[发明专利]动态可重构高速串行总线中的时间同步方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种嵌入式系统总线中时间同步方法，尤其涉及一种动态可重构高速串行总线中时间同步方法。

背景技术

动态可重构高速串行总线(UM-BUS)是针对高可靠嵌入式应用场合所定义的一种基于M-LVDS的总线型拓扑结构的高速串行总线，如图1所示，采用总线型拓扑结构，支持多节点直接互连，最多可使用32条通道并发传输数据。如果某些通道出现故障，总线控制器可实时地检测出来，将数据动态分配到剩余有效的通道上进行传输，实现动态重构，对通信故障进行动态容错。

如图3所示，UM-BUS总线采用“命令-应答-确认”三段式通道故障检测算法，在复位后或出现故障时，对总线通道进行检测，建立一个总线通道健康状态表。通道检测过程分为三个阶段：①检测命令发送阶段、②检测状态应答阶段和③检测结果确认阶段，每个阶段分别由检测发起节点或被检测节点发送相应的检测信息包。

UM-BUS总线采用主从命令应答的通信模式，通过数据包的形式进行信息交互。连接在总线上的通信节点按功能不同可分为主节点、从节点和监控节点，总线通信过程总是由主节点发起，从节点响应来完成的。UM-BUS总线支持单主(Signal Master)通信与多主(Multi Master)通信两种通信模式。在多主模式下，总线上可以存在多个主节点，多个主节点间采用可变时隙令牌的方式来竞争总线使用权。

这种可变时隙令牌的方式要求连接在总线上的各个主节点必须保持严格的时间同步，此外总线上各节点的同步精度对于系统的实时性也有至关重要的影响。如果在总线系统中引入公共时钟，虽具有设计简单的优点，但是如果该时钟出现故障就会使得整个系统崩溃，且同步偏差也会受到众多因素的影响，不能很好地实现总线各节点的同步。

发明内容

本发明的目的在于设计一种动态可重构高速串行总线中所有节点进行时间同步的方法，通过尽可能少的通信带宽开销，实现UM-BUS总线中各个节点间的精确时间同步。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案为：

一种动态可重构高速串行总线的时间同步方法，其特征在于：在动态可重构高速串行总线连接的主节点设备中选定一个时间主节点，该时间主节点周期性地将自身的时间码打包成一个广播时间包，采用广播方式发送给其余节点设备；总线上的其它节点设备收到主节点设备发送的时间包后，使用链路检测过程中测得的线路传输延迟时间对其进行修正后，用来更新自己的时间码，实现总线上各节点设备的时间同步。

进一步地，时间主节点选择能够在总线上的所有主节点设备间进行切换，所述主节点设备为总线上能够主动发起总线通信活动的节点设备。

进一步地，在进行“命令-应答-确认”三段式检测信息包传送的通信链路检测过程中，将检测双方节点设备的时间信息附加到检测信息包进行传送，被检测的节点设备根据所述时间信息计算通信线路传输延迟时间；并在每个节点设备中定义一个线路传输延迟时间表，每次链路检测后被检测的节点设备都将更新其与检测发起节点设备间的线路传输延迟时间。

进一步地，在进行“命令-应答-确认”三段式检测信息包传送的通信链路检测时，检测发起者将其检测命令信息包的发送时间t1，随同检测命令信息包发送给被检测设备；被检测设备记录其收到检测命令信息包的时间t2；然后向检测发起者发送检测应答信息包，并记录其信息包发送时间t3；检测发起者收到检测应答包后，记录检测应答包的接收时间t4，并将t4随同检测确认包发送给被检测设备；被检测设备根据t1、t2、t3、t4计算得到从检测发起者到被检测设备之间的线路传输延迟时间，并按总线通道号与节点号记录到一个二维表格中。

进一步地，时间主节点发送的广播时间包包括源节点号、同步命令、时间值和校验字四部分；收到时间广播包的其它节点设备根据同步命令，利用传输延迟时间对收到的时间值进行修正后，再用来同步自己的时间。

进一步地，广播时间包的间隔时间根据时间同步精度要求及总线中所有节点工作时钟的精度来确定。

本发明实现的动态可重构高速串行总线中的时间同步方法解决了总线中节点的高精度时间同步问题，满足了动态可重构总线多主仲裁的需要，也为总线系统提高时间确定性提供了技术保障。

附图说明

图1是UM-BUS总线的拓扑结构图；

图2是UM-BUS总线协议模型图；

图3是UM-BUS总线通道故障检测方法示意图；

图4是UM-BUS总线传输延迟测量过程图；

图5是传输延迟测量时的三种信息检测包格式；