專利名稱：同步多個總線的全局時間的方法以及相應(yīng)的總線系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及同步至少兩個TTCAN總線的全局時間的方法以及相應(yīng)的總線系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
借助于通信系統(tǒng)或者總線系統(tǒng)把控制裝置、傳感器裝置和自動裝置聯(lián)網(wǎng)近年來在現(xiàn)代汽車制造及機(jī)械制造，尤其是在機(jī)床制造以及自動化中得到飛速地發(fā)展。由此通過把功能分布到多個控制裝置可以達(dá)到協(xié)同作用。人們把這稱作分布系統(tǒng)。在不同的工作站之間的通信通過總線及總線系統(tǒng)越來越重要。通過協(xié)議控制在總線系統(tǒng)上的通信量、訪問和接收機(jī)構(gòu)以及故障處理。
在汽車行業(yè)中建立的協(xié)議是CAN(控制器局域網(wǎng))。這是一種事件控制協(xié)議，就是說諸如發(fā)送報文之類的協(xié)議動作通過其起源在通信系統(tǒng)外部的事件發(fā)起。對通信系統(tǒng)或總線系統(tǒng)的唯一性接入通過基于優(yōu)先權(quán)的比特處理解決。對此的前提是，對每個報文都被指定一個優(yōu)先權(quán)。CAN協(xié)議是非常靈活的；在此添加其它的節(jié)點(diǎn)和報文可以毫無問題地進(jìn)行，只要還存在有空閑的優(yōu)先權(quán)(報文標(biāo)識)。所有要在網(wǎng)絡(luò)中以優(yōu)先權(quán)發(fā)送的報文總體和其發(fā)送節(jié)點(diǎn)以及可以在接收節(jié)點(diǎn)都存放在一個列表，也就是所謂的通信矩陣中。
另一種事件控制的、自發(fā)的通信方法是純時間控制方案。在總線上的所有通信動作都是嚴(yán)格地周期性的。諸如發(fā)送報文之類的協(xié)議活動只通過對整個總線有效的時間的進(jìn)程觸發(fā)。接入媒體以在其中發(fā)射機(jī)具有獨(dú)占的發(fā)送權(quán)的時域劃分為基礎(chǔ)。這種協(xié)議相較而言不靈活，只有在此前已經(jīng)空出相應(yīng)的時域時才有可能添加新的節(jié)點(diǎn)。這種情況必然地要在投入運(yùn)行前就確定報文順序。這就產(chǎn)生了一種運(yùn)行計劃，它要求報文在重復(fù)率、冗余、截止期限等方面都必須充足。必須對產(chǎn)生報文內(nèi)容的應(yīng)用程序確定發(fā)送周期內(nèi)的報文位置，以把應(yīng)用與發(fā)送時刻之間的時延保持到最小。如果不進(jìn)行這種確定，時間控制的傳輸?shù)膬?yōu)點(diǎn)(在總線上發(fā)送報文的時延抖動最小)就蕩然無存了。這對于計劃工具提出了很高的要求。這樣一種系統(tǒng)例如是TTP/C。
在專利申請DE10000302A1、DE100303A1、DE1000304A1和DE10000305A1以及ISO標(biāo)準(zhǔn)11898-4(當(dāng)前還是草案)示出的時間控制CAN，即所謂的TTCAN(時間觸發(fā)的控制器局域網(wǎng))的解決方案滿足上述的對時間控制的通信的大致要求以及對一定程度的靈活性的要求。TTCAN通過在確定的通信用戶的周期性報文的所謂的獨(dú)占時間窗口內(nèi)，和多個通信用戶的自發(fā)報文的仲裁時間窗口內(nèi)建立時間循環(huán)(基本循環(huán))，來達(dá)到這些要求。TTCAN主要地基于時間控制的、周期性的通信，所述的通信通過主定時用戶或者說節(jié)點(diǎn)，即所謂的主計時器(Zeitmaster)，借助于時窗報文，或短參照報文定時。到下一個參照報文的周期長度稱為基本循環(huán)(basic cycle)，并且被劃分為預(yù)定數(shù)量的時窗。在此在各個用戶或者節(jié)點(diǎn)的當(dāng)?shù)貢r間或者當(dāng)?shù)囟〞r器之間把所述的計時器作為全局時間與這些定時器的時間加以區(qū)別。與TTCAN相關(guān)的其它原理和定義可以在ISO草案11898-4或者所述的現(xiàn)有技術(shù)中找到，所以作為公知的前提不再詳加說明。
