[發明專利]一種工業以太網時鐘同步方法及系統

有效

• 申請號: 201610050759.X
• 申請日: 2016-01-26
• 公開（公告）號: CN105743598B
• 公開（公告）日: 2018-06-26
• 發明（設計）人: 陳吉紅;吳棋;楊立志;方凡濤;華榛;肖佩;王軼凱;趙東林
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: H04J3/06
• 分類號: H04J3/06
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 趙偉

本發明公開了一種工業以太網時鐘同步方法及系統，其系統包括本地時鐘模塊、物理層芯片模塊、漂移補償模塊和偏移補償模塊；其方法基于該系統，首先根據參考時鐘、累加片內延時、本地時間戳，結合預設的自動漂移因子N，獲得漂移補償的“補償周期”和“漂移極性”，根據補償極性和補償周期調整時鐘計數，完成漂移補償；然后根據參考時鐘、本地時間戳、累加片內延時，以及預設的自動偏移因子M和幀傳輸線延時，獲取偏移補償值，從站在下次本地時間計數時加上所述偏移補償值，完成偏移補償，完成漂移補償和偏移補償達到時鐘同步的目的；兩種補償結合進行時鐘同步對網絡線上資源的消耗遠小于EtherCAT時鐘同步所消耗的線上資源；并且提高了時鐘同步的精度。

技術領域

本發明屬于以太網通訊技術領域，更具體地，涉及一種工業以太網節點時鐘同步方法及系統。

背景技術

工業以太網由傳統的商用以太網改進而成，可以利用以太網的豐富軟硬件資源進行節點設備的開發。由于以太網采用的是CSDM/CD的介質訪問控制機制，各節點時鐘不同步，各節點收到網絡數據的時間并不相同，其本地時鐘也不盡相同。對于工業現場設備之間的高精度時鐘同步需求，采用網絡設備間的分布式時鐘同步技術來滿足，2003年發布的IEEE1588協議確定了網絡節點之間的時鐘同步規范。

EtherCAT工業以太網基于IEEE1588時鐘協議，采用EtherCAT分布式時鐘同步方法，利用傳輸延時測量、系統時間偏差補償和時鐘漂移補償，對各個從站節點的時鐘進行同步，具體如下：

(1)通過系統拓撲結構以及接口類型計算從站之間的延時，推導出各個從站的偏移量，并將偏移量和延時寫入相應的寄存器中完成初步延時和偏移量矯正；

(2)通過發送20000次EtherCAT的“讀多寫”(Auto Increment ReadMultipleWrite)幀完成漂移矯正；完成對表操作，時鐘達到同步。

EtherCAT分布式時鐘同步方法具有以下特點：將延時和偏移量在下次重新計算前視為定值；為了滿足不同晶振的對表需求，將“讀多寫”幀發送的次數定為20000次。延時包括線傳輸延時和設備延時，網絡延時為定值，設備延時存在一個物理層芯片(PHY)周期的誤差；而20000次的“讀多寫”幀雖然能保證各從站完成漂移補償，卻占用了大量的線上資源，因此具有以下缺陷：

(1)矯正之后的時鐘精度不夠高；

(2)時鐘同步過程中的對表流程繁瑣，占用線上資源多，時間較長。

發明內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供了一種工業以太網時鐘同步方法及系統，其目的在于提高現有分布式時鐘同步方法的精度。

為實現上述目的，按照本發明的一個方面，提供了一種工業以太網時鐘同步方法，具體如下：

(1)根據從站端口接收的數據幀以及本地晶振時鐘，獲取從站本地時間戳、數據幀中的“累加片內延時”、參考時鐘和數據幀抵達端口時的端口時間戳；

其中，“累加片內延時”是指在數據幀到達該從站之前，在經過的所有從站的片內延時的累加和；從站本地時間戳則提取自從站的獨立時鐘；

(2)判斷是否采用自動漂移補償，若是，則進入步驟(3)，若否，則進入步驟(4)；

(3)根據上述參考時鐘、累加片內延時、本地時間戳，以及預設的自動漂移因子N，獲取間隔了N秒的兩個數據幀的參考時鐘時間差、本地時鐘時間差和累加片內延遲時間差，并據此獲得漂移補償的“補償周期”和“漂移極性”，進入步驟(5)；

其中，自動漂移因子N由用戶設置，表示用于獲取“補償周期”和“漂移極性”兩個數據幀的間隔時間；

“補償周期”是指系統進行漂移補償的周期，是系統時鐘周期的整數倍；“補償極性”包括正補償和負補償；