一種ima平臺時鐘同步方法
【專利摘要】本發(fā)明提出一種IMA平臺時鐘同步方法，包括以下步驟：1)檢測及接收時間同步消息，檢測錯誤的時間同步消息時，報告同步錯誤，并丟棄該消息；2)當(dāng)主時鐘節(jié)點(diǎn)接收到系統(tǒng)絕對全局時間時，將該時間轉(zhuǎn)換為一個64位時間數(shù)據(jù)，并據(jù)此校準(zhǔn)或更新主時鐘的RTCs值；同時按照系統(tǒng)通信調(diào)度，每個固定時間周期將系統(tǒng)基準(zhǔn)時間“廣播”至與之相連局域時鐘(交換節(jié)點(diǎn))；本發(fā)明一種層次化分布式時鐘相對同步技術(shù)及方法，使得IMA系統(tǒng)各功能模塊(含網(wǎng)絡(luò)交換機(jī))、其他航電功能設(shè)備/子系統(tǒng)，相對系統(tǒng)基準(zhǔn)時間保持在一定誤差允許范圍內(nèi)協(xié)調(diào)一致、同步有序工作；同時為了防止各節(jié)點(diǎn)時鐘隨時間的推移給系統(tǒng)帶來時間偏差，各節(jié)點(diǎn)需周期性接收系統(tǒng)的時間校準(zhǔn)。
【專利說明】一種|獄平臺時鐘同步方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于機(jī)載嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了一種綜合模塊化航空電子系統(tǒng)(1嫩)核心處理平臺的時鐘同步方法，主要應(yīng)用于新一代I嫩系統(tǒng)各節(jié)點(diǎn)(設(shè)備或模塊)之間的時間同步。

【背景技術(shù)】
[0002]綜合化、網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)引入，使得傳統(tǒng)的航空電子功能設(shè)備或子系統(tǒng)“濃縮”為當(dāng)今綜合處理平臺的一個功能模塊，并通過一種交換式網(wǎng)絡(luò)互連，構(gòu)成一個復(fù)雜的分布式異步實(shí)時處理系統(tǒng)。系統(tǒng)任務(wù)的執(zhí)行依賴于各節(jié)點(diǎn)的分工協(xié)作(如功能處理、數(shù)據(jù)計(jì)算、圖形處理等)、實(shí)時通信方可有效完成。如何確保系統(tǒng)中各異步工作節(jié)點(diǎn)之間的時間同步，并防止由于時間漂移給系統(tǒng)帶來工作帶來混亂或錯誤，已成為系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一個關(guān)鍵技術(shù)，其核心是系統(tǒng)時鐘同步。
[0003]傳統(tǒng)的共享總線型航空電子系統(tǒng)，由于其集中控制、統(tǒng)一基準(zhǔn)時鐘及低時間分辨率，已無法滿足現(xiàn)代復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)化機(jī)載分布式實(shí)時處理系統(tǒng)的時間同步要求；另外機(jī)載數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)是一種交換式異步通信網(wǎng)絡(luò)，其協(xié)議對系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)之間的時間同步未作要求，而I嫩系統(tǒng)應(yīng)用需要其功能模塊、設(shè)備/子系統(tǒng)在統(tǒng)一的參考時間基準(zhǔn)下協(xié)調(diào)有序工作，共同完成系統(tǒng)實(shí)時任務(wù)，如時間相關(guān)性記錄、數(shù)據(jù)有效性判斷、時序結(jié)果的正確性確認(rèn)等。因此為了實(shí)現(xiàn)皿平臺乃至整個航電系統(tǒng)的時間同步，迫切需要開發(fā)一種新的層次化時鐘相對同步方法，以適應(yīng)現(xiàn)代I嫩系統(tǒng)發(fā)展需要，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)基準(zhǔn)參考時間、局域參考時間及節(jié)點(diǎn)時間之間有效同步，確保系統(tǒng)協(xié)調(diào)有序工作。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了解決【背景技術(shù)】中所存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提出一種層次化分布式時鐘相對同步技術(shù)及方法，使得I嫩系統(tǒng)各功能模塊(含網(wǎng)絡(luò)交換機(jī))、其他航電功能設(shè)備/子系統(tǒng)，相對系統(tǒng)基準(zhǔn)時間保持在一定誤差允許范圍內(nèi)協(xié)調(diào)一致、同步有序工作；同時為了防止各節(jié)點(diǎn)時鐘隨時間的推移給系統(tǒng)帶來時間偏差，各節(jié)點(diǎn)需周期性接收系統(tǒng)的時間校準(zhǔn)。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)解決方案:一種皿平臺時鐘同步方法，其特征在于:所述方法包括以下步驟:
[0006]1)檢測及接收時間同步消息，檢測錯誤的時間同步消息時，報告同步錯誤，并丟棄該消息；
[0007]2)當(dāng)主時鐘節(jié)點(diǎn)接收到系統(tǒng)絕對全局時間時，將該時間轉(zhuǎn)換為一個64位時間數(shù)據(jù)，并據(jù)此校準(zhǔn)或更新主時鐘的奶化值；同時按照系統(tǒng)通信調(diào)度，每個固定時間周期將系統(tǒng)基準(zhǔn)時間“廣播”至與之相連局域時鐘(交換節(jié)點(diǎn))；
[0008]3)當(dāng)皿平臺局域時鐘節(jié)點(diǎn)接收到主時鐘節(jié)點(diǎn)的基準(zhǔn)時間時，計(jì)算本地時鐘與系統(tǒng)基準(zhǔn)時間的差值(厶奶以=，據(jù)此更新或校準(zhǔn)其局域時鐘(奶以=
厶^101)；同時按照系統(tǒng)通信調(diào)度，讀出本地奶以時間值，并轉(zhuǎn)發(fā)至與之相連的所有網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)(含級聯(lián)交換節(jié)點(diǎn)、局域節(jié)點(diǎn))；
[0009]4)當(dāng)II八平臺節(jié)點(diǎn)接收到局域時鐘節(jié)點(diǎn)的基準(zhǔn)時間時，計(jì)算本地時鐘與局部基準(zhǔn)時間的差值(厶購-=，并據(jù)此更新本節(jié)點(diǎn)時鐘(購-=尺丁。1十厶購.)；如果本節(jié)點(diǎn)為級聯(lián)的交換節(jié)點(diǎn)，則按照系統(tǒng)通信調(diào)度，讀出本地基準(zhǔn)時間奶口，并轉(zhuǎn)發(fā)至與之相連的本局域網(wǎng)各節(jié)點(diǎn)(含級聯(lián)交換節(jié)點(diǎn))；
[0010]5)重復(fù)步驟1一步驟4，直至系統(tǒng)關(guān)閉。
[0011]系統(tǒng)時間同步采用主時鐘同步和系統(tǒng)時間同步2個獨(dú)立過程進(jìn)行的。
[0012]系統(tǒng)時間同步采用一級局域時鐘同步、二級局域時鐘和節(jié)點(diǎn)時鐘、三級節(jié)點(diǎn)時鐘三個層面進(jìn)行的。
[0013]系統(tǒng)時間同步采用時鐘相對同步方式。
[0014]皿平臺時鐘同步系統(tǒng)，其特征在于:所述系統(tǒng)包括分層的分布式實(shí)時時鐘(尺扣)同步體系結(jié)構(gòu)、同步電路，其中同步電路分布于系統(tǒng)各網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中，以其所處位置依次構(gòu)成系統(tǒng)的主時鐘、局域時鐘及節(jié)點(diǎn)時鐘，并自主時鐘節(jié)點(diǎn)依次校準(zhǔn)和同步與之相連的局域時鐘及節(jié)點(diǎn)時鐘的時間值，進(jìn)而達(dá)到整個系統(tǒng)的時間的相對同步。
[0015]分層的分布式實(shí)時時鐘⑶扣)同步體系結(jié)構(gòu)包括主時鐘和備份主時鐘、局域基準(zhǔn)時鐘、節(jié)點(diǎn)時鐘，其中主時鐘和備份主時鐘輸入為系統(tǒng)的絕對全局時間，其輸出鏈接局域基準(zhǔn)時鐘；局域基準(zhǔn)時鐘的輸入為主時鐘基準(zhǔn)時間，其輸出鏈接；節(jié)點(diǎn)時鐘輸入為局域時鐘基準(zhǔn)時間，輸出為時間誤差校準(zhǔn)后的節(jié)點(diǎn)基準(zhǔn)參考時間值。
[0016]電路包括一個長度為64位、分辨率為1118的遞增計(jì)數(shù)的實(shí)時時鐘、控制電路、主時鐘和備份主時鐘、局域基準(zhǔn)時鐘、節(jié)點(diǎn)時鐘，其中81(:分布于系統(tǒng)各網(wǎng)絡(luò)終端中，其輸入連接控制電路的寫邏輯，其輸出連接訂控制電路的讀邏輯。
[0017]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是:
[0018]1)層次式多時域同步結(jié)構(gòu)，每個交換節(jié)點(diǎn)各自構(gòu)成系統(tǒng)的一個相對獨(dú)立的局域網(wǎng)時域，使得系統(tǒng)同步控制簡單，且易于實(shí)現(xiàn)。
