[發(fā)明專利]基于TDMOW串行總線的分布錄波器同步方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110006494.0
• 申請日: 2011-01-13
• 公開（公告）號: CN102111261A
• 公開（公告）日: 2011-06-29
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李尚柏;鄭高群;鐘睿;徐祿勇;周維
• 申請（專利權(quán)）人: 四川大學(xué)
• 主分類號: H04L7/04
• 分類號: H04L7/04;H04L12/40
• 代理公司: 成都和睿達專利代理事務(wù)所(普通合伙) 51217
• 代理人: 潘育敏

1.一種基于TDMOW串行總線的分布錄波裝器同步方法，其特征在于：多個子錄波器通過TDMOW串行總線連接起來構(gòu)成分布錄波裝置，裝置中所有子錄波器均設(shè)置有同步時鐘、總線數(shù)據(jù)接口電路與校時信號控制電路；同步時鐘電路包含本地時鐘和基準(zhǔn)時鐘，總線數(shù)據(jù)接口電路包含接口驅(qū)動電路、微幀數(shù)據(jù)分時控制切換電路、串行編碼電路和串行解碼電路，校時信號控制電路包含校時分脈沖自動切換電路和校時分脈沖延遲電路；

裝置中所有子錄波器均為從站，而編號最小的子錄波器在作為從站的同時將自動成為主站，主站通過向總線發(fā)送幀基準(zhǔn)編碼信號來同步其它所有子站的時鐘；主站還通過總線發(fā)送幀頭編碼信號及分校時脈沖編碼信號，同時所有子站均通過總線發(fā)送編碼數(shù)據(jù)，各個子站編碼輸出信號（Cout）與共享的編碼輸入信號（Cin）是“或”的關(guān)系：總線上的信息按幀編碼，按幀傳輸；工作時，各個子錄波器首先通過I/O口輸出控制信號，并在20mS時鐘前沿將信號鎖存，然后對控制位進行編碼，之后裝置中所有子錄波器在各自時鐘的同步下將數(shù)據(jù)幀編碼信號按時分切換的方式同時、依次發(fā)送到總線上，在TDMOW總線上經(jīng)過“線或”運算來合成狀態(tài)位編碼；同時各個子錄波器接收編碼，經(jīng)過解碼，得到各種同步狀態(tài)位，再由微處理器ARM讀取，從而實現(xiàn)裝置中多個子錄波器控制數(shù)據(jù)的傳輸與共享。

2.如權(quán)利要求1所述的同步方法，其特征在于：所述本地時鐘包含若干同源、同步、不同頻率的脈沖信號輸出，所述基準(zhǔn)時鐘包含幀基準(zhǔn)信號；主站將幀基準(zhǔn)編碼信號發(fā)送到總線上，所有子站通過總線同步接收該信號，經(jīng)過解碼，同步延遲，獲得幀同步脈沖信號；該信號將直接連接到子錄波器本地時鐘系統(tǒng)的外同步信號輸入端，用以同步本地時鐘，從而保證所有連接到總線上的子錄波器的本地時鐘與主站的本地時鐘同步。

3.如權(quán)利要求2所述的同步方法，其特征在于：所述若干同源、同步、不同頻率的脈沖信號來自同一個4M晶振源及相關(guān)級聯(lián)分頻電路，包括4MHz或250nS、1MHz或1uS、40KHz?或25uS、10KHz或100uS、5KHz或200uS、50Hz或20mS、10Hz或100mS、1Hz?或1S八種不同頻率或周期的脈沖信號輸出以及1路由基準(zhǔn)時鐘電路輸出的20mS幀基準(zhǔn)信號（LST）；在這些信號中，250nS、1uS、25uS、200uS?及20mS五路信號在經(jīng)過脈寬整形電路與延遲電路處理后，將用作數(shù)據(jù)編碼、解碼以及微幀切換的同步控制信號，其中200uS?、25uS?、1uS及20mS基準(zhǔn)時鐘將用作編碼電路同步信號，25uS?、1uS及250nS時鐘將用作解碼電路同步信號，20mS?、200uS及25uS時鐘將用作微幀數(shù)據(jù)時分控制切換電路同步信號；而1MHz、10KHz、20mS、100mS以及1S?五路脈沖在經(jīng)過另一組脈寬整形電路以及延遲電路處理后，被送到子錄波器的采樣電路以及數(shù)字信號處理器DSP與微處理器ARM的中斷輸入引腳，其中1MHz信號用作ADC轉(zhuǎn)換時鐘，10KHz信號主要用作數(shù)據(jù)鎖存與采樣同步信號，20mS脈沖用作數(shù)字信號處理器DSP到微處理器ARM的數(shù)據(jù)傳輸同步信號以及計算分段同步信號，100mS時鐘用作計算同步與隊列同步的參考信號，1S時鐘用作時鐘同步參考信號。

