[发明专利]基于线性菊花链以太网拓扑的时钟同步系统

权利要求书

1.一种基于线性菊花链以太网拓扑的时钟同步系统，其特征在于，包括：主时钟设备和多个从时钟设备，所述主时钟设备作为首部，与所有从时钟设备组成分布式线性菊花链网络拓扑结构；

所述主时钟设备与从时钟设备通过以太网通信，主时钟设备控制实现级联从时钟设备的同步时钟，主从时钟设备之间通过基于UDP传输的同步协议实现时钟同步，包括从时钟设备的传输延时测量和配置、采集命令的同步启动和周期性时钟频率补偿；

所述从时钟设备依据同步时钟的采样命令控制采集数据并上传至主时钟设备。

2.根据权利要求1所述的基于线性菊花链以太网拓扑的时钟同步系统，其特征在于，主时钟设备和从时钟设备的核心部分基于FPGA设计得到，包括：通信接口、命令控制处理单元、数据控制单元、闪存控制器、配置管理模块；

所述通信接口为介质无关接口，与设备外扩的以太网接口连接，实现命令和数据通信；

所述命令控制单元包括方向相反的命令处理支路，每个命令处理支路包括第一MAC控制器、命令解析模块、网络包缓存模块、发送控制模块以及第二MAC控制器，其中，第一MAC控制器和第二MAC控制器用于提供访问介质无关接口的统一访问接口；命令解析模块用于解析接入的网络包，决定是否转发网络包和同步时钟，并产生回应包；网络包缓存模块用于缓存等待发送的网络包队列；发送控制模块用于从网络包缓存模块中读取网络包，并控制网络包的发送时序；

所述数据控制单元包括同步时钟管理模块、采样控制器、数据打包模块，其中，同步时钟管理模块用于接收命令解析模块解析的同步命令，产生同步时钟；采样控制器用于根据当前配置参数和同步时钟控制数据采集；数据打包模块用于将采集数据打包成网络包；

所述闪存控制器用于控制固有配置参数的读写；

所述配置管理模块用于管理配置参数，包括设备ID、采样率。

3.根据权利要求2所述的基于线性菊花链以太网拓扑的时钟同步系统，其特征在于，主时钟设备通过网络包修改从时钟设备的配置参数，并固化在配置管理模块中；

所述设备ID作为延时测量时的识别号、IP地址和MAC地址标识。

4.根据权利要求1或2所述的基于线性菊花链以太网拓扑的时钟同步系统，其特征在于，主时钟设备向从时钟设备的传输延时测量和配置，包括：

主时钟设备扫描获取当前在线的从时钟设备后，对在线从时钟设备进行传输延时测量，包括：主时钟设备测量开始发送延时测量网络包到接收并接解析完从时钟设备反馈的回应包时间t_{pdelay_around}，并以作为传输延时t_pdelay；采用相同方式对每个从时钟设备进行多次延时测量，并以多次延时测量的均值作为每个从时钟设备的最终传输延时；

主时钟设备依据测量的最终传输延时通过网络包配置每个从时钟设备的传输延时。

5.根据权利要求1或2所述的基于线性菊花链以太网拓扑的时钟同步系统，其特征在于，主时钟设备向从时钟设备的采集命令的同步启动，包括：

主时钟设备基于UDP传输的同步协议向从时钟设备发送带有同步采集开始时间的网络包，并开启本地时钟计数，其中，同步采集开始时间大于从时钟设备的最大传输延迟值；

从时钟设备接收并解析网络包，将本地计数设为延时配置的传输延时值，并开始本地时钟计数。

6.根据权利要求1或2所述的基于线性菊花链以太网拓扑的时钟同步系统，其特征在于，主时钟设备对从时钟设备的周期性时钟频率补偿，包括：

在主时钟设备发送带有同步采集开始时间的网络包之后，定周期基于UDP传输的同步协议向从时钟设备发送包含补偿频率的网络包，从时钟设备接收并解析包含补偿频率的网络包后，依据补偿频率和传输延迟值更新本地时钟计数，其中，补偿频率为主时钟设备的本地时钟计数值。