[0019]2)同步時間精度高，采用高分辨率實(shí)時時鐘、時鐘相對同步機(jī)制和層次式多級時間同步處理結(jié)構(gòu)，消除了交換式網(wǎng)絡(luò)傳輸調(diào)度延時影響，提高了系統(tǒng)同步時間精度。
[0020]3)具有良好通用性和容錯能力，可應(yīng)用于交換式網(wǎng)絡(luò)處理系統(tǒng)及高可靠的機(jī)載分布式實(shí)時處理系統(tǒng)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1是I嫩平臺層次化時鐘同步系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。
[0022]圖2是I嫩平臺時鐘同步處理流程圖。

【具體實(shí)施方式】
:
[0023]本發(fā)明是一種I嫩平臺時鐘同步方法，實(shí)施原理是:系統(tǒng)首先在系統(tǒng)各節(jié)點(diǎn)中設(shè)置一個1118分辨率的、64位長度的實(shí)時時鐘⑶扣)，實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)本地時間保持、計(jì)數(shù)，并接受系統(tǒng)同步及時間校準(zhǔn)；指派一個節(jié)點(diǎn)作為系統(tǒng)的主時鐘源，接收系統(tǒng)授時(如⑶幻及同步，產(chǎn)生系統(tǒng)參考基準(zhǔn)時間，并在系統(tǒng)通信調(diào)度下周期性發(fā)布系統(tǒng)基準(zhǔn)時間，同步I嫩系統(tǒng)各局域網(wǎng)基準(zhǔn)時間(含網(wǎng)絡(luò)交換節(jié)點(diǎn))；再通過各局域網(wǎng)交換節(jié)點(diǎn)的時間校準(zhǔn)及同步轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)，同步各局域網(wǎng)內(nèi)部所有處理節(jié)點(diǎn)之間的同步，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)I嫩平臺系統(tǒng)的時間同步；依賴系統(tǒng)通信配置，主時鐘節(jié)點(diǎn)在數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)上傳播系統(tǒng)基準(zhǔn)時間，以校準(zhǔn)各節(jié)點(diǎn)的時鐘值，即①計(jì)算本地時鐘與系統(tǒng)基準(zhǔn)時間的誤差(厶「奶^)，②更新和校準(zhǔn)本地時鐘,+厶奶^)；為確保隨著時間推移，各節(jié)點(diǎn)時鐘出現(xiàn)大的漂移或偏差，進(jìn)而給系統(tǒng)工作帶來混亂或錯誤，系統(tǒng)采用了周期性(如50^)時間同步機(jī)制，同時采用了雙冗余主時鐘節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)，以消除系統(tǒng)的單點(diǎn)故障，確保系統(tǒng)同步可靠性。
[0024]皿平臺時鐘同步是通過在系統(tǒng)各節(jié)點(diǎn)(交換機(jī)、功能模塊、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備)中設(shè)置一個實(shí)時時鐘，指定一個節(jié)點(diǎn)作為系統(tǒng)主時鐘源，并通過網(wǎng)絡(luò)配置周期性發(fā)布系統(tǒng)基準(zhǔn)時間，校準(zhǔn)系統(tǒng)各節(jié)點(diǎn)時鐘，使系統(tǒng)各節(jié)點(diǎn)相對主時鐘節(jié)點(diǎn)保持相對時鐘偏差，協(xié)調(diào)有序工作。該方法【具體實(shí)施方式】說明如下:
[0025]1、I嫩平臺分布式時鐘同步系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及電路說明
