the start time (T start Calculating an error rate between a clock of the control MCU and a clock of the network MCU using a time difference between the control MCU and the network MCU.
또한, 상기 네트워크 MCU는 주기적으로 네트워크 프로세스(ECAT Process)를 수행하고, 상기 (a3) 단계에서, 상기 네트워크 MCU는 네트워크 프로세스가 종료된 시점부터, 다음 네트워크 프로세스가 시작되는 시점까지의 중간 시점(tinit_delay)에 상기 시작 시간(tstart)을 상기 콘트롤 MCU로 전송할 수 있다.The network MCU periodically performs an ECAT process. In step (a3), the network MCU calculates an intermediate time t (t) from the end of the network process to the start of the next network process the starting time (t start) to init_delay) can be transmitted to the control MCU.
또한, 상기 오차율(error rate)은, 상기 콘트롤 MCU의 상기 초기 시간(Torigin)과 상기 시작 시간(Tstart)간의 시간차에 대한 상기 네트워크 MCU의 상기 초기 시간(torigin) 및 상기 시작 시간(tstart)간의 시간차의 비율로서 계산될 수 있다.Also, the error rate may be calculated by multiplying the initial time t origin of the network MCU with the time difference between the initial time T origin of the control MCU and the start time T start and the start time t start ).
또한, 상기 (b) 단계는 아래의 수학식에 따라서 상기 네트워크 MCU의 현재 시간을 예측하고, , 은 상기 네트워크 MCU의 현재 시간 추정치를 나타내고, Tlocal은 상기 콘트롤 MCU의 현재 시간을 나타낸다.The step (b) may predict the current time of the network MCU according to the following equation, , Represents the current time estimate of the network MCU, and T local represents the current time of the control MCU.
한편, 상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 동기화 시스템은, 이더캣 기반의 슬레이브 시스템에 포함된 복수의 마이크로 프로세서간 동기화 시스템으로서, 상기 동기화 시스템이 기동되면, 서로 다른 시점의 자신의 초기 시간(torigin)과 시작 시간(tstart)을 콘트롤 MCU로 전송하고, 상기 콘트롤 MCU로부터 일정한 시간 주기로 자신의 현재 시간 예측치()를 수신하면 자신의 실제 시간()과의 시간차()를 계산하여 상기 콘트롤 MCU로 전송하는 네트워크 MCU; 및 상기 네트워크 MCU의 초기 시간(torigin)과 시작 시간(tstart)을 수신하고, 상기 초기 시간(torigin)과 상기 시작 시간(tstart)간의 시간차와, 상기 초기 시간(torigin)과 상기 시작 시간(tstart)을 각각 수신한 시간간의 시간차를 이용하여 상기 네트워크 MCU 와의 클록간 오차율을 계산하고, 일정한 시간 주기로, 상기 오차율을 이용하여 상기 네트워크 MCU의 현재 시간을 예측한 현재 시간 예측치()를 상기 네트워크 MCU로 전송하고, 상기 네트워크 MCU로부터 상기 시간차()를 수신하고, 수신된 시간차에 따라서 내부의 클록 속도를 조절하여 동기화를 수행하는 상기 콘트롤 MCU를 포함한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a synchronization system including a plurality of microprocessor synchronization systems included in an EtherCAT-based slave system, wherein when the synchronization system is activated, And transmits its own initial time t origin and start time t start to the control MCU and outputs its current time prediction value ), The user's own actual time ( ) ≪ / RTI > ) To the control MCU; And receiving an initial time (t origin) and starting time (t start) of the network, MCU, and the initial time (t origin) and the time difference between the starting time (t start), the initial time (t origin) and the And a start time (t start ) of the network MCU, and calculates a current time prediction value by predicting a current time of the network MCU using the error rate at a constant time period ) From the network MCU to the network MCU, ), And controls the internal clock speed according to the received time difference to perform synchronization.
