[发明专利]一种EtherCAT主站控制系统的快速时钟同步方法

权利要求书

1.一种EtherCAT主站控制系统的快速时钟同步方法，其特征在于，所述方法包括：

S1、分别设定固定周期定时线程和可变周期定时线程，所述固定周期定时线程传输和处理用于配置通信通道和与应用层进行数据交互的信息；所述可变周期定时线程通过改变定时周期的大小完成跟随参考时钟运行频率的任务，可变周期定时线程用于处理实时信息；

S2、EtherCAT主站运行状态机，使得各个从站由初始状态到预运行状态再到安全运行状态，最后进入运行状态；

S3、当EtherCAT主站控制系统内的各个从站进入到运行状态后，主站按照当前的时钟周期δ_mi周期性地采集参考时钟的时间戳，并计算在主站时钟周期δ_mi下对应的参考时钟的时钟间隔δ_r；根据二者的比值关系可得下个同步周期的定时时间间隔为δ_m(i+1)＝Tδ_mi/δ_r，式中T为以参考时钟为基准时钟的系统的理想的周期时间；按照计算所得值调节主站可变周期定时线程的周期大小，实现主站时钟与参考时钟间的时钟同步。

2.根据权利要求1所述的一种EtherCAT主站控制系统的快速时钟同步方法，其特征在于，

在EtherCAT主站控制系统的各个从站由初始状态向预运行状态转变时，主站按照自身的时钟通过固定周期定时线程以相同的时间间隔δ_m周期性地获取参考时钟的时间戳(T₁，T₂，……T_n)，根据参考时钟的时间戳计算在按主站时钟运行频率定时的时间间隔δ_m下参考时钟的时钟间隔的平均值δ_r＝(T_n-T₁)/(n-1)，所述主站的可变周期定时线程在主站进入运行状态前的初始定时周期δ_m0为：δ_m0＝Tδ_m/δ_r，式中T为以参考时钟为基准时钟的系统的理想的周期时间。

3.根据权利要求1所述的一种EtherCAT主站控制系统的快速时钟同步方法，其特征在于，

采用多次采集求取平均值的方法减少传输噪声对采集的所述参考时钟的时间戳准确性的影响。

4.根据权利要求1所述的一种EtherCAT主站控制系统的快速时钟同步方法，其特征在于，

采用截断误差累加补偿的方法减少由于主站时钟分辨率较低造成的实际的主站定时时间间隔与计算所得理想值之间的偏差。

5.根据权利要求1所述的一种EtherCAT主站控制系统的快速时钟同步方法，其特征在于，所述步骤S2具体为：

在运行EtherCAT状态机的过程中，通过固定周期定时线程配置各个从站使其进入运行状态；

在EtherCAT主站控制系统的各个从站由初始状态向预运行状态转变时，根据EtherCAT协议发送测试传输延迟的数据帧，并根据采集的时间信息计算主站与参考时钟、各从站与参考时钟的传输延迟和时钟偏移值；根据周期性采集的参考时钟的时间戳，计算参考时钟运行频率与主站时钟运行频率的比值；

在EtherCAT主站控制系统的各个从站由预运行状态向安全运行状态转变时，根据在由初始状态向预运行状态转换阶段计算所得的传输延迟和时钟偏移量对各个从站进行补偿；根据主站与参考时钟的传输延迟和时钟偏移量，设定各个从站SYNC信号的起始时刻。

6.根据权利要求1所述的一种EtherCAT主站控制系统的快速时钟同步方法，其特征在于，主站在可变周期定时线程中的实时任务需按照实时性能的高低依次处理，以保证时钟同步的准确性，在一个周期内的任务可分为设置下次进入该线程的时间、发送周期性数据、处理周期性数据及处理时间信息，其实时性能依次降低。