對于在自動化、汽車或者其它的行業(yè)中的控制裝置聯(lián)網(wǎng)，有一系列的實(shí)時總線系統(tǒng)，如所述的CAN、TTP/C或者其它的還有字節(jié)飛點(diǎn)(Byteflight)的系統(tǒng)以及正在實(shí)施的TTCAN。CAN、TTCAN或者節(jié)飛點(diǎn)涉及單信道總線系統(tǒng)，這指的是，可以通過加倍相應(yīng)的系統(tǒng)達(dá)到冗余。TTP/C是一種固有的雙信道系統(tǒng)，這指的是總是嵌入了冗余。許多總線系統(tǒng)都提供在總線上同步的時基作為服務(wù)。在一開始設(shè)計成雙或者多信道系統(tǒng)的方案的總線系統(tǒng)中，一般地必須按設(shè)計進(jìn)行同步；典型地是通過必須把一個節(jié)點(diǎn)或者用戶同時在兩個總線上發(fā)送達(dá)到。這樣具有優(yōu)點(diǎn)(例如，總是可以保證同步)，但是也有一系列的缺點(diǎn)，例如，不是每個總線都自行運(yùn)轉(zhuǎn)，在兩個總線上的時標(biāo)(Zeitmuster)只能有非常有限的不同，并且兩個或者多個總線系統(tǒng)的模塊化成為泡影。
如實(shí)施所顯示地，現(xiàn)有技術(shù)并非在各個方面都能夠得出最好的結(jié)果。這種情況應(yīng)當(dāng)進(jìn)一步地改善、在設(shè)計成單信道的總線或者總線系統(tǒng)中，現(xiàn)在已經(jīng)盡所需要詳細(xì)地進(jìn)行了同步化。下面從TTCAN網(wǎng)絡(luò)作為總線系統(tǒng)以及從多個TTCAN總線及總線系統(tǒng)及其連接著手，其中這只在對本發(fā)明的以后的對象限制方面理解為TTCAN的前提特征或者表示本發(fā)明主題的必要性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及同步至少兩個TTCAN總線的全局時間的方法和裝置以及總線系統(tǒng)，所述的TTCAN總線系統(tǒng)具有至少一個總線用戶，其中在每個TTCAN總線中測出一個全局時間，并且從所述的全局時間測出經(jīng)過至少一個用戶相互連接的TTCAN總線的全局時間的偏差，并且把各個全局時間的偏差向至少一個總線用戶傳輸，其中取決于全局時間的偏差對經(jīng)過至少一個用戶連接的TTCAN總線的全局時間進(jìn)行匹配，從而把它相對于全局時間同步。
以優(yōu)越的方式通過匹配全局時間的相位進(jìn)行TTCAN總線的全局時間的匹配。
以有利的方式通過匹配全局時間的頻率進(jìn)行TTCAN總線的全局時間的匹配。
在一個優(yōu)選的安排中，全局時間的相位匹配依賴于至少一個預(yù)定的比特進(jìn)行。
還優(yōu)越地是，所述的至少一個預(yù)定的比特相應(yīng)于TTCAN的間斷比特。
為了匹配全局時間的頻率，有利地是在至少兩個要同步的TTCAN總線中各測定一個最少的時間單位(NTU)，并且把所述的最小時間單位相互設(shè)成比例，并且把由此產(chǎn)生的實(shí)的比例與預(yù)定的比例相比較，其中把至少一個最小的時間單位匹配得達(dá)到預(yù)定的比例。
另外有利地是，預(yù)定的比例是整數(shù)，尤其是與數(shù)2的倍數(shù)或者2的分?jǐn)?shù)相當(dāng)。
其它的優(yōu)點(diǎn)和有利的安排從說明以及權(quán)利要求書的特征得出。


下面借助于附圖詳細(xì)地說明本發(fā)明。附圖中圖1兩個TTCAN總線系統(tǒng)借助于一個用戶的連接，所述的用戶起網(wǎng)關(guān)用戶的作用。
圖2示出兩個TTCAN總線系統(tǒng)通過連接對進(jìn)行連接。
圖3示出兩個TTCAN總線系統(tǒng)通過不同的連接，以表達(dá)可標(biāo)定的容差。
圖4示出在兩個TTCAN總線或者TTCAN總線系統(tǒng)之間均衡頻率的流程圖。
圖5示出表達(dá)在兩個TTCAN總線或者TTCAN總線系統(tǒng)之間均衡相位的流程圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明說明由多個TTCAN總線組合產(chǎn)生容錯總線系統(tǒng)或者網(wǎng)絡(luò)的普遍可能性。尤其有利的是這可以與多個TTCAN總線的全局時間同步方向的機(jī)制和/或多個TTCAN總線的循環(huán)時間的機(jī)制一起，從而可以在整個的總線系統(tǒng)或者網(wǎng)絡(luò)中相互達(dá)到所有這些總線的同步。
圖1示出由多個，在圖中是兩個，TTCAN總線或者TTCAN總線系統(tǒng)組成的總線系統(tǒng)或者說網(wǎng)絡(luò)。其中用103B1表示第一總線，用103B2表示第二總線。在第一總線103B1上連接兩個用戶101和102，在第二總線103B2上連接一個用戶105。用戶100連接在兩個總線103B1和103B2上并且起連接用戶的作用，或者還起接入兩個總線的網(wǎng)關(guān)控制器的作用。從而把一個TTCAN總線的連接對(在此是103B1和103B2)定義為至少具有一個網(wǎng)關(guān)用戶的兩個TTCAN總線的組合，所述的網(wǎng)關(guān)用戶接入到這兩個總線上。各個用戶對相應(yīng)的總線的連接通過相應(yīng)的接口元件進(jìn)行，例如在用戶101通過接口元件101B1進(jìn)行連接。同樣地用戶100作為網(wǎng)關(guān)用戶通過接口元件104B1與總線103B1及通過接口元件104B2與總線103B2連接。另外還可以相反地對兩個接口元件104B1和104B2設(shè)一個具有兩個連接端的接口元件，用于連接到總線103B1和總線103B2上。