또한, 상기 네트워크 MCU는, 상기 슬레이브 시스템이 초기 기동되면, 상기 초기 시간(torigin)을 상기 콘트롤 MCU로 전송하고, 사전에 정의된 시간이 경과한 후, 상기 시작 시간(tstart)을 상기 콘트롤 MCU로 전송하며, 상기 콘트롤 MCU는, 상기 초기 시간(torigin)을 저장하고 상기 초기 시간(torigin)을 수신한 시간을 자신의 초기 시간(Torigin)으로 설정하며, 상기 시작 시간(tstart)을 수신하여 저장하고 상기 시작 시간(tstart)을 수신한 시간을 자신의 시작 시간(Tstart)으로 설정하며, 상기 초기 시간(torigin)과 상기 시작 시간(tstart)의 시간차와, 자신의 초기 시간(Torigin)과 시작 시간(Tstart)간의 시간차를 이용하여, 상기 네트워크 MCU와의 클록간 상기 오차율(error rate)을 계산할 수 있다.Also, the network MCU may transmit the initial time t origin to the control MCU when the slave system is initially activated, and may transmit the start time t start to the control MCU after the predetermined time elapses. Wherein the control MCU stores the initial time t origin and sets the time at which the t origin is received as its initial time t origin and the start time t start And sets a time at which the start time t start is received as its start time T start so that the time difference between the start time t origin and the start time t start The error rate between the clock and the network MCU can be calculated using the time difference between the initial time T origin and the start time T start of the network MCU.
또한, 상기 네트워크 MCU는 주기적으로 네트워크 프로세스(ECAT Process)를 수행하고, 네트워크 프로세스가 종료된 시점부터, 다음 네트워크 프로세스가 시작되는 시점까지의 중간 시점(tinit_delay)에 상기 시작 시간(tstart)을 상기 콘트롤 MCU로 전송할 수 있다.In addition, the network MCU periodically performs an ECAT process, and the start time t start is set at an intermediate time t init_delay from the end of the network process to the start of the next network process To the control MCU.
또한, 상기 오차율(error rate)은, 상기 콘트롤 MCU의 상기 초기 시간(Torigin)과 상기 시작 시간(tstart)간의 시간차에 대한 상기 네트워크 MCU의 상기 초기 시간(torigin) 및 상기 시작 시간(tstart)간의 시간차의 비율로서 계산될 수 있다.In addition, the error rate is calculated by multiplying the initial time t origin of the network MCU with the time difference between the initial time T origin of the control MCU and the start time t start and the start time t start ).
또한, 상기 콘트롤 MCU는, 아래의 수학식에 따라서 상기 네트워크 MCU의 현재 시간을 예측하고, , 은 상기 네트워크 MCU의 현재 시간 추정치를 나타내고, Tlocal은 상기 콘트롤 MCU의 현재 시간을 나타낸다.Further, the control MCU may predict the current time of the network MCU according to the following equation, , Represents the current time estimate of the network MCU, and T local represents the current time of the control MCU.
본 발명은 이더캣 기반의 슬레이브 시스템에 포함된 네트워크 MCU와 콘트롤 MCU 간의 동기화를 위해서, 콘트롤 MCU가 네트워크 MCU와 콘트롤 MCU간의 클록 오차율을 계산하고, 오차율을 이용하여 네트워크 MCU의 현재 시간을 예측하여 네트워크 MCU의 현재시간 예측치를 네트워크 MCU로 전송한다. 그러면, 네트워크 MCU에서, 콘트롤 MCU로부터 수신된 예측치와 실제 자신의 현재 시간간의 차이를 계산하여 콘트롤 MCU로 전송하고, 콘트롤 MCU는 네트워크 MCU의 현재 시간 예측치와 실제 현재 시간의 차이에 따라서 자신의 클록 속도를 빠르게 또는 느리게 조정함으로써 네트워크 MCU와 동기화를 수행한다. 이렇게, 이더캣 기반의 슬레이브 시스템 내부의 다수의 MCU간의 동기화를 수행함으로써, 처리 시간 지연을 방지할 수 있어 효율적인 시스템 운영이 가능하다.In order to synchronize a network MCU and a control MCU included in an Ethernet-based slave system, a control MCU calculates a clock error rate between a network MCU and a control MCU, predicts a current time of the network MCU using an error rate, The current time predicted value of the MCU is transmitted to the network MCU. Then, in the network MCU, the difference between the predicted value received from the control MCU and the actual current time is calculated and transmitted to the control MCU. The control MCU calculates the difference between the current clock time To synchronize with the network MCU. In this way, by performing synchronization among a plurality of MCUs in the EtherCAT-based slave system, processing time delay can be prevented and efficient system operation is possible.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전체 구성을 도시하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 동기화 방법 중 초기화 과정을 설명하는 타밍도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 동기화 방법 중 주기적 동기화 과정을 설명하는 타이밍도이다. 1 is a diagram showing an overall configuration according to a preferred embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a timing diagram illustrating an initialization process of a synchronization method according to a preferred embodiment of the present invention.
