專利名稱：同步媒介訪問控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及媒介訪問控制器(MAC，Medium Access Controller)，尤其是可面向工業(yè)測試與自動化系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)高精度時間傳遞以及時鐘再生功能的同步媒介訪問控制器(SMAC，Synchronization Medium Access Controller)，特別適合應(yīng)用在微型網(wǎng)絡(luò)終端和測試探頭中的高精度時間傳遞和時鐘再生。
背景技術(shù)：
基于MAC的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)已得到飛速發(fā)展與廣泛應(yīng)用，為實現(xiàn)不同節(jié)點的同步測試等業(yè)務(wù)應(yīng)用，節(jié)點之間需要在時間上實現(xiàn)統(tǒng)一，尤其是相對于某一時間標準的統(tǒng)一。目前市場上可買到的MAC和技術(shù)資料公布的MAC均不具有時間傳遞和時鐘再生功能，使得采用MAC進行時間傳遞的方法如SynUTC和IEEE 1588等都比較復(fù)雜，需要高層協(xié)議支持與參與，給網(wǎng)絡(luò)增加較大負載，且由于MAC不具有時間傳遞功能，使得網(wǎng)絡(luò)時間傳遞方法都是閉環(huán)的，即需要一個獨立的往返傳遞包過程來估計時間同步幀的單向傳遞時延，使得時間傳遞精度降低，目前公布的最好的時間傳遞精度達到100ns；同時由于MAC不具有時鐘再生功能，即不能在各個節(jié)點再生同步的秒脈沖時鐘信號，使得多網(wǎng)點同步測試中缺少標準時間脈沖信號作為參考，進而產(chǎn)生同步采樣脈沖比較困難。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是設(shè)計一種具有時間傳遞、時間檢測和時鐘再生功能的SMAC，使得在MAC層實現(xiàn)高精度時間傳遞以及多節(jié)點同步測試所需的同步秒脈沖時鐘信號再生。
本發(fā)明的技術(shù)方案是本發(fā)明SMAC是一個集成電路，由媒介訪問控制器、時間傳遞服務(wù)單元、時間標記處理單元、時間同步處理單元、時鐘信號再生單元以及本地時鐘處理單元組成，各單元之間通過總線接口或時鐘信號線實現(xiàn)互連。
媒介訪問控制器是符合具體網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的傳輸媒介訪問控制電路，執(zhí)行媒介存取與控制協(xié)議，實現(xiàn)幀的發(fā)送與接收，它通過總線接口與上層邏輯和時間傳遞服務(wù)單元互連，通過物理層PHY(Physical Layer)數(shù)字接口(如AUI/MII/RMII/GMII等)與時間標記處理單元互連。它一方面從上層邏輯與時間傳遞服務(wù)單元接收數(shù)據(jù)幀和時間幀(包括測量幀、應(yīng)答幀、請求幀和同步幀)，對幀進行校驗和計算與排隊處理，等待鏈路空閑時，傳遞給時間標記處理單元進行幀發(fā)送，一方面接收時間標記處理單元轉(zhuǎn)發(fā)的來自PHY的幀，并將所有的幀傳遞給上層邏輯，將時間幀傳遞給與時間傳遞服務(wù)單元。
時間傳遞服務(wù)單元是一個處理器，它協(xié)調(diào)管理時間傳遞過程，提供時間服務(wù)，產(chǎn)生時間傳遞所需的測量幀和同步幀，以及計算鏈路時延和存儲SMAC狀態(tài)屬性與時間變量，通過總線接口與上層邏輯、媒介訪問控制器、時間標記處理單元和本地時鐘處理單元連接，由幀服務(wù)模塊、時間服務(wù)模塊和SMAC屬性變量區(qū)組成，幀服務(wù)模塊和時間服務(wù)模塊與SMAC屬性變量區(qū)之間通過總線接口連接。幀服務(wù)模塊通過數(shù)據(jù)總線與媒介訪問控制器接口，產(chǎn)生測量幀、應(yīng)答幀、同步幀以及請求幀，并向媒介訪問控制器發(fā)送，測量幀在SMAC建立連接時產(chǎn)生，用于測量鏈路時延；應(yīng)答幀用于對接收到的測量幀進行應(yīng)答；同步幀在SMAC作為主節(jié)點時可以定時產(chǎn)生或接收到從節(jié)點的請求幀時產(chǎn)生，用于實現(xiàn)標準時間由主節(jié)點向從節(jié)點傳遞以及對交換時延進行測量；請求幀在SMAC作為從節(jié)點時可以定時產(chǎn)生，以實現(xiàn)向主節(jié)點請求發(fā)送同步幀。時間服務(wù)模塊通過總線接口與上層邏輯、本地時鐘處理單元、時間標記處理單元相連，接收上層邏輯的時間服務(wù)請求，從本地時鐘處理單元讀取當前時間進行應(yīng)答；該模塊根據(jù)時間標記處理單元從應(yīng)答幀中提取的時戳信息計算出鏈路時延Δτlink，并存儲到SMAC屬性變量區(qū)中；對于工作在交換設(shè)備中的SMAC，該模塊同時還接收時間標記處理單元從同步幀中提取的時戳信息，通過總線接口存儲到交換設(shè)備的時間變量存儲區(qū)中。SMAC屬性變量區(qū)是存儲配置信息以及時間信息的寄存器，存儲節(jié)點角色、同步幀產(chǎn)生的時間間隔和鏈路狀態(tài)等配置信息以及鏈路時延和時戳信息等與時間相關(guān)的信息；它通過總線接口接收來自上層邏輯的配置信息、來自時間標記處理單元提取的時戳信息以及來自時間服務(wù)模塊的鏈路時延信息，并向上層邏輯和幀服務(wù)模塊提供配置信息和時間信息訪問接口。假設(shè)應(yīng)答幀中提取的時戳信息中的發(fā)送時戳和滯留時延為TS發(fā)和Δτstay，接收到應(yīng)答幀的接收時戳為TS收，則鏈路時延Δτlink等于往返鏈路傳播時延的一半，即Δτlink＝(TS收-TS發(fā)-Δτstay)/2時間標記處理單元是一個處理器，它從媒介訪問控制器接收幀，檢測測量幀、應(yīng)答幀和同步幀并標記收發(fā)時戳、提取幀中時戳信息以及向幀中插入時戳信息，由發(fā)送檢測標記模塊、接收檢測標記模塊以及校驗和計算模塊組成。