此外在用戶100及101中示出具有內(nèi)部時鐘源的時鐘111及106，或者還示出時鐘源107或者112，尤其是石英或者振蕩器，特別是VCO(壓控振蕩器)。此外含有在各個時鐘106及111中的是時間采集部件，特別是計數(shù)器108及113。
在各個用戶中的控制任務(wù)，尤其是對總線系統(tǒng)的數(shù)據(jù)輸入/輸出，以及從時鐘中接受時間信息用于同步總線及總線用戶，另外，尤其是根據(jù)本發(fā)明的方法和方法步驟等等，可以把部件109及114用作為處理部件，尤其是微處理器或者控制器。這種功能的部分或者整個功能還可以存在于各個接口部件中。
從而可以把一個用戶規(guī)定為TTCAN意義上，尤其是每總線系統(tǒng)意義上的時間基準(zhǔn)。從而，這種其時間基準(zhǔn)作為主計時器的用戶給定如現(xiàn)有技術(shù)所述的基本循環(huán)。同樣地還可以把網(wǎng)關(guān)用戶用作時間基準(zhǔn)，也就是主計時器或者兩個總線系統(tǒng)的主計時器。通過它們得出主計時器的局域時間的相應(yīng)基準(zhǔn)用戶的定時器，也就是各個TTCAN系統(tǒng)的的主計時器，從而起基準(zhǔn)定時器的作用，或者說為相應(yīng)的總線系統(tǒng)，也就是相應(yīng)的103B1和/或103B2，給定基準(zhǔn)時間。換言之，作為主計時器的基準(zhǔn)用戶局域的定時器，例如106和/或111從而起相應(yīng)的總線，或者說103B1和/或103B2總線系統(tǒng)的全局定時器的作用，并且給定相應(yīng)的總線的全局時間。
從而在圖1中示出TTCAN總線與網(wǎng)關(guān)用戶或者說網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)的連接對。為了準(zhǔn)確地表述這種根據(jù)本發(fā)明的連接，下面采用根據(jù)本發(fā)明的說明當(dāng)數(shù)列Pi＝(Bxi，Byi)具有以下的特征時，至少連接兩個TTCAN總線B1、B2，其中i＝1至n，并且n是自然數(shù)
*對于所有的i，Bxi，Byi是TTCAN總線。
*對于一個i Bxi和Byi構(gòu)成一個TTCAN總線的連接時。
*Bx(i+1)是Byi(在此i＝1至n-1)*Bx1是總線B1而Byn是總線B2。
這就是說，如果兩個TTCAN總線B1和B2通過不論如何復(fù)雜的線路由連接對連接，這兩個總線就是連接的。如果所述總線中的每兩個總線連接(在上述的意義上)，至少兩個TTCAN總線的系統(tǒng)在本文中稱為容錯TTCAN系統(tǒng)。從而可以掌握采用容錯的TTCAN總線系統(tǒng)或者網(wǎng)絡(luò)所有系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。
其它的例子示于圖2和圖3中。在圖2中示出三個TTCAN總線203B1、203B2和203B3，以及總線用戶200、201、204和205。其中總線203B1和203B2通過用戶200相互連接，并且同樣地總線203B2和203B3通過用戶201相互連接。從而在本發(fā)明的意義上通過總線203B1和203B2以及203B2和203B3的連接，通過用戶200和201還有總線系統(tǒng)203B1和203B3相應(yīng)上述定義容錯地連接成連接對，尤其是對于同步連接成連接對。在常規(guī)的冗余系統(tǒng)中在整個總線系統(tǒng)中兩個總線在其每個節(jié)點(diǎn)或者用戶都與每另一個總線冗余地連接，也就是每個用戶都對每個總線有連接，與常規(guī)的冗余系統(tǒng)相反，在本發(fā)明提出的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中通過采用連接對允許可標(biāo)定的容錯，以及容錯與非容錯的系統(tǒng)的混合。
對此以圖3為例再一次詳細(xì)地說明。其中示出了四個總線303B1、303B2、303B3和303B4。此外，還示出了總線用戶301、202、303、304和305?？偩€303B1和303B2通過用戶300相互連接，總線303B3和303B4通過用戶301相互連接。同時三個總線303B1、303B2和303B3通過用戶302相互連接，從而一方面可以有容錯和非容錯系統(tǒng)的混合，另一方面所希望的容錯在系統(tǒng)中可以標(biāo)定，也就是可以以不同的冗余度(一重、雙重，多重容錯等等)表達(dá)。從而可以在系統(tǒng)中引入較高的冗余，而不用在此連接應(yīng)當(dāng)保持脫開連接的系統(tǒng)。從而可以降低公共模錯誤，也就是總線系統(tǒng)的同拍錯誤。