3 is a timing diagram illustrating a cyclic synchronization process among the synchronization methods according to a preferred embodiment of the present invention.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전체 구성을 도시하는 도면이다.1 is a diagram showing an overall configuration according to a preferred embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 이더캣(EtherCAT) 네트워크는 하나의 마스터 시스템(100)과 복수의 슬레이브 시스템들(200-1~200-N)이 네트워크를 통해서 서로 연결되어 구성되고, 본 발명의 슬레이브 시스템은 서보 모터 시스템으로 구현된다.Referring to FIG. 1, an EtherCAT network includes a
또한, 본 발명이 적용되는 슬레이브 시스템은 네트워크 기능을 제어하는 네트워크 MCU(Micro Controller Unit)(210)와 서보 모터 등의 제어를 담당하는 콘트롤 MCU(220)를 포함하여 구성되고, 네트워크 MCU(210)와 콘트롤 MCU(220)는 공유 메모리(230)를 통해서 서로 데이터를 교환할 수 있다.In addition, the slave system to which the present invention is applied includes a network MCU (Micro Controller Unit) 210 for controlling network functions and a
본 발명의 바람직한 실시예에서, 이더캣 네트워크 MCU(EtherCAT Network MCU)(210)는 마스터 시스템(100)과 통신을 통해서, 이더캣 네트워크의 마스터 시스템(100) 및 다른 슬레이브 시스템들과 동기화되고, 네트워크 통신과 관련된 기능을 제어한다. The EtherCAT Network MCU 210 is synchronized with the
콘트롤 MCU(220)는 기본적으로는 콘트롤 MCU(220)가 설치된 슬레이브 시스템의 동작을 제어하고(즉, 본 발명의 슬레이브 시스템이 서보 모터 시스템으로 구현되는 경우에는 서보 모터의 동작을 제어하고), 본 발명과 관련해서는 이더캣 네트워크 MCU(210)와 동기화를 수행한다. The
참고로, 이더캣(EtherCAT) 네트워크를 구성하는 마스터 시스템(100)과 복수의 슬레이브 시스템간의 동기화 방법에 대해서는, 분산 클록(distributed-clock) 기능을 이용하는 다수의 방법이 이미 공지되어 있을 뿐만 아니라, 본 출원인의 한국특허 제 10-1771612 호(발명의 명칭: 이더캣 기반의 동기화 오차 보상 시스템 및 그 방법)에도 자세하게 기술되어 있으므로, 구체적인 설명은 생략하고, 본 발명의 이더캣 네트워크 MCU(210)(이하 "네트워크 MCU(210)"라 약칭함)는 마스터 시스템(100) 및 다른 슬레이브 시스템들과 높은 수준으로 동기화되고 있다고 가정한다. For reference, a number of methods of using a distributed-clock function are already known for the synchronization method between the
이 때, 네트워크 MCU(210)와 독립적으로 동작하는 서보 모터 제어용 콘트롤 MCU(220)가 네트워크 MCU(210)에 동기화하기 위해서는 내부 클럭의 offset, 클럭 속도 차이, 그리고 drift 오차를 보정할 필요가 있다. 따라서, 본 발명의 바람직한 실시예는 초기화 과정과 주기적 동기화 과정을 통하여 이를 보정한다. In this case, in order for the
본 발명은 이더캣 네트워크 MCU(210)와 콘트롤 MCU(220) 간의 동기화 방법에 관한 것이므로, 이하에서는 이더캣 네트워크 MCU(210)와 콘트롤 MCU(220)의 일반적인 기능 설명은 생략하고, 도 2 및 도 3을 더 참조하여, 이들 간의 동기화 방법을 상세하게 설명한다. Since the present invention relates to a synchronization method between the Ethernet
참고로, 본 발명에서, 네트워크 MCU(210)의 시간을 't', 콘트롤 MCU(220)의 시간을 'T'로 나타낸다.In the present invention, the time of the network MCU 210 is denoted by 't', and the time of the
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 동기화 방법 중 초기화 과정을 설명하는 타밍도이고, 도 3은 주기적 동기화 과정을 설명하는 타이밍도이다. FIG. 2 is a timing diagram illustrating an initialization process of a synchronization method according to a preferred embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a timing diagram illustrating a periodic synchronization process.
