[发明专利]一种基于CPCI总线的高精度时钟同步方法及其系统

说明书

技术领域

本发明涉及工业监测与控制领域，更具体地，本发明涉及一种基于CPCI总线的高精度时钟同步的方法及系统。 

背景技术

在工业自动化、分布式仪器控制和实时数据采集等领域，以较低成本、高兼容的方式实现高精度时钟同步是一个关键问题，这涉及到两个关键技术：Compact PCI总线和IEEE1588标准。Compact PCI(Compact Peripheral Component Interconnect)简称CPCI，中文又称紧凑型PCI，具有可热插拔(Hot Swap)、高开放性和高可靠性的特点，是一种通用的高性能工业总线架构。它在实时系统控制、工业自动化和实时数据采集领域具有广泛应用。IEEE 1588(v2)是2008年IEEE协会颁布的网络测量和控制系统的精密时钟同步协议标准，主要提供一种在以太网络环境中实现高精度时钟同步的方案。IEEE 1588标准的实现需要网络交换设备和终端设备的同时支持。目前，国内外还没有CPCI总线的工控设备实现IEEE 1588标准的报道。 

工控设备实现IEEE 1588标准必须要达到三个目标：一是对现有的工控设备改动尽可能的小，特别是要兼容于工控设备上大量的其他CPCI装置，这些装置不能因为时钟同步的问题而受到影响；二是要达到较高的时钟同步精度，至少也要达到微秒的同步精度，否则难以满足工控行业的需求；三是必须能够提供多个时钟信号输出的方法，工控设备不仅系统本身需要使用精确时钟信号，而且比如采集板等CPCI装置也需要使用精确时钟信号。 

发明内容

本发明的目的，为了克服现有的时钟同步系统不能兼容于工控设备上大量的其它CPCI装置，不能达到较高的时钟同步精度，不能同时提供多个时钟信号输出的方法，从而提出一种CPCI总线的高精度时钟同步的方法及系统。 

为了达到上述几个目的，本发明能够将IEEE 1588快速兼容应用于广泛的工控设备，在兼容模式达到纳秒的同步精度，并且提供多种时钟信号输出方法，本发明提出了一种基于CPCI总线实现高精度时钟同步的方法和装置：采用IP核封装IEEE1588协议，通过FPGA控制双PHY网络芯片，利用以太网口和CPCI插槽，通过时钟输出接口和CPCI总线时钟驱动，满足工控设备对于高精度同步时钟源的需求。

本发明提出的一种基于CPCI总线的高精度时钟同步方法，该方法基于IEEE1588协议为工控设备提供若干路高精度的时钟同步信号，所述的方法包含如下步骤： 

10)通过对物理层的电平信号进行监测，判断是否为IEEE 1588时钟同步信号，如果是IEEE 1588时钟同步信号的报文则触发IEEE 1588的处理机制； 

20)FPGA芯片对接收的IEEE 1588时钟同步信号的报文，进行包处理和控制，并调整输出的IEEE 1588时钟同步信号； 

30)将输出的IEEE1588时钟同步信号提供给工控设备的CPU和若干的CPCI装置。 

一种CPCI总线的高精度时钟同步系统，该系统用基于IEEE 1588协议的高精度时钟同步方法为工控系统提供精准同步时钟，包含时钟芯片，其特征在于，所述的系统还包含FPGA芯片，该芯片包含如下模块： 

IEEE 1588包识别和处理模块：用于通过GMII接口，从含有IEEE 1588信号的网络信号中检测并识别IEEE 1588时钟同步信号从中抽取时钟同步信号包； 

IEEE 1588控制模块：接受抽取的时钟同步信号包，对包括同步请求、延迟请求、路径延迟请求和路径延迟响应事件消息的进行时间戳分析和标记； 

IEEE 1588时钟/时钟调整模块：用于对工控系统的时钟同步信号进行调整，通过比较时钟芯片输入的基准同步时钟信号与IEEE 1588控制模块处理得到的时钟同步信号得到两个时钟同步信号的偏差值，进而利用该偏差值调整原始时钟同步信号，从而得到精确地时钟同步信号； 

IEEE 1588协议模块：该模块完全封装于FPGA芯片的IP软核内，用于封装精确时钟同步信号的标准时间戳，为IEEE 1588时钟模块提供IEEE 1588输出时钟，为此能提供若干路独立于具体硬件的时钟输出； 

内置软集线器：实现物理子层的数据转发和控制功能； 

其中，所述的IEEE 1588时钟/时钟调整模块连接时钟芯片，该时钟芯片输入基准的参考时钟同步信号。