從而與TTCAN中的同步機(jī)制相關(guān)聯(lián)地，可以創(chuàng)建一種統(tǒng)一同步的通信系統(tǒng)，所述的通信系統(tǒng)以最簡單的方式達(dá)到可想像的容錯度。下面詳細(xì)地說明各個用戶或者總線系統(tǒng)的全局時間及循環(huán)時間方面的同步。
首先說明一種普遍的方法，兩個或者多個TTCAN總線，尤其是層2(參見ISO草案)，如何能夠相互同步其全局時間。這種方法可以由專用的硬件，也可以由在相應(yīng)的主機(jī)上運(yùn)行的應(yīng)用程序或者專門的軟件層上實(shí)施。
下面說明同步的方法，包括可能的運(yùn)行變例。在本文中如果至少有一個接入在兩個總線上的網(wǎng)關(guān)計算機(jī)，如前文所述，這對總線就稱為可以直接同步的。普遍的前提在于，在兩個要同步的總線之間有一系列的網(wǎng)關(guān)把這兩個總線經(jīng)過可以直接同步的對，也就是上述連接的對，連接。進(jìn)行同步的同步層(硬件或者軟件)，在下文中稱為同步層SL。其中SL不必要存在于每個節(jié)點(diǎn)上，這也在下文中說明。
在一個實(shí)施形式中，網(wǎng)關(guān)用戶或者說網(wǎng)關(guān)計算機(jī)在兩個要同步的總線中的至少一個中是用于均衡該總線的時間，這個總線是它其中充任主計時器的那個?？晒┻x擇地作為另一個實(shí)施形式可以由網(wǎng)關(guān)用戶向主計時器傳輸一個報文，以進(jìn)行同步化的相應(yīng)時間匹配。所述的網(wǎng)關(guān)用戶不必也是要同步的總線系統(tǒng)的至少一個的主計時器。
為了初始化在每個TTCAN總線上運(yùn)行為這種總線運(yùn)行的ISO 11898-4和現(xiàn)有技術(shù)為TTCAN指定的初始化程序。結(jié)果得到兩個或者多個相互獨(dú)立地以不同的全局時間和不同的當(dāng)前的主計時器運(yùn)行的TTCAN總線。在一個供選擇的變例中也可以通過系統(tǒng)設(shè)計達(dá)到，在兩個或者多個總線上用同一個節(jié)點(diǎn)或者用戶作主計時器。
下面借助于圖4和圖5說明頻率均衡和相位均衡，其中可以把總線的頻率和相位互相分開地均衡，這里在一個有利的安排中首先均衡頻率，但是只要頻率不對或者說偏移，就不斷地改變相位。
A)在兩個總線之間的頻率校正在TTCAN中把全局時間的速度，也就是，時間單位NTU的長度通過主計時器的計時器頻率，即尤其是振蕩器頻率或者石英頻率以及TUR(時間單位比)值確定。在此NTU(網(wǎng)絡(luò)時間單元)、各個總線的全局時間的時間單元和TUR是NTU的長度和專門的基時間單位的長度之間的比例，所述的專門的基時間的長度例如是局域計時器周期長度，尤其是局域振蕩器周期，如在ISO-草案11898-4說明。同步層，SL必須考慮到，不同的總線上的NTU具有相互不同的比例。在此SL可以在硬件或者軟件中通過處理單元109和/或114等代表，其中如前已述，SL不必要固定在所有的用戶上。
原則上可以考慮各種進(jìn)行方式?？梢园岩粋€總線調(diào)準(zhǔn)在另一個總線上，其中可以把一個總線的頻率或者一個的全局時間的速度選擇作為預(yù)先規(guī)定，并且從而確定另一個總線速度或者頻率差，在此把至少另一個總線調(diào)準(zhǔn)在其它總線上，或者至少兩個總線在全局時間的速度上彼此靠近，尤其各個主計時器的計時器的頻率相互靠近。此外匹配還可以在一個步驟中進(jìn)行或者逐步地進(jìn)行。相應(yīng)的對策取決于SL，也就是同步層和各個應(yīng)用的要求。所有的方法在是下面的模式共同的*SL為總線確定要進(jìn)行的校正并且把它通知給當(dāng)前的主計時器。所述的校正例如可以是與恰好當(dāng)前的TUR值與新要使用TUR值的比例。特別有利的是，SL在主計時器上確定校正，從而例如校正的可以直接地是新的TUR值。
*SL在主計時器上確定新的TUR值并且從下一輪開始利用新的TUR值。
*該總線上的所有其它的節(jié)點(diǎn)通過TTCAN同步跟隨該主計時器。