먼저, 도 2를 더 참조하면, 네트워크 MCU(210) 및 콘트롤 MCU(220)가 설치된 슬레이브 시스템(서보 모터 시스템)이 초기 기동되면(Boot Up), 네트워크 MCU(210) 및 콘트롤 MCU(220)가 각각 주기적으로 수행하는 제어 사이클 시간을 결정하고, 이들 주기의 최소 공배수를 동기화 주기로 설정하여, 이 동기화 주기마다 네트워크 MCU(210) 및 콘트롤 MCU(220) 간의 동기화를 수행한다. 예컨대, 네트워크 MCU(210)의 프로세싱 주기가 4msec이고, 콘트롤 MCU(220)의 프로세싱 주기가 3msec 인 경우에, 매 12msec마다 네트워크 MCU(210) 및 콘트롤 MCU(220) 간의 동기화가 수행된다.2, when the slave system (servo motor system) including the
먼저, 초기화 과정에서, 네트워크 MCU(210)의 네트워크 초기화가 완료되면, 네트워크 MCU(210)는 초기 시간(torigin)을 콘트롤 MCU(220)로 전송하고, 콘트롤 MCU(220)는 네트워크 MCU(210)로부터 수신된 초기 시간(torigin)을 저장하는 한편, 네트워크 MCU(210)의 초기 시간(torigin)을 수신한 시간을 자신의 초기 시간(Torigin)으로 설정한다.First, in the initialization process, when the network initialization of the
그 후, 네트워크 MCU(210)는 주기적으로 네트워크 제어 프로세스(ECAT Process)를 수행하고, 첫 번째 네트워크 제어 프로세스가 종료된 시점부터, 사전에 정의된 시간(t_init_delay)이 경과하면, 시작 시간(tstart)을 콘트롤 MCU(220)로 전송한다. 이 때, 네트워크 MCU(210)는 네트워크 프로세스가 종료된 시점부터, 다음 네트워크 프로세스가 시작되는 시점까지의 중간 시점(tinit_delay)에 시작 시간(tstart)을 콘트롤 MCU(220)로 전송한다. Thereafter, the
본 발명의 바람직한 실시예에서, 네트워크 MCU(210)가 시작 시간(tstart)을 콘트롤 MCU(220)로 전송하는 중간 시간(tinit_delay)은, 네트워크 프로세스(ECAT Process)가 종료된 시점과 다음 네트워크 프로세스(ECAT Process)가 시작되는 시점간의 정확한 중간 시점으로 설정하였고, 다음과 같은 수학식 1로 표현된다.In the preferred embodiment of the present invention, the intermediate time (t init_delay ) at which the
[수학식 1][Equation 1]
상기 수학식 1에서 tcycle 은 네트워크 MCU(210)가 네트워크 프로세스를 수행하는 주기를 나타내고, tprocess는 네트워크 MCU(210)가 네트워크 프로세스를 수행하는 동안의 시간 기간을 나타낸다.In Equation (1), t cycle denotes a period in which the
한편, 콘트롤 MCU(220)는 시작 시간(tstart)을 수신하면, 수신된 시작 시간(tstart)을 저장하고, 시작 시간(tstart)을 수신한 자신의 시작 시간(Tstart)를 설정한다. On the other hand, sets the control MCU (220) is a start time (t start) a, stores the received starting time (t start), start time (t start) their start time (T start) receiving the Upon receiving .