該單元位于媒介訪問控制器與PHY之間的物理層數(shù)字接口上，通過物理層數(shù)字接口與媒介訪問控制器和PHY連接，同時通過總線接口與時間傳遞服務(wù)單元、時間同步處理單元和本地時鐘處理單元連接。發(fā)送檢測標記模塊從媒介訪問控制器接收幀，檢測出測量幀、應(yīng)答幀和同步幀，對于測量幀和當前SMAC新產(chǎn)生的同步幀插入發(fā)送時戳，對于應(yīng)答幀計算并插入滯留時延，對于傳遞與交換中的同步幀則計算與插入路徑時延；校驗和計算模塊對發(fā)送檢測標記模塊插入了時戳信息的幀重新計算校驗和，向PHY發(fā)送；接收檢測標記模塊檢測從PHY接收到的測量幀、應(yīng)答幀和同步幀，記錄幀的接收時戳，提取幀中的時戳信息(包括測量幀中的源節(jié)點發(fā)送時戳、應(yīng)答幀中的源節(jié)點發(fā)送時戳與幀滯留時延以及同步幀中的主節(jié)點發(fā)送時戳與幀路徑時延)，并將提取的時戳信息通過總線接口傳遞給時間傳遞服務(wù)單元和時間同步處理單元。收發(fā)時戳是通過總線接口從本地時鐘處理單元讀取的時間。時間標記處理單元對數(shù)據(jù)幀直接轉(zhuǎn)發(fā)而不做任何處理。
時間同步處理單元是一個由脈沖信號產(chǎn)生器和2個加法器組成的邏輯電路，計算路徑時延和補償處理時延，產(chǎn)生與時間源時間同步的時鐘信號，它通過總線接口與時間標記處理單元、時鐘信號再生單元和本地時鐘處理單元連接。第一加法器接收時間標記處理單元提取的同步幀中的路徑時延以及時間傳遞服務(wù)單元SMAC屬性變量區(qū)中存儲的鏈路時延，計算出同步幀傳遞的路徑時延給脈沖信號產(chǎn)生器和第二加法器，假設(shè)鏈路時延為Δτlink，提取的路徑時延為Δτpath1，則第一加法器計算的路徑時延Δτpath2為提取的路徑時延與鏈路時延之和，即Δτpath2＝Δτpath1+Δτlink脈沖信號產(chǎn)生器是產(chǎn)生脈沖信號并記錄脈沖上升沿時刻的電路，在接收到第一加法器計算的路徑時延Δτpath2的同時產(chǎn)生一個脈沖信號，并從本地時鐘處理單元提取脈沖信號上升沿時刻信息T節(jié)點，該脈沖信號作為同步脈沖向外輸出給時鐘信號再生單元和本地時鐘處理單元，將T節(jié)點傳遞給第二加法器。
第二加法器接收脈沖信號產(chǎn)生器記錄的脈沖信號上升沿時刻信息T節(jié)點、第一加法器計算的路徑時延Δτpath2以及時間標記處理單元標記的同步幀接收時戳TS收和從同步幀中提取的主節(jié)點發(fā)送時戳TS源，計算出同步時間T同步(發(fā)送時戳、路徑時延與處理時延之和)T同步＝TS源+Δτpath2+(T節(jié)點-TS收)其中，T節(jié)點-TS收為時間標記處理單元標記同步幀到脈沖信號產(chǎn)生器產(chǎn)生同步脈沖信號期間產(chǎn)生的處理時延。
T同步即為同步于主節(jié)點時間源時間的同步脈沖信號上升沿時刻，該時刻信息與同步脈沖一起作為同步時鐘信號輸出給時鐘信號再生單元和本地時鐘處理單元。
時鐘信號再生單元是一個延遲輸出脈沖、產(chǎn)生秒脈沖以及選擇脈沖信號的邏輯電路，它通過總線接口與時間同步處理單元連接，通過時鐘信號線與本地時鐘處理單元連接。它接收時間同步處理單元產(chǎn)生的同步時鐘信號，進行整秒時延補償和空秒信號填補后，再生與主節(jié)點時間源時間同步的1PPS時鐘信號，由處理器、整秒時延補償模塊和空秒信號填補模塊組成。
處理器接收同步時鐘信號中的同步時間T同步，根據(jù)本地時鐘處理單元輸出的時鐘脈沖頻率，計算出T同步相對于最近下一個整秒時刻時間差所對應(yīng)的時延比較值給整秒時延補償模塊，計算出一個整秒所對應(yīng)的整秒比較值給空秒信號填補模塊；同時，根據(jù)當前秒內(nèi)是否接收到T同步，產(chǎn)生填補使能信號給空秒信號填補模塊。處理器接收空秒信號填補模塊輸出的1PPS時鐘信號，每接收到一個1PPS脈沖后，重新進行填補使能信號判斷，在接收到T同步時為填補無效，沒有接收到T同步時為填補有效。
整秒時延補償模塊是一個脈沖延遲輸出電路，通過總線接口接收時間同步處理單元產(chǎn)生的同步時鐘信號，將非整秒對齊同步脈沖信號進行時延補償，產(chǎn)生整秒對齊時鐘脈沖并發(fā)送給空秒信號填補模塊。
空秒信號填補模塊是一個本地秒脈沖產(chǎn)生與脈沖信號選擇電路，通過信號線接收整秒時延補償模塊產(chǎn)生的整秒對齊時鐘脈沖，同時通過時鐘信號線接收本地時鐘處理單元輸出的時鐘脈沖，用于填補整秒對齊時鐘脈沖中空缺的整秒信號，產(chǎn)生與主節(jié)點時間同步的1PPS時鐘信號及時間信息。該模塊以本地時鐘處理單元輸出的時鐘脈沖作為計數(shù)脈沖，根據(jù)處理器通過總線接口傳遞的整秒比較值計數(shù)產(chǎn)生秒脈沖，當處理器通過信號線傳遞的填補使能信號為填補有效時，選擇整秒對齊時鐘脈沖作為輸出，實現(xiàn)空缺整秒信號的填補，最后輸出的脈沖信號即為1PPS時鐘信號。