在圖4中為此在方框400中得出例如第一總線B1如103B1的全局時間。這例如在時間點(diǎn)T1在方框401中被采集，這稱為截取，由此在方框401中出現(xiàn)該總線B1的全局時間的第一截取值。同樣地在時間點(diǎn)T1一個在方框404中得出的第二總線B2如103B2的全局時間值，在方框405中被采集，也就是被截取。在下個時間點(diǎn)T2從方框401及方框405把相應(yīng)的第一截取值移交到方框402及方框406中，并且在方框401及方框405收入關(guān)于相應(yīng)總線的全局時間的新的第二截取值。現(xiàn)在從方框401及方框402和方框405及方框406中的兩個截取值在方框403及方框407通過減法器測出全局時間的相應(yīng)的速度，或者還測出相應(yīng)的總線B1及B2的時鐘速度。從相應(yīng)總線全局時間的速度值在方框409通過減法器得出校正值，所述的校正值代表所觀察的總線的全局時間速度的差，也就是相應(yīng)的時鐘速度的差，或者說計時器速度的差。如上所述這些也可以例如通過相應(yīng)的TUR值進(jìn)行或者說執(zhí)行。另一個根據(jù)本發(fā)明的方法錯助于在方框409出測出的有關(guān)在方框401中的頻率均衡的值運(yùn)行。
對于頻率均衡還要再說明一個例子。有二個總線B1和B2。該同步對策是，B2必須把NTU的長度匹配在B1有效的長度上。在最簡單的情況下兩個都是標(biāo)稱相同的長度。B2的當(dāng)前主計時器的應(yīng)用程序有對總線B1的直接的接入，并且對B1和B2應(yīng)采用同一計時器或者同一時鐘或者說時間源，也說是同一個振蕩器或者石英。這樣，如果B1方面的節(jié)點(diǎn)或者用戶對B方面的節(jié)點(diǎn)或者用戶的值相同，這兩個總線B1和B2的NTU就是準(zhǔn)確的相等長度。也就是SL必須把關(guān)于B1的TUR值用作關(guān)于B2的TUR值。
在原則上相同可以涉及兩個總線的NTU相互之間有任意的比例的情況。如果所述的比例或其倒數(shù)是整數(shù)，在硬件中就可以以有利的方式容易地實(shí)現(xiàn)，在一個特別有利的實(shí)施形式中是2的冪。
如果不對兩個總線使用同一個計時器或者說同一個時間源，兩個總線的全局時間的差可以兩次或者兩次以上地周期性地測量，并且由在所觀察的差改變與差值的標(biāo)稱改變之間的比較計算校正系數(shù)。還有可能當(dāng)前的主計時器本身不接入在兩個總線上。另外，SL可以在一個總線上用另一個總線的的單位測量基本循環(huán)的長度并且由此確定校正值。
B)相位均衡為了相位均衡，SL測量兩個總線上的兩個全局時間之間的相位差并且為兩個總線的每個確定要調(diào)節(jié)的階躍或校正值。這可以以有利的方式在TTCAN的跑表寄存器的輔助下進(jìn)行。
SL向兩個總線的當(dāng)前的主計時器通知相應(yīng)的要使用的階躍或校正值。使用了一個階躍的主計時器在下個參照報文中設(shè)定一個預(yù)定的比特，特別是在TTCAN中設(shè)定間斷比特，并且把其全局時間推移一個相應(yīng)的量。由此把相應(yīng)的主計時器的時間參照報文或者說參照報文在匹配的時間點(diǎn)發(fā)送。在成功地在視情況向至少兩個總線都發(fā)送。所述的時間參照報文或者說參照報文以后，這至少兩個總線相互同步。
所述的相位均衡示于圖5中。其中，在方框500及504中確定二個總線的全局時間，并在在方框500中及方框504采集，也就是截取，兩個的全局時間。所述的截取在此是在時間點(diǎn)T1進(jìn)行的?，F(xiàn)在把兩個截取值都直接地在方框509中進(jìn)行減法運(yùn)算，由此可以通過兩個總線的簡單截取值測出相位差，也就是時間相位、時鐘源相位或者說時間源相位的差。另一個根據(jù)本發(fā)明的方法在方框510中運(yùn)行。
在多于兩個總線時特別有利的是，這種兩個總線的成對的同步時，階躍或者校正只在這總線上進(jìn)行，換言之兩個總線之一起全局時間的主線(Master)作用。換言之，在第一總線上的全局時間保持不變，第二總線上的全局時間進(jìn)行階躍或者說改變。在此情況下可以把兩個以上的總線毫無問題地依次通過成對地同步的方式相互同步，而不會由一對的同步對另一個對的同步有特別復(fù)雜的影響。
現(xiàn)在舉例對此說明。在一個系統(tǒng)中有五個總線B1、B2、B3、B4、B5.可同步的或者說連接對是(B1、B2)、(B1、B3)、(B2、B4)、(B3、B5))。如果B1是B2和B3的主線，B2是B4的主線而B3是B5的主線，那么成對的同步(B2和B3同步在B1上，然后B4到B2上而B5同步到B3上)導(dǎo)致在兩輪之內(nèi)在全系統(tǒng)上同步。
在相同的系統(tǒng)中也可以不用主線原理地進(jìn)行同步。這樣SL卻必須確保一經(jīng)同步了的總線還保持同步，也就是在一條總線上的階躍或者變更也在所有與之同步的總線上進(jìn)行。
此外還有利地(但非必須地)，一個要同步的總線的主計時器也可以直接訪問相應(yīng)的伙件總線的全局時間。在這種情況下SL可以只調(diào)準(zhǔn)到一個總線的潛在主計時器上，這就是說SL關(guān)于要調(diào)節(jié)的階躍的通知可以取消或者說非常簡單。
NTU也就是全局時間的時間單位不必須在要同步的總線上相同。特別簡單而有用的是兩個連接到總線之間的(標(biāo)稱的)NTU只差一個整數(shù)的系數(shù)(特別有利的是2的冪)。