그 후, 콘트롤 MCU(220)는 아래의 수학식 2에 따라서 네트워크 MCU(210)와 콘트롤 MCU(220) 클록간의 오차율(error rate)을 계산하고, 콘트롤 MCU(220)의 주기적 제어 프로세스(Control Process)를 시작한다.Thereafter, the
[수학식 2]&Quot; (2) "
상기와 같은 과정을 통해서 초기화 과정이 종료되면, 주기적인 동기화 절차를 진행한다.When the initialization process is completed through the above process, a periodic synchronization procedure is performed.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 동기화 방법 중 주기적 동기화 과정을 설명하는 타이밍도이다.3 is a timing diagram illustrating a cyclic synchronization process among the synchronization methods according to a preferred embodiment of the present invention.
도 3을 참조하여 주기적인 동기화 절차를 설명하면, 상술한 바와 같이, 네트워크 MCU(210)와 콘트롤 MCU(220)의 제어 주기가 다른 경우, 두 MCU 제어 주기의 최소 공배수에 해당하는 시간 마다 주기적 동기화 절차를 수행한다. 3, when the control cycles of the
주기적 동기화가 시작되면, 먼저 콘트롤 MCU(220)에서는 현재 시간(Tlocal) 및 수학식 2에 따라서 계산된 오차율을 이용하여 네트워크 MCU(210)의 현재 시간을 예측하여 현재 시간 예측치()를 생성하고, 현재 시간 예측치를 Ack request와 함께 네트워크 MCU(210)로 전송한다. 본 발명의 바람직한 실시예는 아래의 수학식 3에 따라서 네트워크 MCU(210)의 현재 시간을 예측하였다.When the periodic synchronization starts, the
[수학식 3]&Quot; (3) "
네트워크 MCU(210)는 콘트롤 MCU(220)로부터 수신된 현재 시간 예측치()와 자신의 클록에 따른 실제 현재 시간()간의 차이()를 계산하여 Ack Response와 함께 콘트롤 MCU(220)로 전송한다.The network MCU 210 receives the current time estimate (< RTI ID = 0.0 > ) And the actual current time according to its clock ( ) And sends it to the
콘트롤 MCU(220)는 를 수신하고, 이를 이용하여 내부 클록을 빠르게 조절하거나 느리게 조절하는 방법으로 보정을 수행함으로써, 네트워크 MCU(210)와의 동기화를 수행한다.The
그 후, 콘트롤 MCU(220)는 다음 동기화 주기가 도래하면, 다시 네트워크 MCU(210)의 현재 시간을 예측하여 현재 시간 예측치()를 생성하여 Ack request와 함께 네트워크 MCU(210)로 전송함으로써 동기화를 다시 수행한다.Then, when the next synchronization period comes, the
본 발명은 또한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피디스크, 광데이터 저장장치 등이 있다. 또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다.The present invention can also be embodied as computer-readable codes on a computer-readable recording medium. A computer-readable recording medium includes all kinds of recording apparatuses in which data that can be read by a computer system is stored. Examples of the computer-readable recording medium include ROM, RAM, CD-ROM, magnetic tape, floppy disk, optical data storage, and the like. The computer readable recording medium may also be distributed over a networked computer system so that computer readable code can be stored and executed in a distributed manner.
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.The present invention has been described with reference to the preferred embodiments. It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. Therefore, the disclosed embodiments should be considered in an illustrative rather than a restrictive sense. The scope of the present invention is defined by the appended claims rather than by the foregoing description, and all differences within the scope of equivalents thereof should be construed as being included in the present invention.
