動態(tài)可重構高速串行總線中的時間同步方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種嵌入式系統(tǒng)總線中時間同步方法，尤其涉及一種動態(tài)可重構高速 串行總線中時間同步方法。
【背景技術】
[0002] 動態(tài)可重構高速串行總線（UM-BUS)是針對高可靠嵌入式應用場合所定義的一種 基于M-LVDS的總線型拓撲結構的高速串行總線，如圖1所示，采用總線型拓撲結構，支持多 節(jié)點直接互連，最多可使用32條通道并發(fā)傳輸數(shù)據(jù)。如果某些通道出現(xiàn)故障，總線控制器 可實時地檢測出來，將數(shù)據(jù)動態(tài)分配到剩余有效的通道上進行傳輸，實現(xiàn)動態(tài)重構，對通信 故障進行動態(tài)容錯。
[0003] 如圖3所示，UM-BUS總線采用"命令-應答-確認"三段式通道故障檢測算法，在 復位后或出現(xiàn)故障時，對總線通道進行檢測，建立一個總線通道健康狀態(tài)表。通道檢測過程 分為三個階段：①檢測命令發(fā)送階段、②檢測狀態(tài)應答階段和③檢測結果確認階段，每個階 段分別由檢測發(fā)起節(jié)點或被檢測節(jié)點發(fā)送相應的檢測信息包。
[0004] UM-BUS總線采用主從命令應答的通信模式，通過數(shù)據(jù)包的形式進行信息交互。連 接在總線上的通信節(jié)點按功能不同可分為主節(jié)點、從節(jié)點和監(jiān)控節(jié)點，總線通信過程總是 由主節(jié)點發(fā)起，從節(jié)點響應來完成的。UM-BUS總線支持單主（Signal Master)通信與多主 (Multi Master)通信兩種通信模式。在多主模式下，總線上可以存在多個主節(jié)點，多個主節(jié) 點間采用可變時隙令牌的方式來競爭總線使用權。
[0005] 這種可變時隙令牌的方式要求連接在總線上的各個主節(jié)點必須保持嚴格的時間 同步，此外總線上各節(jié)點的同步精度對于系統(tǒng)的實時性也有至關重要的影響。如果在總線 系統(tǒng)中引入公共時鐘，雖具有設計簡單的優(yōu)點，但是如果該時鐘出現(xiàn)故障就會使得整個系 統(tǒng)崩潰，且同步偏差也會受到眾多因素的影響，不能很好地實現(xiàn)總線各節(jié)點的同步。

【發(fā)明內容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于設計一種動態(tài)可重構高速串行總線中所有節(jié)點進行時間同步 的方法，通過盡可能少的通信帶寬開銷，實現(xiàn)UM-BUS總線中各個節(jié)點間的精確時間同步。
[0007] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術方案為：
[0008] 一種動態(tài)可重構高速串行總線的時間同步方法，其特征在于：在動態(tài)可重構高速 串行總線連接的主節(jié)點設備中選定一個時間主節(jié)點，該時間主節(jié)點周期性地將自身的時間 碼打包成一個廣播時間包，采用廣播方式發(fā)送給其余節(jié)點設備；總線上的其它節(jié)點設備收 到主節(jié)點設備發(fā)送的時間包后，使用鏈路檢測過程中測得的線路傳輸延遲時間對其進行修 正后，用來更新自己的時間碼，實現(xiàn)總線上各節(jié)點設備的時間同步。
[0009] 進一步地，時間主節(jié)點選擇能夠在總線上的所有主節(jié)點設備間進行切換，所述主 節(jié)點設備為總線上能夠主動發(fā)起總線通信活動的節(jié)點設備。