C)通過頻移的相位均衡除了上述的在點(diǎn)B)中有關(guān)相位均衡的機(jī)制還有可能通過長期地改變速度(在此與點(diǎn)A比較)達(dá)到相位均衡。原理上的作法與在點(diǎn)A)中所述的總線之間的頻率均衡完全相同。但是在此情況下目的不把要匹配的總線就地準(zhǔn)確適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行匹配，而是把這樣NTU延長或者縮短，從而把要匹配的時鐘或者說計時器逐漸放慢或者加快，從而在較長的時間上達(dá)到相位均衡。
D)保持同步狀態(tài)在如B)或者C)的相位均衡之后，有各種可能性保持同步的狀態(tài)。在一方面通過一旦所觀察的相位超過一定的值后就重復(fù)相位均衡，另一方面通過匹配頻率，例如在點(diǎn)A)中所述。此外還有這兩種可能性的組合。因?yàn)樵邳c(diǎn)A)的方法中頻率匹配典型地在主總線上把一輪以后存儲為相應(yīng)的頻率改變，所述本身在參與的總線的非常準(zhǔn)確的頻率一致時可能會引起積聚差別。在此情況下，必須不時地進(jìn)行小的相位均衡，或者通過適當(dāng)?shù)?，特別是預(yù)定的，不準(zhǔn)確一致的頻率加以補(bǔ)償。
相應(yīng)的TTCAN接口的使用可以用調(diào)試儀器顯示。通過總線監(jiān)視還可以分析總線上的狀態(tài)。
下面說明同步的一般方法，并且說明兩個或者更多的TTCAN總線如何相互同步其循環(huán)時間(cycle time)。在此，這些方法既可以是用的硬件，也可以用在相應(yīng)的主機(jī)上運(yùn)行的應(yīng)用程序或者專門的軟件實(shí)施。
下面順序地說明所述的方法，包括可能的變例，其中，適用于在同步全局時間的情況下的同樣的前提以及定義，也說是可直接同步性，如果有至少一個接入在兩個總線上的網(wǎng)關(guān)計算機(jī)，和在兩個要同步總線之間有一系列的通過可直接同步的連接對連接兩個總線上的網(wǎng)關(guān)。在此也借助于硬件或者軟件中的同步層進(jìn)行同步，所述的硬件或者軟件中的同步層實(shí)施同步并且在下文中稱為同步層SLZ。在此SLZ也不必須存在于每個節(jié)點(diǎn)上。
下面在在點(diǎn)AZ)中說明兩個總線之間的頻率均衡。
AZ)兩個總線之間的頻率均衡頻率均衡只在在TTCAN層2中通過協(xié)議機(jī)制才能進(jìn)行。然而，如果讓主計時器在層2運(yùn)行就足夠了。對于其它的節(jié)點(diǎn)這不是必須的。所述的均衡與上面所述的對全局時間的均衡那樣進(jìn)行，也就是如果在相同的網(wǎng)絡(luò)中還同步全局時間，不能夠與此無關(guān)的進(jìn)行。
在TTCAN層2中通過主計時器的頻率，特別是振蕩器的頻率及其時鐘值確定周期時間的速度，也說是時間單元NTUZ的長度，如以上對全局時間所說明。SLZ必須考慮到，不同的總線上的NTU具有相互不同的規(guī)定的比例。在此NTUZ與前文所述的NTU可以是相同的也可以是不同的。
原則上可以考慮各種進(jìn)行方式?？梢园岩粋€總線調(diào)準(zhǔn)在另一個總線上或者兩個或者多個相互地接近。在此，匹配也是可以在一個步驟中進(jìn)行或者逐步地進(jìn)行。相應(yīng)的對策取決于SLZ及應(yīng)用程序的要求。特別是全局時間的同步和周期時間的同步例如可以由相同的軟件層，也就是相同的同步層SL進(jìn)行，這在有利的安排中指的是SL＝SLZ所有的周期時間范圍內(nèi)有關(guān)頻率均衡的方法在是下面的模式共同的*SLZ為總線確定要進(jìn)行的校正并且把它通知給當(dāng)前的主計時器。所述的校正例如可以是與恰好當(dāng)前的TUR值與新要使用TUR的比例。特別有利的是，SL在主計時器上確定校正，從而例如校正值可以直接是新的TUR值。
*SL在主計時器上確定新的TUR值并且從下一輪開始利用新的TUR值。
*該總線上的所有其它的節(jié)點(diǎn)通過TTCAN同步跟隨該主計時器。
此方法還可以借助于圖4說明，其中運(yùn)行基本上是相同的，只是不是用全局時間而是用周期時間。因此在此可以參見圖的說明，不再加以詳述。
在此還有一個例子
有兩個總線B1、B2。該同步對策是，B2必須把NTUZ的長度匹配在B1有效的長度上。在最簡單的情況下兩個都是標(biāo)稱相同的長度。B2的當(dāng)前主計時器的應(yīng)用程序(SLZ)有對總線B1的直接的接入，并且對B1和B2采用同一個振蕩器。這樣，如果B1方面的節(jié)點(diǎn)的TUR值對或者用戶對B2方面的節(jié)點(diǎn)的TUR值相同，這兩個總線B1和B2的NTU就是準(zhǔn)確等長。