[0026]1)層次化分布式時鐘同步系統(tǒng)結(jié)構(gòu)說明:該方法采用3層分布式結(jié)構(gòu)，如圖1所示，其中第1層為系統(tǒng)主時鐘源和備份主時鐘源(奶匕)，可接收系統(tǒng)授時及時間同步，實(shí)時時間轉(zhuǎn)換、主時鐘更新或時間校準(zhǔn)及系統(tǒng)基準(zhǔn)時間到各交換機(jī)的發(fā)布；第2層為系統(tǒng)局域基準(zhǔn)時鐘(奶^)，駐留于I嫩平臺各網(wǎng)絡(luò)交換節(jié)點(diǎn)(包括余度交換機(jī))中，接收來自系統(tǒng)主時鐘的基準(zhǔn)時間，校準(zhǔn)和更新系統(tǒng)各局域網(wǎng)的基準(zhǔn)時間，同時將校準(zhǔn)后系統(tǒng)基準(zhǔn)時間轉(zhuǎn)發(fā)給局域各級聯(lián)網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、本網(wǎng)域內(nèi)的節(jié)點(diǎn)(功能模塊、外部節(jié)點(diǎn))，實(shí)現(xiàn)本局域網(wǎng)內(nèi)的時間同步；第3層為節(jié)點(diǎn)時鐘，駐留于I嫩平臺各功能模塊、外部節(jié)點(diǎn)內(nèi)，接收來自本局域網(wǎng)的局部基準(zhǔn)時間同步，計(jì)算本地時鐘與局部基準(zhǔn)時間的差值，并據(jù)此更新和校準(zhǔn)節(jié)點(diǎn)本地時鐘咖』)。
[0027]2)時鐘同步電路說明嫩平臺各網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)中設(shè)計(jì)一個標(biāo)準(zhǔn)的同步電路，其長度為64位、分辨率為11！8，以遞增方式計(jì)數(shù)，可被端系統(tǒng)控制器“讀/寫”操作；時鐘同步電路提供幀錯誤檢測、幀長度檢測、余度處理及讀丨寫操作功能，確保完整性及正確性。
[0028]時鐘同步流程說明:
[0029]1)時間同步消息的檢測及接收:如果消息檢測無錯誤，則轉(zhuǎn)入步驟(2),否則時間同步失敗，丟棄該時間消息。
[0030]2)絕對全局時間的判斷及處理:實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)授時或系統(tǒng)基準(zhǔn)時間同步，當(dāng)節(jié)點(diǎn)8接收到的時間為全局絕對時間(包括年月日、時分秒信息)，首先將該時間轉(zhuǎn)換為一個64位時間數(shù)據(jù)，作為系統(tǒng)基準(zhǔn)參考時間，并據(jù)此更新或校準(zhǔn)主時鐘的奶匕值；同時按照系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)配置，每個固定時間周期(如50^)將系統(tǒng)基準(zhǔn)時間“廣播”至與之相連的交換節(jié)點(diǎn)，否則轉(zhuǎn)入步驟⑶；
[0031]3)系統(tǒng)基準(zhǔn)時間的判斷及處理:實(shí)現(xiàn)I嫩平臺各節(jié)點(diǎn)的時間同步，其基準(zhǔn)時間來自系統(tǒng)的主時鐘節(jié)點(diǎn)，如果節(jié)點(diǎn)1接收的時間為系統(tǒng)基準(zhǔn)時間，則計(jì)算其時鐘與系統(tǒng)基準(zhǔn)時間的差值(厶，并據(jù)此更新或校準(zhǔn)其局域時鐘,+厶奶^)；如要輸出時間同步幀(一級交換節(jié)點(diǎn))時，則讀出本地時間值，并轉(zhuǎn)發(fā)至與之相連的所有網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)(含級聯(lián)交換節(jié)點(diǎn)、局域節(jié)點(diǎn))，否則轉(zhuǎn)入步驟(3)；
[0032]4)局部基準(zhǔn)時間的判斷及處理:實(shí)現(xiàn)局域網(wǎng)內(nèi)部各節(jié)點(diǎn)之間的時間同步，其基準(zhǔn)時間來自本局域網(wǎng)的交換節(jié)點(diǎn)，即如果節(jié)點(diǎn)』接收的時間為來自上級局域網(wǎng)的局部基準(zhǔn)時間，則計(jì)算本地時鐘與局部基準(zhǔn)時間的差值(八，并據(jù)此更新本節(jié)點(diǎn)時鐘(^0,= 厶^10,)；如果本節(jié)點(diǎn)為級聯(lián)交換節(jié)點(diǎn)，則在時間同步幀輸出時，讀出本地局部基準(zhǔn)時間時間值，并轉(zhuǎn)發(fā)至本局域網(wǎng)各節(jié)點(diǎn)(含級聯(lián)交換節(jié)點(diǎn)、局域節(jié)點(diǎn))，否則轉(zhuǎn)入步驟(5)；
[0033]5)如系統(tǒng)關(guān)閉，則停止運(yùn)行；否則轉(zhuǎn)入步驟⑴，重復(fù)下一輪時間同步操作。
【權(quán)利要求】
