[发明专利]一种基于Ethernet POWERLINK的时钟同步方法

说明书

本发明提供了一种基于Ethernet POWERLINK的时钟同步方法，应用于Ethernet POWERLINK菊花链网络拓扑结构，采用了主从式结构组织整个时钟同步系统。本发明针对EPL协议自带的时钟同步方法的不足，提出了提高时钟同步精度的改进方法，采用迭代计算的方法消除了主从站时钟同步报文往返的路径延迟。相对于EPL协议自带的同步方法，本发明的方法对于提高站点之间的时钟同步精度取得了良好的效果，时钟同步精度提高了约一个数量级，这对于实现基于EPL的高精度分布式时钟同步网络具有重要意义。

技术领域

本发明涉及工业控制领域，尤其是工业控制网络站点的实时通信领域。

背景技术

高精度的时钟同步要求在工业控制领域的某些场合有重要的意义，如时间顺序记录系统，或者多伺服器的控制环境中。传统的操作站同步法和简单网络时间协议(SimpleNetwork Time Protocol，SNTP)尽管实现方法简单，但没有解决以太网传输的网络延时不确定性和带冲突检测的载波监听多路访问(CSMA/CD)控制机制引起的冲突延时不确定性，同步精度不高，难以实现真正意义上的时钟同步。全球定位系统(GPS)同步，是在时钟同步接收设备加载GPS模块，虽然标称精度可以达到1μs，但受外部因素的影响较大，很难时刻保持很高的精度。IEEE 1588协议利用以太网或其他支持多播技术的网络使终端设备同步，最高精度可以达到亚微秒级，但其机制是基于报文往返的路径延时相等的假设，这在一般的以太网中往往不能够满足要求。

EPL(Ethernet POWERLINK)协议由于硬实时性好、开源和便于移植等优点，在工业控制领域有着比较广泛的应用。但是，目前EPL协议版本支持的两种时钟同步方法不能够保证非常高的精度；其中，EPL协议自身提供的同步方法没有考虑同步报文在网络中的传输延迟问题，而分布式计时器补偿方法也没有给出适用性很强的计算方法。虽然分布式同步法由于使用了分布式计时器，每隔一段时间就会重新校准计时器，对于提高时钟同步精度有一定效果，但这种方法仍然依赖SoC帧的同步精度，没有从根本上消除时钟同步误差。另一方面，由于分布式计时器使用的是50MHz频率的晶振，在不考虑其自身误差的情况下，定时器的正负一误差仅仅为20ns，所以理论上通过手动调节，能够使主从站之间的时钟同步误差处于更低的水平，但工程应用意义不大。

发明内容

本发明对现有技术中EPL(Ethernet POWERLINK)协议版本支持的两种时钟同步方法不能够保证非常高的精度的不足，提供了一种基于Ethernet POWERLINK的时钟同步方法。

为了解决上述技术问题，本发明通过下述技术方案得以解决：

一种基于Ethernet POWERLINK的时钟同步方法，应用于Ethernet POWERLINK菊花链网络拓扑结构，采用主从式结构组织整个时钟同步系统，包括以下步骤：

步骤一，主时钟采用多播方式向网络上发布Preq1报文，并在报文发送过程中记录发送时间戳t₁；从时钟接收所述Preq1报文，并在报文接收过程中记录接收时间戳t₂；

步骤二，主时钟采用多播方式向网络上发布Preq2报文，所述Preq2报文中包含发送时间戳t₁的值；从时钟接收所述Preq2报文，得到发送时间戳t₁的值；

步骤三，从时钟采用单播方式向主时钟发送所述Pres1报文，并在报文发送过程中记录所述Pres1报文的发送时间戳t₃；主时钟接收所述Pres1报文，并在报文接收过程中记录接收时间戳t₄；

步骤四，主时钟采用单播方式向从时钟发送Preq3报文，所述Preq3报文中包含接收时间戳t₄的值；从时钟接收所述Preq3报文，得到接收时间戳t₄的值；