本地時鐘處理單元是產(chǎn)生時間信息以及時鐘脈沖的電路，由計時模塊、倍頻模塊和時間修正模塊組成。它通過時鐘線與外部晶振或時間源(如GPS)連接，通過總線接口與時間傳遞服務(wù)單元、時間同步處理單元和時間標記處理單元連接，通過時鐘信號線與時鐘信號再生單元連接。計時模塊是一個計時器，它接收外部晶振經(jīng)倍頻模塊倍頻后的時鐘脈沖或時間源的時鐘脈沖，進行計時產(chǎn)生時間信息輸出給時間標記處理單元和時間同步處理單元。外部晶振由倍頻模塊倍頻后產(chǎn)生時鐘脈沖信號輸出給時鐘信號再生單元；時間修正模塊通過總線接口接收時間同步處理單元輸出的與時間源同步的時間信號，計算出節(jié)點相對于主節(jié)點時間源時間的偏差，通過對倍頻模塊的參數(shù)進行控制，實現(xiàn)對本地時間的校正。當前節(jié)點時鐘相對于主節(jié)點時間源時間的偏差ΔT等于時間同步處理單元脈沖時刻記錄器記錄的時間T節(jié)點減去同步時間T同步，即ΔT＝T節(jié)點-T同步時間傳遞服務(wù)單元的幀服務(wù)模塊產(chǎn)生的測量幀是符合具體網(wǎng)絡(luò)協(xié)議幀結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)傳輸單元，用于測量直接互連的兩個SMAC之間在建立連接時的鏈路時延。測量幀除了包含符合網(wǎng)絡(luò)協(xié)議規(guī)范的幀頭信息外，還包含與時間相關(guān)的域，主要有幀類型、測量幀標志字、測量幀ID、源節(jié)點發(fā)送時戳以及幀滯留時延，幀類型域標記當前幀的類型(區(qū)別測量幀、同步幀和其他幀)，測量幀標志字域標記幀類型(區(qū)別測量幀和應(yīng)答幀)，測量幀ID域記錄當前測量幀的序號，源節(jié)點發(fā)送時戳域記錄幀在源節(jié)點發(fā)送時的時間，幀滯留時延域記錄從測量幀進入目的節(jié)點SMAC到應(yīng)答幀離開時所經(jīng)歷的時延。源節(jié)點SMAC成功與目的節(jié)點SMAC建立連接后創(chuàng)建測量幀，并在發(fā)送幀時以源節(jié)點時間為基準填充發(fā)送時戳域并初始化幀滯留時延域為零。幀滯留時延域由目的節(jié)點SMAC在發(fā)送測量幀的應(yīng)答幀時以其本地時鐘為基準進行計算并填充。
時間傳遞服務(wù)單元的幀服務(wù)模塊產(chǎn)生的同步幀是符合具體網(wǎng)絡(luò)協(xié)議幀結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)傳輸單元，用于傳遞標準時間信息、測量交換時延以及傳遞路徑時延信息。同步幀除了包含符合網(wǎng)絡(luò)協(xié)議規(guī)范的幀頭信息外，還包含與時間相關(guān)的域，主要有幀類型、同步幀標志字、同步幀ID、主節(jié)點發(fā)送時戳以及幀路徑時延。幀類型域標記當前幀的類型(區(qū)別測量幀、同步幀和其他幀)，同步幀標志字域用于標記幀類型(區(qū)別同步幀和請求幀)，同步幀ID域記錄當前同步幀的序號，主節(jié)點發(fā)送時戳域記錄幀在主節(jié)點發(fā)送時的時間，幀路徑時延域記錄同步幀從主節(jié)點SMAC傳遞到從節(jié)點SMAC的時延信息。同步幀由主節(jié)點SMAC定時產(chǎn)生或接收到從節(jié)點的請求幀時產(chǎn)生，并在發(fā)送幀時由SMAC填充發(fā)送時戳域并初始化幀路徑時延域為零；幀路徑時延域由SMAC交換設(shè)備的發(fā)送端口SMAC計算和填充，在每一個接收端口SMAC被提取。
1個配置SMAC的主節(jié)點、0個或多個配置SMAC的交換設(shè)備和1個配置SMAC的從節(jié)點組成一條時間傳遞鏈。節(jié)點是時間傳遞鏈中的時間傳遞的起點或終點，主節(jié)點是時間傳遞的起點，從節(jié)點是時間傳遞的終點。一個節(jié)點中配置一個SMAC，一個交換設(shè)備中可配置多個SMAC。SMAC在節(jié)點中向上通過總線接口與上層邏輯(如網(wǎng)絡(luò)層)互連，向下通過物理層數(shù)字接口與PHY互連。SMAC在交換設(shè)備中位于交換邏輯與物理層之間，與交換邏輯通過總線接口互連，與PHY通過物理層數(shù)字接口相連，同時每一個SMAC還通過總線接口與時間變量存儲區(qū)相連。交換邏輯實現(xiàn)幀交換，SMAC實現(xiàn)幀的收發(fā)以及與時間相關(guān)的處理和計算，時間變量存儲區(qū)存儲時間信息并在各SMAC之間共享。一個節(jié)點SMAC經(jīng)通信鏈路與另一個節(jié)點SMAC連接，或與交換設(shè)備的一個SMAC連接，交換設(shè)備之間通過一對SMAC相連。主節(jié)點SMAC外接時間源，為時間傳遞鏈提供標準時間。主節(jié)點SMAC通過時間傳遞鏈向從節(jié)點SMAC廣播含有時間信息的同步幀；時間傳遞鏈通過SMAC實時測量出同步幀由主節(jié)點SMAC到從節(jié)點SMAC傳遞過程中產(chǎn)生的路徑時延；從節(jié)點SMAC通過同步幀傳遞的標準時間信息和路徑時延計算出與主節(jié)點時間源的時間偏差，通過此時間偏差實現(xiàn)對從節(jié)點時間的校正。
采用本發(fā)明能產(chǎn)生以下技術(shù)效果1.SMAC除了具有媒介訪問控制功能外，還在物理層數(shù)字接口實現(xiàn)與時間傳遞和統(tǒng)一相關(guān)的功能與操作，能產(chǎn)生測量幀和同步幀，具有時間傳遞、時間檢測以及時鐘再生功能，因此可在MAC層實現(xiàn)時間傳遞，無需MAC以上的高層協(xié)議和程序支持，增加網(wǎng)絡(luò)負載小；2.SMAC能面向網(wǎng)絡(luò)測試提供再生秒脈沖時鐘信號，可實現(xiàn)多節(jié)點同步數(shù)據(jù)采集；3.對于由一個交換設(shè)備相連的網(wǎng)絡(luò)，交換設(shè)備和節(jié)點配置的時鐘頻率穩(wěn)定度≤10-9時，采用SMAC進行時間傳遞可實現(xiàn)各個從節(jié)點之間十納秒量級的同步精度；4.SMAC是一個集成電路，可采用FPGA、ASIC或微處理器設(shè)計，實現(xiàn)簡單。


圖1是背景技術(shù)中現(xiàn)有MAC邏輯結(jié)構(gòu)圖。
圖2是本發(fā)明SMAC邏輯結(jié)構(gòu)圖。
圖3是本發(fā)明SMAC時間傳遞服務(wù)單元邏輯結(jié)構(gòu)圖。
圖4是本發(fā)明SMAC時間標記處理單元邏輯結(jié)構(gòu)圖。
圖5是本發(fā)明SMAC時間同步處理單元邏輯結(jié)構(gòu)圖。