[0010] 進一步地，在進行"命令-應答-確認"三段式檢測信息包傳送的通信鏈路檢測過 程中，將檢測雙方節(jié)點設備的時間信息附加到檢測信息包進行傳送，被檢測的節(jié)點設備根 據(jù)所述時間信息計算通信線路傳輸延遲時間；并在每個節(jié)點設備中定義一個線路傳輸延遲 時間表，每次鏈路檢測后被檢測的節(jié)點設備都將更新其與檢測發(fā)起節(jié)點設備間的線路傳輸 延遲時間。
[0011] 進一步地，在進行"命令-應答-確認"三段式檢測信息包傳送的通信鏈路檢測 時，檢測發(fā)起者將其檢測命令信息包的發(fā)送時間tl，隨同檢測命令信息包發(fā)送給被檢測設 備；被檢測設備記錄其收到檢測命令信息包的時間t2 ;然后向檢測發(fā)起者發(fā)送檢測應答信 息包，并記錄其信息包發(fā)送時間t3 ;檢測發(fā)起者收到檢測應答包后，記錄檢測應答包的接 收時間t4,并將t4隨同檢測確認包發(fā)送給被檢測設備；被檢測設備根據(jù)tl、t2、t3、t4計算 得到從檢測發(fā)起者到被檢測設備之間的線路傳輸延遲時間，并按總線通道號與節(jié)點號記錄 到一個二維表格中。
[0012] 進一步地，時間主節(jié)點發(fā)送的廣播時間包包括源節(jié)點號、同步命令、時間值和校驗 字四部分；收到時間廣播包的其它節(jié)點設備根據(jù)同步命令，利用傳輸延遲時間對收到的時 間值進行修正后，再用來同步自己的時間。
[0013] 進一步地，廣播時間包的間隔時間根據(jù)時間同步精度要求及總線中所有節(jié)點工作 時鐘的精度來確定。
[0014] 本發(fā)明實現(xiàn)的動態(tài)可重構高速串行總線中的時間同步方法解決了總線中節(jié)點的 高精度時間同步問題，滿足了動態(tài)可重構總線多主仲裁的需要，也為總線系統(tǒng)提高時間確 定性提供了技術保障。
【附圖說明】
[0015] 圖1是UM-BUS總線的拓撲結構圖；
[0016] 圖2是UM-BUS總線協(xié)議模型圖；
[0017] 圖3是UM-BUS總線通道故障檢測方法示意圖；
[0018] 圖4是UM-BUS總線傳輸延遲測量過程圖；
[0019] 圖5是傳輸延遲測量時的三種信息檢測包格式；
[0020] 圖6是廣播時間包格式；
[0021] 圖7是UM-BUS時間同步流程圖。
【具體實施方式】
[0022] 如圖1所示，UM-BUS總線采用基于M-LVDS的多通道智能動態(tài)冗余的總線型拓撲 結構，最多支持30個通信節(jié)點直接互連，不需要路由或中繼設備；使用2~32個通道并發(fā) 傳輸數(shù)據(jù)，單通道最大通信速率可達200Mbps ;通道如果出現(xiàn)故障，可通過通道動態(tài)冗余及 故障重構技術自動屏蔽故障通道，在剩余健康通道上繼續(xù)通信；采用主從應答的通信方式， 為系統(tǒng)提供遠程存儲訪問及非智能擴展能力。
[0023] 總線上的節(jié)點按功能不同可劃分為主節(jié)點，從節(jié)點及監(jiān)視節(jié)點，一次通信過程只 能由主節(jié)點發(fā)起并且由從節(jié)點響應，監(jiān)視節(jié)點用于監(jiān)視總線上的通信過程。在主節(jié)點中選 取一個時鐘較為精確的節(jié)點設定為時間主節(jié)點。節(jié)點間通過數(shù)據(jù)包的形式交互信息。
[0024] UM-BUS總線的通信協(xié)議模型如圖2所示，從上到下依次為處理層、數(shù)據(jù)鏈路層、物 理層，其中處理層負責對整個總線的管理，協(xié)議封裝和對上層應用接口的轉換。數(shù)據(jù)鏈路層 又分為傳輸子層和MAC子層兩部分，傳輸子層根據(jù)現(xiàn)存的有效線路對數(shù)據(jù)進行分組和動態(tài) 重構。有效線路的信息由MAC子層通過鏈路檢測提供。物理層是協(xié)議的最底層，它為數(shù)據(jù) 通信提供傳輸媒體及互連設備，實現(xiàn)了網(wǎng)絡的物理連接、完成了串并轉換