100 : 마스터 시스템
200-1~200-N : 슬레이브 시스템 1 ~ 슬레이브 시스템 N
210 : 이더캣 MCU
220 : 콘트롤 MCU
230 : 공유 메모리100: Master system
200-1 to 200-N:
210: EtherCAT MCU
220: Control MCU
230: Shared memory
Claims (11)
(a) 상기 콘트롤 MCU가 상기 네트워크 MCU의 두 시점간의 시간차와, 상기 콘트롤 MCU의 두 시점간의 시간차를 이용하여, 상기 콘트롤 MCU와 상기 네트워크 MCU의 클록간 오차율을 계산하는 초기화 단계;
(b) 상기 콘트롤 MCU가 일정한 시간 주기로, 상기 오차율을 이용하여 상기 네트워크 MCU의 현재 시간을 예측한 현재 시간 예측치()를 상기 네트워크 MCU로 전송하는 단계;
(c) 상기 네트워크 MCU가 상기 현재 시간 예측치()와 자신의 실제 현재 시간()간의 시간차()를 계산하여 상기 콘트롤 MCU로 전송하는 단계; 및
(d) 상기 콘트롤 MCU가 상기 시간차()를 수신하고, 수신된 시간차()에 따라서 상기 콘트롤 MCU 내부의 클록 속도를 조절하여 동기화를 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 동기화 방법.As a synchronization method between a network MCU and a control MCU included in an Ethernet-based slave system,
(a) an initialization step of calculating the error rate between clocks of the control MCU and the network MCU using the time difference between the two points of time of the control MCU and the two points of time of the control MCU;
(b) a current time predicted value obtained by predicting the current time of the network MCU using the error rate at a predetermined time period by the control MCU ) To the network MCU;
(c) if the network MCU receives the current time estimate ) And their actual current time ( ) ) To the control MCU; And
(d) when the control MCU detects that the time difference ), And receives the received time difference ( And adjusting the clock speed in the control MCU according to the control clock to perform synchronization.
상기 네트워크 MCU가 자신의 초기 시간(torigin) 및 시작 시간(tstart)을 각각 상기 콘트롤 MCU로 전송하면, 상기 콘트롤 MCU가 상기 초기 시간(torigin) 및 상기 시작 시간(tstart)간의 시간차와, 상기 네트워크 MCU로부터 상기 초기 시간(torigin)을 수신한 시간(Torigin)과 상기 시작 시간(tstart)을 수신한 시간(Tstart)간의 시간차를 이용하여 상기 오차율을 계산하는 것을 특징으로 하는 동기화 방법.The method of claim 1, wherein step (a)
When the network MCU transmits its initial time t origin and start time t start to the control MCU respectively, the control MCU calculates a time difference between the initial time t origin and the start time t start , by using the time difference between the from the network MCU the initial time (t origin) the received time (T origin) and the starting time (t start) the received time (T start), characterized in that calculating the error rate How to synchronize.
(a1) 상기 슬레이브 시스템이 초기 기동되면, 상기 네트워크 MCU가 상기 초기 시간(torigin)을 상기 콘트롤 MCU로 전송하는 단계;
(a2) 상기 콘트롤 MCU가 상기 초기 시간(torigin)을 저장하고, 상기 초기 시간(torigin)을 수신한 시간을 자신의 초기 시간(Torigin)으로 설정하는 단계;
(a3) 사전에 정의된 시간이 경과한 후, 상기 네트워크 MCU가 상기 시작 시간(tstart)을 상기 콘트롤 MCU로 전송하는 단계;
(a4) 상기 콘트롤 MCU가 상기 시작 시간(tstart)을 수신하여 저장하고, 상기 시작 시간(tstart)을 수신한 시간을 자신의 시작 시간(Tstart)으로 설정하는 단계; 및
(a5) 상기 콘트롤 MCU가, 상기 네트워크 MCU의 상기 초기 시간(torigin)과 상기 시작 시간(tstart)간의 시간차와, 상기 콘트롤 MCU의 상기 초기 시간(Torigin)과 상기 시작 시간(Tstart)간의 시간차를 이용하여, 상기 콘트롤 MCU와 상기 네트워크 MCU의 클록간 상기 오차율(error rate)을 계산하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 동기화 방법.3. The method of claim 2, wherein step (a)
(a1) when the slave system is initially activated, the network MCU transmits the initial time t origin to the control MCU;
(a2) step in which the control MCU stores the initial time (t origin), and set the received time to the initial time (t origin) to their initial time (T origin);
(a3) after the predetermined time has elapsed, the network MCU transmits the start time (t start ) to the control MCU;
(a4) step in which the control MCU receives and stores the starting time (t start), set the received time to the start time (t start) to their start time (T start); And
(a5) The control MCU monitors the time difference between the initial time t origin of the network MCU and the start time t start , the initial time T origin of the control MCU and the start time T start , And calculating the error rate between the clocks of the control MCU and the network MCU using the time difference between the control MCU and the network MCU.