圖6是本發(fā)明SMAC時鐘信號再生單元邏輯結(jié)構(gòu)圖。
圖7是本發(fā)明SMAC本地時鐘處理單元邏輯結(jié)構(gòu)圖。
圖8是本發(fā)明SMAC時間處理示意圖。
圖9是本發(fā)明SMAC測量幀結(jié)構(gòu)圖。
圖10是本發(fā)明SMAC同步幀結(jié)構(gòu)圖。
具體實施例方式
圖1是現(xiàn)有MAC結(jié)構(gòu)圖。MAC即媒介訪問控制器位于上層邏輯與PHY之間，執(zhí)行媒介訪問與控制協(xié)議，實現(xiàn)幀的發(fā)送與接收?；贛AC時間同步所需要的幀由上層協(xié)議和程序產(chǎn)生，時間同步過程需要上層協(xié)議支持，MAC層沒有產(chǎn)生幀的功能也沒有時鐘再生能力。
圖2是本發(fā)明SMAC邏輯結(jié)構(gòu)圖。SMAC是一個集成電路，由媒介訪問控制器、時間傳遞服務(wù)單元、時間標記處理單元、時間同步處理單元、時鐘信號再生單元、本地時鐘處理單元組成，各單元之間通過總線接口或時鐘信號線實現(xiàn)互連。
媒介訪問控制器是符合具體網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的傳輸媒介訪問控制電路，執(zhí)行媒介存取與控制協(xié)議，實現(xiàn)幀的發(fā)送與接收。該單元通過總線接口與上層邏輯和時間傳遞服務(wù)單元互連，通過物理層數(shù)字接口與時間標記處理單元互連。它一方面從上層邏輯與時間傳遞服務(wù)單元接收數(shù)據(jù)幀和時間幀，對幀進行校驗和計算與排隊處理，等待鏈路空閑時，傳遞給時間標記處理單元進行幀發(fā)送，一方面接收時間標記處理單元轉(zhuǎn)發(fā)的來自PHY的幀，并將所有的幀傳遞給上層邏輯，將時間幀傳遞給與時間傳遞服務(wù)單元。時間傳遞服務(wù)單元是一個處理器，它協(xié)調(diào)管理時間傳遞過程，提供時間服務(wù)，產(chǎn)生時間傳遞所需的測量幀和同步幀，以及計算時延和存儲SMAC狀態(tài)屬性與時間變量，通過總線接口與上層邏輯、媒介訪問控制器、時間標記處理單元和本地時鐘處理單元連接。時間標記處理單元是一個處理器，它從媒介訪問控制器接收幀，檢測測量幀、應(yīng)答幀和同步幀并標記收發(fā)時戳、提取幀中時戳信息以及向幀中插入時戳信息，它位于媒介訪問控制器與PHY之間的物理層數(shù)字接口上，通過物理層數(shù)字接口與媒介訪問控制器和PHY連接，同時通過總線接口與時間傳遞服務(wù)單元、時間同步處理單元和本地時鐘處理單元連接。時間同步處理單元計算路徑時延和補償處理時延，產(chǎn)生與時間源時間同步的時鐘信號，它通過總線接口與時間標記處理單元、時鐘信號再生單元和本地時鐘處理單元連接。時鐘信號再生單元是一個延遲輸出脈沖、產(chǎn)生秒脈沖以及選擇脈沖信號的邏輯電路，通過總線接口接收時間同步處理單元產(chǎn)生的同步時鐘信號，進行整秒時延補償和空秒信號填補后，再生與主節(jié)點時間源時間同步的1PPS時鐘信號，它通過總線接口與時間同步處理單元連接，通過時鐘信號線與本地時鐘處理單元連接。本地時鐘處理單元是產(chǎn)生時間信息以及時鐘脈沖的電路，它通過時鐘線與外部晶振或時間源(如GPS)連接，通過總線接口與時間傳遞服務(wù)單元、時間同步處理單元和時間標記處理單元連接，通過時鐘信號線與時鐘信號再生單元連接。
圖3是本發(fā)明SMAC時間傳遞服務(wù)單元邏輯結(jié)構(gòu)圖。時間傳遞服務(wù)單元是一個處理器，它協(xié)調(diào)管理時間傳遞過程，提供時間服務(wù)，產(chǎn)生時間傳遞所需的測量幀和同步幀，以及計算時延和存儲SMAC狀態(tài)屬性與時間變量，通過總線接口與上層邏輯、媒介訪問控制器、時間標記處理單元和本地時鐘處理單元連接，由幀服務(wù)模塊、時間服務(wù)模塊和SMAC屬性變量區(qū)組成，幀服務(wù)模塊和時間服務(wù)模塊與SMAC屬性變量區(qū)之間通過總線接口連接。幀服務(wù)模塊是處理器一個進程，通過數(shù)據(jù)總線與媒介訪問控制器接口，產(chǎn)生測量幀、應(yīng)答幀、同步幀以及請求幀，并向媒介訪問控制器發(fā)送。時間服務(wù)模塊是處理器的另一個進程，通過總線接口與上層邏輯、本地時鐘處理單元、時間標記處理單元相連，接收上層邏輯的時間服務(wù)請求，從本地時鐘處理單元讀取當前時間進行應(yīng)答；該模塊根據(jù)時間標記處理單元從應(yīng)答幀中提取的時戳信息計算出鏈路時延，并存儲到SMAC屬性變量區(qū)中；對于工作在交換設(shè)備中的SMAC，該模塊同時還接收時間標記處理單元從同步幀中提取的時戳信息，通過總線接口存儲到交換設(shè)備的時間變量存儲區(qū)中。SMAC屬性變量區(qū)是存儲配置信息以及時間信息的寄存器，存儲節(jié)點角色、同步幀產(chǎn)生的時間間隔和鏈路狀態(tài)等配置信息以及鏈路時延和時戳信息等與時間相關(guān)的信息；它通過總線接口接收來自上層邏輯的配置信息、來自時間標記處理單元提取的時戳信息以及來自時間服務(wù)模塊的鏈路時延信息，并向上層邏輯和幀服務(wù)模塊提供配置信息和時間信息訪問接口。假設(shè)應(yīng)答幀中提取的時戳信息中的發(fā)送時戳和滯留時延為TS發(fā)和Δτstay，接收到應(yīng)答幀的接收時戳為TS收，則鏈路時延Δτlink等于往返鏈路傳播時延的一半，即Δτlink＝(TS收-TS發(fā)-Δτstay)/2圖4是本發(fā)明SMAC時間標記處理單元邏輯結(jié)構(gòu)圖。時間標記處理單元是一個處理器，它從媒介訪問控制器接收幀，檢測測量幀、應(yīng)答幀和同步幀并標記收發(fā)時戳、提取幀中時戳信息以及向幀中插入時戳信息，由發(fā)送檢測標記模塊、接收檢測標記模塊以及校驗和計算模塊組成。