1.一種IMA平臺時鐘同步方法，其特征在于:所述方法包括以下步驟: 1)檢測及接收時間同步消息，檢測錯誤的時間同步消息時，報告同步錯誤，并丟棄該消息; 2)當(dāng)主時鐘節(jié)點(diǎn)接收到系統(tǒng)絕對全局時間時，將該時間轉(zhuǎn)換為一個64位時間數(shù)據(jù)，并據(jù)此校準(zhǔn)或更新主時鐘的RTCs值；同時按照系統(tǒng)通信調(diào)度，每個固定時間周期將系統(tǒng)基準(zhǔn)時間“廣播”至與之相連局域時鐘(交換節(jié)點(diǎn))； 3)當(dāng)IMA平臺局域時鐘節(jié)點(diǎn)接收到主時鐘節(jié)點(diǎn)的基準(zhǔn)時間時，計(jì)算本地時鐘與系統(tǒng)基準(zhǔn)時間的差值(Λ RTCi = RTC1-RTCs)，據(jù)此更新或校準(zhǔn)其局域時鐘(RTCi =RTCs+ Δ RTCi);同時按照系統(tǒng)通信調(diào)度，讀出本地RTCi時間值，并轉(zhuǎn)發(fā)至與之相連的所有網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)(含級聯(lián)交換節(jié)點(diǎn)、局域節(jié)點(diǎn))； 4)當(dāng)IMA平臺節(jié)點(diǎn)接收到局域時鐘節(jié)點(diǎn)的基準(zhǔn)時間時，計(jì)算本地時鐘與局部基準(zhǔn)時間的差值(Λ RTCj = RTCj-RTCl)，并據(jù)此更新本節(jié)點(diǎn)時鐘(RTCj = RTCl+ Δ RTCj);如果本節(jié)點(diǎn)為級聯(lián)的交換節(jié)點(diǎn)，則按照系統(tǒng)通信調(diào)度，讀出本地基準(zhǔn)時間RTCj，并轉(zhuǎn)發(fā)至與之相連的本局域網(wǎng)各節(jié)點(diǎn)(含級聯(lián)交換節(jié)點(diǎn))； 5)重復(fù)步驟1-步驟4，直至系統(tǒng)關(guān)閉。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的IMA平臺時鐘同步方法，其特征在于:系統(tǒng)時間同步采用主時鐘同步和系統(tǒng)時間同步2個獨(dú)立過程進(jìn)行的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的IMA平臺時鐘同步方法，其特征在于:系統(tǒng)時間同步采用一級局域時鐘同步、二級局域時鐘和節(jié)點(diǎn)時鐘、三級節(jié)點(diǎn)時鐘三個層面進(jìn)行的。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的IMA平臺時鐘同步方法，其特征在于:系統(tǒng)時間同步采用RTC時鐘相對同步方式。
5.1MA平臺時鐘同步系統(tǒng)，其特征在于:所述系統(tǒng)包括分層的分布式實(shí)時時鐘(RTC)同步體系結(jié)構(gòu)、RTC同步電路，其中RTC同步電路分布于系統(tǒng)各網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中，以其所處位置依次構(gòu)成系統(tǒng)的主時鐘、局域時鐘及節(jié)點(diǎn)時鐘，并自主時鐘節(jié)點(diǎn)依次校準(zhǔn)和同步與之相連的局域時鐘及節(jié)點(diǎn)時鐘的時間值，進(jìn)而達(dá)到整個系統(tǒng)的時間的相對同步。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的IMA平臺時鐘同步系統(tǒng)，其特征在于:分層的分布式實(shí)時時鐘(RTC)同步體系結(jié)構(gòu)包括主時鐘和備份主時鐘、局域基準(zhǔn)時鐘、節(jié)點(diǎn)時鐘，其中主時鐘和備份主時鐘輸入為系統(tǒng)的絕對全局時間，其輸出鏈接局域基準(zhǔn)時鐘；局域基準(zhǔn)時鐘的輸入為主時鐘基準(zhǔn)時間，其輸出鏈接；節(jié)點(diǎn)時鐘輸入為局域時鐘基準(zhǔn)時間，輸出為時間誤差校準(zhǔn)后的節(jié)點(diǎn)基準(zhǔn)參考時間值。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的IMA平臺時鐘同步系統(tǒng)，其特征在于:RTC電路包括一個長度為64位、分辨率為Ius的遞增計(jì)數(shù)的實(shí)時時鐘、RTC控制電路、主時鐘和備份主時鐘、局域基準(zhǔn)時鐘、節(jié)點(diǎn)時鐘，其中RTC分布于系統(tǒng)各網(wǎng)絡(luò)終端中，其輸入連接RTC控制電路的寫邏輯，其輸出連接RTC控制電路的讀邏輯。
【文檔編號】H04J3/06GK104468072SQ201410735935
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年12月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月4日
【發(fā)明者】楊軍祥, 楊濤, 李成文, 王純委, 王明, 李大鵬 申請人:中國航空工業(yè)集團(tuán)公司第六三一研究所