4.如權(quán)利要求1所述的同步方法，其特征在于：所述校時信號控制電路包含校時分脈沖自動切換電路和校時分脈沖延遲電路；校時分脈沖自動切換電路能同時接收來自外部GPS以及本機日歷時鐘芯片（M41ST95）的分校時脈沖信號，并自動選擇其中一種作為系統(tǒng)校時分脈沖；系統(tǒng)的絕對授時來自GPS或日歷時鐘，也由裝置自動選擇其中一種作為系統(tǒng)絕對授時基準(zhǔn)；校時及標(biāo)記的實現(xiàn)過程如下：在主站發(fā)送到總線的每個微數(shù)據(jù)幀中都包含有校時分脈沖標(biāo)記段，平常該段標(biāo)記為0，當(dāng)系統(tǒng)校時分脈沖到來時，一方面主站將立即進行數(shù)據(jù)標(biāo)記和同步校時，同時校時分脈沖延遲電路自動將該脈沖信號延遲至下一個微數(shù)據(jù)幀時間，以使該微幀中校時分脈沖標(biāo)記段被標(biāo)記為1，從站通過總線接收數(shù)據(jù)幀信息，經(jīng)過解碼，獲得校時分脈沖信號，然后進行數(shù)據(jù)標(biāo)記和同步校時；主站在通過RS485網(wǎng)將系統(tǒng)絕對日歷時間發(fā)送給所有從站的同時，還將自己記錄的絕對標(biāo)記時間以及標(biāo)記點和偏差值發(fā)送給所有從站，作為數(shù)據(jù)時間標(biāo)記的基準(zhǔn)。

5.如權(quán)利要求1所述的同步方法，其特征在于：所述同步方法中，采樣同步的具體方式是：采樣同步脈沖來自子錄波器本地時鐘的10KHz分頻電路，該脈沖經(jīng)過脈寬及延遲處理后，加載到子錄波器模數(shù)轉(zhuǎn)換與數(shù)字鎖存電路的同步觸發(fā)端上，而模數(shù)轉(zhuǎn)換就緒信號則連接到DSP的中斷引腳上；上電后，子錄波器搜尋來自總線的幀基準(zhǔn)信號，當(dāng)接收到第一個幀基準(zhǔn)信號時，本地時鐘分頻系統(tǒng)被清零，然后開始同步分頻計數(shù)，同時DSP立即開放INT0中斷，開始進入正常工作程序并準(zhǔn)備接收ADC發(fā)來的轉(zhuǎn)換就緒信號，此后主站幀基準(zhǔn)信號將定時同步所有子站的本地時鐘，而所有子站則將在本地10KHz采樣時鐘的同步下，定時同步觸發(fā)子錄波器的模數(shù)轉(zhuǎn)換及數(shù)字鎖存電路，然后由DSP讀取采樣數(shù)據(jù)，從而保證裝置中各個子錄波器的所有模擬與數(shù)字通道采樣的嚴(yán)格同步；

所述同步方法中，傳輸同步的具體方式是：傳輸同步脈沖來自子錄波器本地時鐘的20mS分頻電路，該脈沖經(jīng)過脈寬及延遲處理后，加載到子錄波器DSP的中斷引腳上，上電后，子錄波器搜尋來自總線的幀基準(zhǔn)信號，當(dāng)接收到第一個幀基準(zhǔn)信號時，本地時鐘分頻系統(tǒng)被清零，然后開始同步分頻計數(shù)，同時DSP將開放中斷，開始接收20mS數(shù)據(jù)同步傳輸信號；此后主站幀基準(zhǔn)信號將定時同步所有子站的本地時鐘，各個子錄波器在10KHz采樣脈沖的觸發(fā)下定時同步采樣；每經(jīng)過20mS，完成200次采樣后，?DSP將收到同步傳輸信號送來的請求傳數(shù)中斷，DSP響應(yīng)中斷，將此前20mS各通道的采集數(shù)據(jù)與計算數(shù)據(jù)傳送給ARM，從而保證各個獨立的子錄波器各自的數(shù)據(jù)流在數(shù)據(jù)傳輸上的分段同步；