該單元位于媒介訪問控制器與PHY之間的物理層數(shù)字接口上，通過物理層數(shù)字接口與媒介訪問控制器和PHY連接，同時通過總線接口與時間傳遞服務(wù)單元、時間同步處理單元和本地時鐘處理單元連接。發(fā)送檢測標記模塊從媒介訪問控制器接收幀，檢測出測量幀、應(yīng)答幀和同步幀，對于測量幀和當前SMAC新產(chǎn)生的同步幀插入發(fā)送時戳，對于應(yīng)答幀計算并插入滯留時延，對于傳遞與交換中的同步幀則計算與插入路徑時延；校驗和計算模塊對發(fā)送檢測標記模塊插入了時戳信息的幀重新計算校驗和，向PHY發(fā)送；接收檢測標記模塊檢測從PHY接收到的測量幀、應(yīng)答幀和同步幀，記錄幀的接收時戳，提取幀中的時戳信息(包括測量幀中的源節(jié)點發(fā)送時戳、應(yīng)答幀中的源節(jié)點發(fā)送時戳與幀滯留時延以及同步幀中的主節(jié)點發(fā)送時戳與幀路徑時延)，并將提取的時戳信息通過總線接口傳遞給時間傳遞服務(wù)單元和時間同步處理單元。收發(fā)時戳是通過總線接口從本地時鐘處理單元讀取的時間。時間標記處理單元對數(shù)據(jù)幀直接轉(zhuǎn)發(fā)而不做任何處理。
圖5是本發(fā)明SMAC時間同步處理單元邏輯結(jié)構(gòu)圖。時間同步處理單元是一個由脈沖信號產(chǎn)生器和2個加法器組成的邏輯電路，計算路徑時延和補償處理時延，產(chǎn)生與時間源時間同步的時鐘信號，它通過總線接口與時間標記處理單元、時鐘信號再生單元和本地時鐘處理單元連接。第一加法器接收時間標記處理單元提取的同步幀中的路徑時延以及時間傳遞服務(wù)單元SMAC屬性變量區(qū)中存儲的鏈路時延，計算出同步幀傳遞的路徑時延給脈沖信號產(chǎn)生器和第二加法器假設(shè)鏈路時延為Δτlink，提取的路徑時延為Δτpath1，則第一加法器計算的路徑時延Δτpath2為提取的路徑時延與鏈路時延之和，即Δτpath2＝Δτpath1+Δτlink脈沖信號產(chǎn)生器是一個脈沖信號產(chǎn)生與記錄脈沖上升沿時刻的電路，在接收到第一加法器計算的路徑時延Δτpath2的同時產(chǎn)生一個脈沖信號，并從本地時鐘處理單元提取脈沖信號上升沿時刻信息T節(jié)點，該脈沖信號作為同步脈沖向外輸出給時鐘信號再生單元和本地時鐘處理單元，將T節(jié)點傳遞給第二加法器。
第二加法器接收脈沖信號產(chǎn)生器記錄的脈沖信號上升沿時刻信息T節(jié)點、第一加法器計算的路徑時延Δτpath2以及時間標記處理單元標記的同步幀接收時戳TS收和從同步幀中提取的主節(jié)點發(fā)送時戳TS源，計算出同步時間T同步(發(fā)送時戳、路徑時延與處理時延之和)T同步＝TS源+Δτpath2+(T節(jié)點-TS收)其中，T節(jié)點-TS收為時間標記處理單元標記同步幀到脈沖信號產(chǎn)生器產(chǎn)生同步脈沖信號期間產(chǎn)生的處理時延。
T同步即為同步于主節(jié)點時間源時間的同步脈沖信號上升沿時刻，該時刻信息與同步脈沖一起作為同步時鐘信號輸出給時鐘信號再生單元和本地時鐘處理單元。
圖6是本發(fā)明SMAC時鐘信號再生單元邏輯結(jié)構(gòu)圖。時鐘信號再生單元是一個延遲輸出脈沖、產(chǎn)生秒脈沖以及選擇脈沖信號的邏輯電路，通過總線接口接收時間同步處理單元產(chǎn)生的同步時鐘信號，進行整秒時延補償和空秒信號填補后，再生與主節(jié)點時間源時間同步的1PPS時鐘信號，由整秒時延補償模塊、空秒信號填補模塊和處理器組成，它通過總線接口與時間同步處理單元連接，通過時鐘信號線與本地時鐘處理單元連接。
處理器通過總線接口接收同步時鐘信號中的同步時間T同步，根據(jù)本地時鐘處理單元輸出的時鐘脈沖頻率，計算出T同步相對于最近下一個整秒時刻時間差所對應(yīng)的時延比較值給整秒時延補償模塊，以及計算出一個整秒所對應(yīng)的整秒比較值給空秒信號填補模塊；同時，根據(jù)當前秒內(nèi)是否接收到同步時間T同步，產(chǎn)生填補使能信號給空秒信號填補模塊。處理器通過信號線接收空秒信號填補模塊輸出的1PPS時鐘信號，每接收到一個1PPS脈沖后，重新進行填補使能信號判斷，在接收到同步時間T同步時為填補無效，沒有接收到同步時間T同步時為填補有效。
整秒時延補償模塊是一個脈沖延遲輸出電路，通過總線接口接收時間同步處理單元產(chǎn)生的同步時鐘信號，將非整秒對齊同步脈沖信號進行時延補償，產(chǎn)生整秒對齊時鐘脈沖并發(fā)送給空秒信號填補模塊。
空秒信號填補模塊是一個本地秒脈沖產(chǎn)生與脈沖信號選擇電路，通過信號線接收整秒時延補償模塊產(chǎn)生的整秒對齊時鐘脈沖，以及通過時鐘信號線接收本地時鐘處理單元輸出的時鐘脈沖，用于填補整秒對齊時鐘脈沖中空缺的整秒信號，產(chǎn)生與主節(jié)點時間同步的1PPS時鐘信號及時間信息。該模塊以本地時鐘處理單元輸出的時鐘脈沖作為計數(shù)脈沖，根據(jù)處理器通過總線接口傳遞的整秒比較值計數(shù)產(chǎn)生秒脈沖，當處理器通過信號線傳遞的填補使能信號為填補有效時，選擇整秒對齊時鐘脈沖作為輸出，實現(xiàn)空缺整秒信號的填補，最后輸出的脈沖信號即為1PPS時鐘信號。
圖7是本發(fā)明SMAC本地時鐘處理單元邏輯結(jié)構(gòu)圖。本地時鐘處理單元是產(chǎn)生時間信息以及時鐘脈沖的電路，由計時模塊、倍頻模塊和時間修正模塊組成。它通過時鐘線與外部晶振或時間源(如GPS)連接，通過總線接口與時間傳遞服務(wù)單元、時間同步處理單元和時間標記處理單元連接，通過時鐘信號線與時鐘信號再生單元連接。計時模塊是一個計時器，它接收外部晶振經(jīng)倍頻模塊倍頻后的時鐘脈沖或時間源的時鐘脈沖，進行計時產(chǎn)生時間信息輸出給時間標記處理單元和時間同步處理單元。外部晶振由倍頻模塊倍頻后產(chǎn)生時鐘脈沖信號輸出給時鐘信號再生單元；時間修正模塊通過總線接口接收時間同步處理單元輸出的與時間源同步的時間信號，計算出節(jié)點相對于主節(jié)點時間源時間的偏差，通過對倍頻模塊的參數(shù)進行控制，實現(xiàn)對本地時間的校正。當前節(jié)點時鐘相對于主節(jié)點時間源時間的偏差ΔT等于時間同步處理單元脈沖時刻記錄器記錄的時間T節(jié)點減去同步時間T同步，即ΔT＝T節(jié)點-T同步圖8是本發(fā)明SMAC時間處理示意圖。時間同步處理單元產(chǎn)生的與主節(jié)點時間源時間同步的脈沖信號沒有與時間源整秒時刻對齊；同步脈沖信號經(jīng)過時鐘信號再生單元整秒時延補償后，產(chǎn)生整秒對齊時鐘脈沖，但相對于時間源的第3秒時刻出現(xiàn)了一個空缺秒脈沖；整秒對齊時鐘脈沖經(jīng)過時鐘信號再生單元空秒信號填補后，產(chǎn)生與時間源整秒時刻對齊的同步1PPS信號。