상기 네트워크 MCU는 주기적으로 네트워크 프로세스(ECAT Process)를 수행하고,
상기 (a3) 단계에서, 상기 네트워크 MCU는 네트워크 프로세스가 종료된 시점부터, 다음 네트워크 프로세스가 시작되는 시점까지의 중간 시점(tinit_delay)에 상기 시작 시간(tstart)을 상기 콘트롤 MCU로 전송하는 것을 특징으로 하는 동기화 방법.The method of claim 3,
The network MCU periodically performs a network process (ECAT process)
In step (a3), the network MCU transmits the start time t start to the control MCU at an intermediate time t init_delay from the end of the network process to the start of the next network process Characterized by a synchronization method.
상기 콘트롤 MCU의 상기 초기 시간(Torigin)과 상기 시작 시간(Tstart)간의 시간차에 대한 상기 네트워크 MCU의 상기 초기 시간(torigin) 및 상기 시작 시간(tstart)간의 시간차의 비율로서 계산되는 것을 특징으로 하는 동기화 방법.3. The method of claim 2, wherein the error rate is
Is calculated as a ratio of the time difference between the initial time t origin of the network MCU and the start time t start with respect to the time difference between the initial time T origin of the control MCU and the start time T start Characterized by a synchronization method.
상기 (b) 단계는 아래의 수학식에 따라서 상기 네트워크 MCU의 현재 시간을 예측하고,
은 상기 네트워크 MCU의 현재 시간 추정치를 나타내고, Tlocal은 상기 콘트롤 MCU의 현재 시간을 나타내는 것을 특징으로 하는 동기화 방법.
6. The method of claim 5,
The step (b) estimates the current time of the network MCU according to the following equation,
And T local represents the current time of the control MCU. ≪ RTI ID = 0.0 > 11. < / RTI >
상기 동기화 시스템이 기동되면, 서로 다른 시점의 자신의 초기 시간(torigin)과 시작 시간(tstart)을 콘트롤 MCU로 전송하고, 상기 콘트롤 MCU로부터 일정한 시간 주기로 자신의 현재 시간 예측치()를 수신하면 자신의 실제 시간()과의 시간차()를 계산하여 상기 콘트롤 MCU로 전송하는 네트워크 MCU; 및
상기 네트워크 MCU의 초기 시간(torigin)과 시작 시간(tstart)을 수신하고, 상기 초기 시간(torigin)과 상기 시작 시간(tstart)간의 시간차와, 상기 초기 시간(torigin)과 상기 시작 시간(tstart)을 각각 수신한 시간간의 시간차를 이용하여 상기 네트워크 MCU 와의 클록간 오차율을 계산하고, 일정한 시간 주기로, 상기 오차율을 이용하여 상기 네트워크 MCU의 현재 시간을 예측한 현재 시간 예측치()를 상기 네트워크 MCU로 전송하고, 상기 네트워크 MCU로부터 상기 시간차()를 수신하고, 수신된 시간차에 따라서 내부의 클록 속도를 조절하여 동기화를 수행하는 상기 콘트롤 MCU를 포함하는 것을 특징으로 하는 동기화 시스템.A plurality of inter-microprocessor synchronization systems included in an EtherCAT-based slave system,
When the synchronization system is activated, it transmits its initial time t origin and start time t start at different points of time to the control MCU, and outputs its current time prediction value ), The user's own actual time ( ) ≪ / RTI > ) To the control MCU; And
And the time difference between the initial time of the network MCU (t origin) and starting time (t start) to receive, wherein the initial time (t origin) and the starting time (t start), and the starting the initial time (t origin) (T start ) of the network MCU by using the time difference between the clocks of the network MCU and the network MCU, and estimates the current time by using the error rate in a predetermined time period ) From the network MCU to the network MCU, ), And controls the internal clock speed according to the received time difference to perform synchronization.