所述同步方法中，計算同步的具體方式是：在各個子錄波器上設(shè)置了1組I/O口用于計算同步，包括輸出計算控制位（EGPIO7），接收計算狀態(tài)位（COL5）；在每個20mS時鐘的前沿，裝置中所有子錄波器各自計算控制位的狀態(tài)將被鎖存，然后經(jīng)編碼后同時發(fā)送到總線上，在TDMOW總線上經(jīng)過“線或”運算，合成后的狀態(tài)位編碼再輸回到各個子錄波器，經(jīng)過解碼，最后被鎖存到各個子錄波器的計算狀態(tài)位鎖存器中，再由ARM讀取；工作時，每當(dāng)子錄波器發(fā)起計算，應(yīng)將計算控制位置1，而每當(dāng)子錄波器結(jié)束計算，則應(yīng)將計算控制位置0；子錄波器在進入計算之前先檢測計算狀態(tài)位，如果計算狀態(tài)位為0，表示沒有其它子錄波器處于計算中，本子錄波器可以發(fā)起新的一輪計算，而如果計算狀態(tài)位為1，即總線合成電平（Cin）輸出為高，則表示目前系統(tǒng)中尚有子錄波器處于計算中，不能發(fā)起新的一輪計算，需要等待；當(dāng)所有子錄波器都完成了本輪計算，其中最后一個完成的子錄波器將其計算控制位置0后，總線合成電平（Cin）輸出變低，在緊隨其后的下一個數(shù)據(jù)幀中，各個子錄波器將檢測到計算狀態(tài)位被置0，才可開始新的一輪計算，從而保證了裝置中所有子錄波器在數(shù)據(jù)計算上的分段同步；

所述同步方法中，隊列同步的具體方式是：在各個子錄波器上設(shè)置了1組I/O口用于隊列體同步控制，輸出隊列同步控制位（EGPIO6），接收隊列同步狀態(tài)位（EGPIO9）；工作時，所有從站都將隊列同步控制位固定置0，而主站平時也將隊列同步控制位置0，但在每個100mS時鐘的前沿，主站將檢查自身的數(shù)據(jù)隊列，如果這時數(shù)據(jù)隊列無堆積，主站則將其隊列同步控制位置1，以通知裝置中其它所有子錄波器，現(xiàn)在可以進入同步；而在數(shù)據(jù)隊列有堆積或非100mS時鐘前沿開始的數(shù)據(jù)幀時間內(nèi)，主站將保持同步控制位為0，以通知裝置中其它所有子錄波器，現(xiàn)在不能進入同步；而所有從站通過總線接收該信號，并解碼、鎖存，由ARM讀取，從而獲得系統(tǒng)隊列同步狀態(tài)信息；

所述同步方法中，同步錄波的具體方式是；在子錄波器上設(shè)計了3組共6個I/O口用于錄波、錄值與定值同步控制：輸出錄波控制位（EGPIO3）、錄值控制位（EGPIO4）與定值控制位（ROW7）；接收錄波狀態(tài)位（COL7）、錄值狀態(tài)位（COL6）與定值狀態(tài)位（COL4）；錄波、錄值與定值這3種不同的狀態(tài)位可以用來區(qū)別不同的錄波階段或錄波請求，其中錄波位置1表示要求記錄實時波形數(shù)據(jù)；錄值位置1表示要求記錄數(shù)據(jù)的有效值；定值位用以區(qū)分不同的起動類型；工作時，每當(dāng)有子錄波器需要發(fā)起錄波或錄值，應(yīng)分別將其自身的錄波控制位或錄值控制位置1，以通知裝置中其它所有子錄波器，立即響應(yīng)同步錄波或錄值；而每當(dāng)發(fā)起錄波或錄值的子錄波器按要求需要結(jié)束錄波或錄值過程時，則應(yīng)將其自身的錄波控制位或錄值控制位置0，以通知裝置中其它所有子錄波器，結(jié)束同步錄波或錄值過程；同步錄波控制位、錄值控制位與定值控制位的狀態(tài)將在每個20mS數(shù)據(jù)幀的前沿被鎖存，然后分別經(jīng)過編碼，加載到TDMOW串行總線上；各個子錄波器所加載的編碼信號經(jīng)過“線或”運算合成后，所得到的錄波狀態(tài)、錄值狀態(tài)和定值狀態(tài)的合成編碼由各個子錄波器接收、解碼，并分別鎖存到各自的錄波、錄值與定值狀態(tài)位鎖存器中，由ARM讀取；然后子錄波器將檢查錄波或錄值狀態(tài)位的狀態(tài)，以確定是否需要響應(yīng)同步錄波或錄值，以及是否需要結(jié)束錄波或錄值過程，從而實現(xiàn)裝置中所有分布、并行工作的子錄波器的同步錄波。