圖9是本發(fā)明SMAC測量幀結(jié)構(gòu)圖。測量幀是符合具體網(wǎng)絡(luò)協(xié)議幀結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)傳輸單元，用于測量直接互連的兩個SMAC之間在建立連接時的鏈路時延。測量幀除了包含符合網(wǎng)絡(luò)協(xié)議規(guī)范的幀頭信息外，還包含與時間相關(guān)的域，主要有幀類型(2字節(jié))、測量幀標志字(2字節(jié))、測量幀ID(2字節(jié))、源節(jié)點發(fā)送時戳(6字節(jié))以及幀滯留時延(6字節(jié))，幀類型域標記當前幀的類型(區(qū)別測量幀、同步幀和其他幀)，測量幀標志字域標記幀類型(區(qū)別測量幀和應(yīng)答幀)，測量幀ID域記錄當前測量幀的序號，源節(jié)點發(fā)送時戳域記錄幀在源節(jié)點發(fā)送時的時間，幀滯留時延域記錄從測量幀進入目的節(jié)點SMAC到應(yīng)答幀離開時所經(jīng)歷的時延。源節(jié)點SMAC成功與目的節(jié)點SMAC建立連接后創(chuàng)建測量幀，并在發(fā)送幀時以源節(jié)點時間為基準填充發(fā)送時戳域并初始化幀滯留時延域為零。幀滯留時延域由目的節(jié)點SMAC在發(fā)送測量幀的應(yīng)答幀時以其本地時鐘為基準進行計算并填充。
圖10是本發(fā)明SMAC同步幀結(jié)構(gòu)圖。同步幀是符合具體網(wǎng)絡(luò)協(xié)議幀結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)傳輸單元，用于傳遞標準時間信息、測量交換時延以及傳遞路徑時延信息。同步幀除了包含符合網(wǎng)絡(luò)協(xié)議規(guī)范的幀頭信息外，還包含與時間相關(guān)的域，主要有幀類型(2字節(jié))、同步幀標志字(2字節(jié))、同步幀ID(2字節(jié))、主節(jié)點發(fā)送時戳(6字節(jié))以及幀路徑時延(6字節(jié))。幀類型域標記當前幀的類型(區(qū)別測量幀、同步幀和其他幀)，同步幀標志字域用于標記幀類型(區(qū)別同步幀和請求幀)，同步幀ID域記錄當前同步幀的序號，主節(jié)點發(fā)送時戳域記錄幀在主節(jié)點發(fā)送時的時間，幀路徑時延域記錄同步幀從主節(jié)點SMAC傳遞到從節(jié)點SMAC的時延信息。同步幀由主節(jié)點SMAC定時產(chǎn)生或接收到從節(jié)點時間同步請求時產(chǎn)生，并在發(fā)送幀時由SMAC填充發(fā)送時戳域并初始化幀路徑時延域為零；幀路徑時延域由SMAC交換設(shè)備的發(fā)送端口SMAC計算和填充，在每一個接收端口SMAC被提取。
國防科技大學(xué)已采用FPGA實現(xiàn)了SMAC，并安裝于百兆以太網(wǎng)的交換機和節(jié)點中，采用SMAC進行時間傳遞，交換機和節(jié)點配置頻率穩(wěn)定度≤10-9的時鐘，由一個交換機互聯(lián)的節(jié)點之間最好的同步精度達到十納秒量級。
權(quán)利要求
1.一種同步媒介訪問控制器，它是一個集成電路，其特征在于它由媒介訪問控制器、時間傳遞服務(wù)單元、時間標記處理單元、時間同步處理單元、時鐘信號再生單元以及本地時鐘處理單元組成，各單元之間通過總線接口或時鐘信號線互連。
2.如權(quán)利要求1所述的同步媒介訪問控制器，其特征在于所述媒介訪問控制器是符合具體網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的傳輸媒介訪問控制電路，執(zhí)行媒介存取與控制協(xié)議，實現(xiàn)幀的發(fā)送與接收，它通過總線接口與上層邏輯和時間傳遞服務(wù)單元互連，通過物理層PHY即PhysicalLayer數(shù)字接口與時間標記處理單元互連；它一方面從上層邏輯與時間傳遞服務(wù)單元接收數(shù)據(jù)幀和時間幀，對幀進行校驗和計算與排隊處理，等待鏈路空閑時，傳遞給時間標記處理單元進行幀發(fā)送，一方面接收時間標記處理單元轉(zhuǎn)發(fā)的來自PHY的幀，并將所有的幀傳遞給上層邏輯，將時間幀傳遞給與時間傳遞服務(wù)單元。
