[发明专利]一种基于同频异相时钟的非驻留数据跨时钟域方法

说明书

本发明公开了一种基于同频异相时钟的非驻留数据跨时钟域方法。方法主要包括对同频异相时钟下的数据跨时钟域处理和处理后的数据传输系统的性能测试：数据传输系统的主站设计基于UDP协议，从站设计基于EtherCAT协议；调用IP核FIFO方法和异步双口RAM方法处理主站涉及到的驻留数据跨时钟域部分；使用二分频使能锁存方式处理从站非驻留数据的跨时钟域传输。本方法采用二分频使能锁存算法，解决了数据的跨时钟域问题，提出的方法能够使数据在同频异相时钟下正确传输，降低了数据传输系统的丢包率，提高了网络传输的确定性和可靠性。

技术领域

本发明属于工业现场总线领域，具体涉及在现场总线通信中一种基于同频异相时钟的非驻留数据跨时钟域方法。

背景技术

随着工业现场环境的复杂性加深，连接的设备控制仪器的数量显著增加，数据传输的实时性要求也日渐提高。为了设计具有高带宽，低延时，确定性的现场总线传输系统，采用具有实时响应时间很短，能达到ns级的EtherCAT以太网传输技术。在基于UDP协议的主站和基于EtherCAT协议的从站数据传输的系统中，会涉及到主站与从站，从站与从站之间的数据跨时钟域传输，这便带来了数据跨时钟域问题。数据跨时钟域问题产生的原因主要是，数据在两个不同的时钟下传输时，虽然时钟信号具有相同的频率，但是它们之间的相位关系是不确定的，这会导致数据很有可能不满足建立和保持时间，从而产生亚稳态现象，这些错误的数据状态会向后级系统传输，严重的导致整个系统瘫痪。为了设计出具有以上高带宽，低延时，确定性的高性能传输系统，首先必须解决数据跨时钟域问题，从而保证数据传输的确定性要求。

传统的数据跨时钟域方法主要有异步FIFO、握手机制方法，紧密耦合方法等。异步FIFO方法是最普遍使用的数据跨域处理方法，但是它空满信号的逻辑产生复杂，有些信号的控制很难做到准确，而对于握手机制方法，它虽然能够使数据正确传输，但是传输的延时很高，不适合高速数据系统的传输，紧密耦合方法能够使数据在异步时钟下稳定传输，但是使用的存储单元至少3个，资源利用率较低。因此，需要一种资源利用率高且稳定的数据跨时钟域方法。

发明内容

本发明的目的是针对基于UDP协议的主站和基于EtherCAT协议的从站数据传输系统中数据跨时钟域的问题，提出了一种基于同频异相时钟的非驻留数据跨时钟域方法主要为了解决从站与从站直接数据跨时钟域问题，资源利用率高且稳定准确。

为了实现以上目的，该发明采用以下技术方案：

步骤一，设计基于UDP协议的主站和基于EtherCAT协议的从站数据传输系统；

步骤二，调用IP核FIFO方法和异步双口RAM方法处理主站涉及到的驻留数据跨时钟域部分；

步骤三，使用新提出的二分频使能锁存方式处理从站非驻留数据的跨时钟域传输，从站涉及到的数据跨时钟域部分。

具体实施中还进行以下步骤进行测试评估：

步骤四，编写测试软件，设置测试的次数；

步骤五，计算发送和接收数据帧的次数；

步骤六，最终计算得到的数据丢包率，评估整个数据系统的性能。

本发明所述的数据的异步传输是指数据的跨时钟传输。

所述的主从站数据传输系统中，在主站到从站之间以及从站到从站之间的传输采用EtherCAT协议，外部的计算机和主站之间是通过UDP协议。

所述主站中包括以太网接收报文缓冲模块rcv_buffer、ARP报文接收模块arp_rcv、IP报文接收模块ip_rcv、缓冲连接模块nwk_tx_abt、UDP报文接收模块udp_rcv、UDP报文发送模块udp_send、ARP报文发送模块arp_send、IP报文发送模块ip_send、ARP缓存模块Mac_cache、icmp应答报文模块icmp_reply和以太网发送报文模块mac_tx_abt；