在原則上相同可以涉及兩個總線的NTU相互之間有任意的比例的情況。如果所述的比例或其倒數(shù)為整數(shù)，尤其是2的冪，在硬件中就可以以有利的方式容易地實(shí)現(xiàn)。如果不對兩個總線使用同一個計時器尤其是振蕩器，兩個總線的全局時間的差同樣地可以兩次或者兩次以上地周期性地測量，并且由在所的觀察的差改變與差值的標(biāo)稱改變之間的比較計算校正系數(shù)。同樣也可以使當(dāng)前的主計時器本身不接入在兩個總線上。另外，SLZ可以在一個總線上用另一個總線的單位測量基本循環(huán)的長度并且由此確定校正值。
BZ)相位均衡*SLZ還是測量兩個總線上的兩個時間之間的相位差并且為兩個總線的每個確定要調(diào)節(jié)的階躍或者說更改。SLZ向兩個總線的當(dāng)前的主計時器通知相應(yīng)的要調(diào)節(jié)的階躍。
*調(diào)節(jié)了一個階躍的主計時器也在下一個參照報文中設(shè)定一個預(yù)定的比特，在此特別是在參照報文中的TTCAN的Next_is_Gap比特(參見ISO草案)，它從局域SLZ得到下個基本循環(huán)(basic cycle)的起始時間點(diǎn)。
*在成功地視情況向兩個總線都發(fā)送了所述的參照報文或者說報文以后，這兩個總線相互同步。
以上所述的也可以參照圖5說明，其中用周期時間代替全局時間，并且使用Next_is_Gap比特。所希望的相位是0，換言之兩個總線上都在相同的時間開始。但是這完全不是必須的。NTUZ，也就是周期時間的時間單位，在兩個要同步的總線上不必須是相同的。
特別簡單而有用的是兩個連接到總線之間的(標(biāo)稱的)NTUZ只差一個整數(shù)的系數(shù)(特別有利的是2的冪)。
在此還是NTUZ，在兩個要同步的總線上也就是周期長度，不必須是相同的。然而上述方法中，特別有利的是兩個總線的(標(biāo)稱的)周期長度相互之間存在有理數(shù)的比例，所述的比例不采用過大的自然數(shù)，因?yàn)橐话愕乜梢杂每扇菀仔Х碌墓潭ㄏ辔恍问街?。例如在總線B1上運(yùn)行兩個(標(biāo)稱的)周期，而在另一個總線B2上運(yùn)行三個(標(biāo)稱的)周期。那么在B1上每兩個周期(在B2上三個周期)出現(xiàn)在B1和B2之間的理論上固定的相位。
在多于兩個總線時特別有利的是，這種兩個總線的成對的同步時，階躍或者校正只在這二個總線之一上進(jìn)行，換言之兩個總線之一起全局時間的主線作用。換言之，在第一總線上的基本循環(huán)的相應(yīng)順序保持不變，而在第一總線上嵌入一個間隙，也就是說在兩個基周期之間嵌入一個空隙，所述的空隙剛好是調(diào)節(jié)所希望的相位的大小。在此情況下可以把兩個以上的總線毫無問題地依次通過成對地同步的方式相互同步，而不會由一對的同步對另一個對的同步有特別復(fù)雜的影響。
舉例在一個系統(tǒng)中有五個總線B1至B5。可同步的或者說連接到對是(B1、B2)、(B1、B)、(B2、B4)、(B3、B5))。如果B1是B2和B3的主線，B2是B5的主線而B3是B4的主線，那么成對的同步(B2和B3同步在B1上，然后B4到B2上而B5同步到B3上)導(dǎo)致在兩輪之內(nèi)在全系統(tǒng)上同步。
在相同的系統(tǒng)中也可以不用主線原理地進(jìn)行同步。這樣SLZ卻必須確保一經(jīng)同步了的總線還保持同步，也就是在一條總線上的階躍或者改變也在所有與之同步的總線上進(jìn)行。
此外還有利地(但非必須地)，一個要同步的總線的主計時器也可以直接訪問相應(yīng)的伙伴總線。在這種情況下SLZ可以只調(diào)準(zhǔn)到一個總線的潛在主計時器上，這就是說SL關(guān)于要調(diào)節(jié)的階躍的通知可以取消或者說非常地簡單。
CZ)通過頻移的相位均衡還是，除了在這次是點(diǎn)BZ)中上述的機(jī)制還有可能通過長期地改變速度，如在點(diǎn)AZ)那樣。原理上的作法與在點(diǎn)A)中所述的完全相同。但是在此情況下目的不把要匹配的總線的NTUZ就地準(zhǔn)確地適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行匹配，而地把這樣的NTUZ延長或者縮短，從而把要匹配的時鐘或者說計時器逐漸放慢或者加快，從而在校長的時間上達(dá)到相位均衡。
D)保持同步狀態(tài)在如BZ)或者CZ)的相位均衡之后，有各種可能性保持同步的狀態(tài)，如在同步全局時間的點(diǎn)D)中所述那樣*一旦所觀察的相位超過一定的值后就重復(fù)相位均衡。
*匹配頻率，例如在點(diǎn)AZ)及A)中所述，或者還可以是這兩種可能性的組合。
因?yàn)樵邳c(diǎn)AZ)或A)的方法中頻率匹配典型地比在主總線上的相應(yīng)的頻率改變遲一輪進(jìn)行，所以這本身在參與的總線的非常準(zhǔn)確的頻率一致時可能會引起積聚差別。在此情況下，必須不時地進(jìn)行小的相位均衡，或者通過適當(dāng)?shù)?，特別是預(yù)定的，不準(zhǔn)確一致的頻率加以補(bǔ)償。