3.如權(quán)利要求1所述的同步媒介訪問控制器，其特征在于所述時間傳遞服務(wù)單元是一個處理器，它協(xié)調(diào)管理時間傳遞過程，提供時間服務(wù)，產(chǎn)生時間傳遞所需的測量幀和同步幀，以及計算鏈路時延和存儲SMAC狀態(tài)屬性與時間變量，通過總線接口與上層邏輯、媒介訪問控制器、時間標記處理單元和本地時鐘處理單元連接，由幀服務(wù)模塊、時間服務(wù)模塊和SMAC屬性變量區(qū)組成，幀服務(wù)模塊和時間服務(wù)模塊與SMAC屬性變量區(qū)之間通過總線接口連接3.1幀服務(wù)模塊通過數(shù)據(jù)總線與媒介訪問控制器接口，產(chǎn)生測量幀、應(yīng)答幀、同步幀以及請求幀，并向媒介訪問控制器發(fā)送；3.2時間服務(wù)模塊通過總線接口與上層邏輯、本地時鐘處理單元、時間標記處理單元相連，接收上層邏輯的時間服務(wù)請求，從本地時鐘處理單元讀取當前時間進行應(yīng)答；該模塊根據(jù)時間標記處理單元從應(yīng)答幀中提取的時戳信息計算出鏈路時延Δτlink，并存儲到SMAC屬性變量區(qū)中；對于工作在交換設(shè)備中的SMAC，該模塊同時還接收時間標記處理單元從同步幀中提取的時戳信息，通過總線接口存儲到交換設(shè)備的時間變量存儲區(qū)中；3.3SMAC屬性變量區(qū)是存儲配置信息以及時間信息的寄存器，存儲節(jié)點角色、同步幀產(chǎn)生的時間間隔和鏈路狀態(tài)、鏈路時延和時戳信息；它通過總線接口接收來自上層邏輯的配置信息、來自時間標記處理單元提取的時戳信息以及來自時間服務(wù)模塊的鏈路時延信息，并向上層邏輯和幀服務(wù)模塊提供配置信息和時間信息訪問接口；3.4假設(shè)應(yīng)答幀中提取的時戳信息中的發(fā)送時戳和滯留時延為TS發(fā)和Δτstay，接收到應(yīng)答幀的接收時戳為TS收，則鏈路時延Δτlink等于往返鏈路傳播時延的一半，即Δτlink＝(TS收-TS發(fā)-Δτstay)/2。
4.時間標記處理單元是一個處理器，它從媒介訪問控制器接收幀，檢測測量幀、應(yīng)答幀和同步幀并標記收發(fā)時戳、提取幀中時戳信息以及向幀中插入時戳信息，由發(fā)送檢測標記模塊、接收檢測標記模塊以及校驗和計算模塊組成；該單元位于媒介訪問控制器與PHY之間的物理層數(shù)字接口上，通過物理層數(shù)字接口與媒介訪問控制器和PHY連接，同時通過總線接口與時間傳遞服務(wù)單元、時間同步處理單元和本地時鐘處理單元連接4.1發(fā)送檢測標記模塊從媒介訪問控制器接收幀，檢測出測量幀、應(yīng)答幀和同步幀，對于測量幀和當前SMAC新產(chǎn)生的同步幀插入發(fā)送時戳，對于應(yīng)答幀計算并插入滯留時延，對于傳遞與交換中的同步幀則計算與插入路徑時延；4.2校驗和計算模塊對發(fā)送檢測標記模塊插入了時戳信息的幀重新計算校驗和，向PHY發(fā)送；4.3接收檢測標記模塊檢測從PHY接收到的測量幀、應(yīng)答幀和同步幀，記錄幀的接收時戳，提取幀中的時戳信息即測量幀中的源節(jié)點發(fā)送時戳、應(yīng)答幀中的源節(jié)點發(fā)送時戳與幀滯留時延以及同步幀中的主節(jié)點發(fā)送時戳與幀路徑時延，并將提取的時戳信息通過總線接口傳遞給時間傳遞服務(wù)單元和時間同步處理單元；收發(fā)時戳通過總線接口從本地時鐘處理單元讀取的時間；時間標記處理單元對數(shù)據(jù)幀不做任何處理直接轉(zhuǎn)發(fā)。
5.如權(quán)利要求1所述的同步媒介訪問控制器，其特征在于所述時間同步處理單元是一個由脈沖信號產(chǎn)生器和2個加法器組成的邏輯電路，計算路徑時延和補償處理時延，產(chǎn)生與時間源時間同步的時鐘信號，它通過總線接口與時間標記處理單元、時鐘信號再生單元和本地時鐘處理單元連接5.1第一加法器接收時間標記處理單元提取的同步幀中的路徑時延以及時間傳遞服務(wù)單元SMAC屬性變量區(qū)中存儲的鏈路時延，計算出同步幀傳遞的路徑時延給脈沖信號產(chǎn)生器和第二加法器，假設(shè)鏈路時延為Δτlink，提取的路徑時延為Δτpath1，則第一加法器計算的路徑時延Δτpath2為提取的路徑時延與鏈路時延之和，即Δτpath2＝Δτpath1+Δτlink；5.2脈沖信號產(chǎn)生器是產(chǎn)生脈沖信號并記錄脈沖上升沿時刻的電路，在接收到第一加法器計算的路徑時延Δτpath2的同時產(chǎn)生一個脈沖信號，并從本地時鐘處理單元提取脈沖信號上升沿時刻信息T節(jié)點，該脈沖信號作為同步脈沖向外輸出給時鐘信號再生單元和本地時鐘處理單元，將T節(jié)點傳遞給第二加法器；5.3第二加法器接收脈沖信號產(chǎn)生器記錄的脈沖信號上升沿時刻信息T節(jié)點、第一加法器計算的路徑時延Δτpath2以及時間標記處理單元標記的同步幀接收時戳TS收和從同步幀中提取的主節(jié)點發(fā)送時戳TS源，計算出同步時間T同步，T同步＝TS源+Δτpath2+(T節(jié)點-TS收)，T同步即為同步于主節(jié)點時間源時間的同步脈沖信號上升沿時刻，該時刻信息與同步脈沖一起作為同步時鐘信號輸出給時鐘信號再生單元和本地時鐘處理單元。
6.如權(quán)利要求1所述的同步媒介訪問控制器，其特征在于所述時鐘信號再生單元是一個延遲輸出脈沖、產(chǎn)生秒脈沖以及選擇脈沖信號的邏輯電路，它通過總線接口與時間同步處理單元連接，通過時鐘信號線與本地時鐘處理單元連接，它接收時間同步處理單元產(chǎn)生的同步時鐘信號，進行整秒時延補償和空秒信號填補后，再生與主節(jié)點時間源時間同步的1PPS時鐘信號，由處理器、整秒時延補償模塊和空秒信號填補模塊組成6.1處理器接收同步時鐘信號中的同步時間T同步，根據(jù)本地時鐘處理單元輸出的時鐘脈沖頻率，計算出T同步相對于最近下一個整秒時刻時間差所對應(yīng)的時延比較值給整秒時延補償模塊，計算出一個整秒所對應(yīng)的整秒比較值給空秒信號填補模塊，同時根據(jù)當前秒內(nèi)是否接收到T同步，產(chǎn)生填補使能信號給空秒信號填補模塊；處理器接收空秒信號填補模塊輸出的1PPS時鐘信號，每接收到一個1PPS脈沖后，重新進行填補使能信號判斷，在接收到T同步時為填補無效，沒有接收到T同步時為填補有效；6.2整秒時延補償模塊是一個脈沖延遲輸出電路，通過總線接口接收時間同步處理單元產(chǎn)生的同步時鐘信號，將非整秒對齊同步脈沖信號進行時延補償，產(chǎn)生整秒對齊時鐘脈沖并發(fā)送給空秒信號填補模塊；6.3空秒信號填補模塊是一個本地秒脈沖產(chǎn)生與脈沖信號選擇電路，通過信號線接收整秒時延補償模塊產(chǎn)生的整秒對齊時鐘脈沖，同時通過時鐘信號線接收本地時鐘處理單元輸出的時鐘脈沖，用于填補整秒對齊時鐘脈沖中空缺的整秒信號，產(chǎn)生與主節(jié)點時間同步的1PPS時鐘信號及時間信息；該模塊以本地時鐘處理單元輸出的時鐘脈沖作為計數(shù)脈沖，根據(jù)處理器通過總線接口傳遞的整秒比較值計數(shù)產(chǎn)生秒脈沖，當處理器通過信號線傳遞的填補使能信號為填補有效時，選擇整秒對齊時鐘脈沖作為輸出，實現(xiàn)空缺整秒信號的填補，最后輸出的脈沖信號即為1PPS時鐘信號。