상기 네트워크 MCU는, 상기 슬레이브 시스템이 초기 기동되면, 상기 초기 시간(torigin)을 상기 콘트롤 MCU로 전송하고, 사전에 정의된 시간이 경과한 후, 상기 시작 시간(tstart)을 상기 콘트롤 MCU로 전송하며,
상기 콘트롤 MCU는, 상기 초기 시간(torigin)을 저장하고 상기 초기 시간(torigin)을 수신한 시간을 자신의 초기 시간(Torigin)으로 설정하며, 상기 시작 시간(tstart)을 수신하여 저장하고 상기 시작 시간(tstart)을 수신한 시간을 자신의 시작 시간(Tstart)으로 설정하며, 상기 초기 시간(torigin)과 상기 시작 시간(tstart)의 시간차와, 자신의 초기 시간(Torigin)과 시작 시간(Tstart)간의 시간차를 이용하여, 상기 네트워크 MCU와의 클록간 상기 오차율(error rate)을 계산하는 것을 특징으로 하는 동기화 시스템.8. The method of claim 7,
The network MCU transmits the initial time t origin to the control MCU when the slave system is initially activated and transmits the start time t start to the control MCU after a predetermined time elapses ≪ / RTI &
The control MCU stores the initial time t origin and sets the time at which the origin t origin is received as its initial time T origin and receives the start time t start And sets a time at which the start time t start is received as its start time T start so that the time difference between the start time t origin and the start time t start and the initial time T origin) and the start time (T start) by using the time difference between, synchronization system, characterized in that calculating the error rate (error rate) between the network clock with the MCU.
상기 네트워크 MCU는 주기적으로 네트워크 프로세스(ECAT Process)를 수행하고, 네트워크 프로세스가 종료된 시점부터, 다음 네트워크 프로세스가 시작되는 시점까지의 중간 시점(tinit_delay)에 상기 시작 시간(tstart)을 상기 콘트롤 MCU로 전송하는 것을 특징으로 하는 동기화 시스템.9. The method of claim 8,
The network MCU periodically performs an ECAT process and transmits the start time t start to the control unit at an intermediate time t init_delay from the end of the network process to the start of the next network process. To the MCU.
상기 콘트롤 MCU의 상기 초기 시간(Torigin)과 상기 시작 시간(tstart)간의 시간차에 대한 상기 네트워크 MCU의 상기 초기 시간(torigin) 및 상기 시작 시간(tstart)간의 시간차의 비율로서 계산되는 것을 특징으로 하는 동기화 시스템.9. The method of claim 8, wherein the error rate is
Is calculated as a ratio of the time difference between the initial time t origin of the network MCU and the start time t start with respect to the time difference between the initial time T origin of the control MCU and the start time t start Characterized by a synchronization system.
아래의 수학식에 따라서 상기 네트워크 MCU의 현재 시간을 예측하고,
은 상기 네트워크 MCU의 현재 시간 추정치를 나타내고, Tlocal은 상기 콘트롤 MCU의 현재 시간을 나타내는 것을 특징으로 하는 동기화 시스템.11. The apparatus of claim 10, wherein the control MCU
Estimates the current time of the network MCU according to the following equation,
And T local represents the current time of the control MCU. ≪ RTI ID = 0.0 > 11. < / RTI >
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