使用程序可以如在同步全局時間那樣經(jīng)調(diào)試儀器顯示或者用總線監(jiān)視還可以分析總線上的狀態(tài)。
權(quán)利要求
1.同步至少兩個總線的方法，所述的總線具有至少一個總線用戶，其中在每個總線中測出一個全局時間，并且從所述的全局時間測出經(jīng)過至少一個用戶相互連接的總線的全局時間的偏差，并且把各個全局時間的偏差向至少一個總線用戶傳輸，其中根據(jù)全局時間的偏差對經(jīng)過至少一個用戶連接的總線的全局時間進(jìn)行相互匹配，從而把所述總線關(guān)于全局時間進(jìn)行同步。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，通過匹配全局時間的相位對經(jīng)至少一個用戶連接的總線的全局時間進(jìn)行匹配。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，通過匹配全局時間的頻率對經(jīng)至少一個用戶連接的總線的全局時間進(jìn)行匹配。
4.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，根據(jù)至少一個預(yù)定的比特進(jìn)行全局時間的相位匹配。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的至少兩個總線是TTCAN總線。
6.如權(quán)利要求4或5所述的方法，其特征在于，所述的至少一個預(yù)定的比特相當(dāng)于TTCAN的間斷比特。
7.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，為了匹配全局時間的頻率，在至少兩個要同步的總線中各測定一個最少的時間單位(NTU)，并且把所述的最小時間單位相互設(shè)成比例，并且把由此產(chǎn)生的實(shí)的比例與預(yù)定的比例相比較，其中把至少一個最小的時間單位匹配得達(dá)到預(yù)定的比例。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，預(yù)定的比例是整數(shù)，尤其是相當(dāng)于數(shù)2的倍數(shù)或者2的分?jǐn)?shù)。
9.同步至少兩個總線的裝置，所述的總線具有至少一個總線用戶，其中含有第一裝置，所述第一裝置在每個總線中測出一個全局時間，并且從所述的全局時間測出經(jīng)過至少一個用戶相互連接的總線的全局時間的偏差，并且把各個全局時間的偏差向至少一個總線用戶傳輸，其中含有第二裝置，根據(jù)全局時間的偏差所述第二裝置對經(jīng)過至少一個用戶連接的總線的全局時間進(jìn)行相互匹配，從而把所述總線關(guān)于全局時間進(jìn)行同步。
10.如權(quán)利要求9所述的裝置，其特征在于，在同步層中含有所述第一裝置和第二裝置，所述的同步層含在至少一個用戶中。
11.如權(quán)利要求9所述的裝置，其特征在于，所述的至少兩個總線是TTCAN總線。
12.由至少兩個數(shù)據(jù)總線組成的總線系統(tǒng)，其中第一數(shù)據(jù)總線具有第一數(shù)量的用戶而第二數(shù)據(jù)總線具有第二數(shù)量的用戶，其特征在于，作為數(shù)據(jù)總線至少采用兩個總線，其中含有至少一個用戶作為連接用戶，使得所述至少兩個總線中的二個與所述至少一個連接用戶同時處于連接狀態(tài)，并且含有一個用戶，該用戶對于每個總線都起主計時器的作用，其中對具有多于兩個的總線的總線系統(tǒng)進(jìn)行如下地連接至少二個總線分別有至少一個公共的連接用戶，并且在總線系統(tǒng)中含有同步裝置，所述的同步裝置在每個總線中測出一個全局時間，并且把各個全局時間的偏差向具有主計時器功能的用戶傳輸，其中具有主計時器功能的用戶承擔(dān)相應(yīng)的全局時間匹配。
13.如權(quán)利要求12所述的總線系統(tǒng)，其特征在于，所述的至少兩個總線是TTCAN總線。
全文摘要
同步至少兩個TTCAN總線的方法和裝置以及總線系統(tǒng)，其中在每個TTCAN總線中測出一個全局時間，并且從所述的全局時間測出經(jīng)過至少一個用戶相互連接的TTCAN總線的全局時間的偏差，并且把各個全局時間的偏差向至少一個總線用戶傳輸，其中根據(jù)全局時間的偏差對經(jīng)過至少一個用戶連接的TTCAN總線的全局時間進(jìn)行相互匹配，從而把它們相對于全局時間同步。
文檔編號G06F13/42GK1783049SQ20051013172
公開日2006年6月7日 申請日期2002年3月14日 優(yōu)先權(quán)日2001年3月15日
發(fā)明者T·福赫雷爾, B·米勒, F·哈爾特維奇, R·胡格爾 申請人:羅伯特-博希股份公司