7.如權(quán)利要求1所述的同步媒介訪問控制器，其特征在于所述本地時鐘處理單元是產(chǎn)生時間信息以及時鐘脈沖的電路，由計時模塊、倍頻模塊和時間修正模塊組成；它通過時鐘線與外部晶振或時間源連接，通過總線接口與時間傳遞服務(wù)單元、時間同步處理單元和時間標記處理單元連接，通過時鐘信號線與時鐘信號再生單元連接7.1計時模塊是一個計時器，它接收外部晶振經(jīng)倍頻模塊倍頻后的時鐘脈沖或時間源的時鐘脈沖，進行計時產(chǎn)生時間信息輸出給時間標記處理單元和時間同步處理單元；7.2外部晶振由倍頻模塊倍頻后產(chǎn)生時鐘脈沖信號輸出給時鐘信號再生單元；7.3時間修正模塊通過總線接口接收時間同步處理單元輸出的與時間源同步的時間信號，計算出節(jié)點相對于主節(jié)點時間源時間的偏差，通過對倍頻模塊的參數(shù)進行控制，實現(xiàn)對本地時間的校正。當前節(jié)點時鐘相對于主節(jié)點時間源時間的偏差ΔT等于時間同步處理單元脈沖時刻記錄器記錄的時間T節(jié)點減去同步時間T同步，即ΔT＝T節(jié)點-T同步。
8.如權(quán)利要求1所述的同步媒介訪問控制器，其特征在于所述時間幀包括測量幀、應(yīng)答幀、請求幀和同步幀8.1測量幀由時間傳遞服務(wù)單元的幀服務(wù)模塊產(chǎn)生，是符合具體網(wǎng)絡(luò)協(xié)議幀結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)傳輸單元，用于測量直接互連的兩個SMAC之間在建立連接時的鏈路時延；測量幀除了包含符合網(wǎng)絡(luò)協(xié)議規(guī)范的幀頭信息外，還包含與時間相關(guān)的域，主要有幀類型、測量幀標志字、測量幀ID、源節(jié)點發(fā)送時戳以及幀滯留時延，幀類型域標記當前幀的類型，測量幀標志字域標記幀類型，測量幀ID域記錄當前測量幀的序號，源節(jié)點發(fā)送時戳域記錄幀在源節(jié)點發(fā)送時的時間，幀滯留時延域記錄從測量幀進入目的節(jié)點SMAC到應(yīng)答幀離開時所經(jīng)歷的時延；源節(jié)點SMAC成功與目的節(jié)點SMAC建立連接后創(chuàng)建測量幀，并在發(fā)送幀時以源節(jié)點時間為基準填充發(fā)送時戳域并初始化幀滯留時延域為零；幀滯留時延域由目的節(jié)點SMAC在發(fā)送測量幀的應(yīng)答幀時以其本地時鐘為基準進行計算并填充。8.2應(yīng)答幀具有與測量幀相同的結(jié)構(gòu)和類型，通過測量幀標志字進行區(qū)別，用于對接收到的測量幀進行應(yīng)答；8.3請求幀具有與同步幀相同的結(jié)構(gòu)和類型，通過同步幀標志字進行區(qū)別，在SMAC作為從節(jié)點時可以定時產(chǎn)生，以實現(xiàn)向主節(jié)點請求發(fā)送同步幀。8.4同步幀由時間傳遞服務(wù)單元的幀服務(wù)模塊產(chǎn)生，是符合具體網(wǎng)絡(luò)協(xié)議幀結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)傳輸單元，用于傳遞標準時間信息、測量交換時延以及傳遞路徑時延信息；同步幀除了包含符合網(wǎng)絡(luò)協(xié)議規(guī)范的幀頭信息外，還包含與時間相關(guān)的域，主要有幀類型、同步幀標志字、同步幀ID、主節(jié)點發(fā)送時戳以及幀路徑時延；幀類型域標記當前幀的類型，同步幀標志字域用于標記幀類型，同步幀ID域記錄當前同步幀的序號，主節(jié)點發(fā)送時戳域記錄幀在主節(jié)點發(fā)送時的時間，幀路徑時延域記錄同步幀從主節(jié)點SMAC傳遞到從節(jié)點SMAC的時延信息；同步幀由主節(jié)點SMAC定時產(chǎn)生或接收到從節(jié)點的請求幀時產(chǎn)生，并在發(fā)送幀時由SMAC填充發(fā)送時戳域并初始化幀路徑時延域為零；幀路徑時延域由SMAC交換設(shè)備的發(fā)送端口SMAC計算和填充，在每一個接收端口SMAC被提取。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種同步媒介訪問控制器SMAC，目的是提供一種具有時間傳遞、時間檢測和時鐘再生功能的SMAC，使得在MAC層實現(xiàn)高精度時間傳遞以及多節(jié)點同步測試所需的同步秒脈沖時鐘信號再生。技術(shù)方案是它是一個集成電路，由媒介訪問控制器、時間傳遞服務(wù)單元、時間標記處理單元、時間同步處理單元、時鐘信號再生單元以及本地時鐘處理單元組成，各單元之間通過總線接口或時鐘信號線互連。本發(fā)明具有時間傳遞、時間檢測以及時鐘再生功能，可在MAC層實現(xiàn)時間傳遞，且能面向網(wǎng)絡(luò)測試提供再生秒脈沖時鐘信號，可實現(xiàn)多節(jié)點同步數(shù)據(jù)采集，采用本發(fā)明進行時間傳遞同步精度高。
文檔編號H04L12/56GK1812317SQ20051003255
公開日2006年8月2日 申請日期2005年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月15日
發(fā)明者明德祥, 王躍科, 喬純捷, 楊俊 , 鐘小鵬, 陳建云, 黃芝平, 潘仲明 申請人:中國人民解放軍國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)