一種提高ttcan時(shí)鐘同步精度的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種提高TTCAN時(shí)鐘同步精度的方法，其技術(shù)特點(diǎn)包括以下步驟：在TTCAN網(wǎng)絡(luò)的Level 2級(jí)別時(shí)鐘同步模型的時(shí)鐘速率偏差df的后面設(shè)置一階差分濾波器，用于通直流、阻交流并抑制高頻信號(hào)，該一階差分濾波器的濾波計(jì)算公式為：本發(fā)明設(shè)計(jì)合理，其在現(xiàn)有的時(shí)鐘同步模型的時(shí)鐘速率偏差df的后面放置一階低通濾波器，能夠?qū)TCAN時(shí)鐘速率偏差進(jìn)行濾波處理，削弱了時(shí)鐘抖動(dòng)誤差，同時(shí)能夠抵抗時(shí)鐘的突發(fā)錯(cuò)誤，提高了TTCAN時(shí)鐘同步的精度，有利于保障TTCAN的穩(wěn)定工作。
【專利說(shuō)明】-種提高TTCAN時(shí)鐘同步精度的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于時(shí)鐘同步【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是一種提高TTCAN時(shí)鐘同步精度的方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 傳統(tǒng)的CAN(Controller Area Network)總線是事件觸發(fā)的，當(dāng)多個(gè)信息發(fā)生優(yōu) 先級(jí)沖突時(shí)，CAN總線固有的總線仲裁方式會(huì)使系統(tǒng)產(chǎn)生很大的延遲，S卩：當(dāng)總線上信息量 較大時(shí)CAN總線難以保證系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性。此外，雖然CAN總線相對(duì)于其他總線來(lái)說(shuō)可靠性 較高，但是其底層沒(méi)有對(duì)冗余結(jié)構(gòu)的直接支持，已不能滿足船舶導(dǎo)航系統(tǒng)的高可靠性的要 求。為了解決上述問(wèn)題，對(duì)CAN協(xié)議引入了時(shí)間觸發(fā)機(jī)制，即TTCAN (Time-triggered CAN)。 TTCAN網(wǎng)絡(luò)底層結(jié)構(gòu)與CAN網(wǎng)絡(luò)完全相同，只是在高層增加了一種時(shí)間觸發(fā)的機(jī)制，利用該 時(shí)間觸發(fā)機(jī)制可滿足導(dǎo)航系統(tǒng)高實(shí)時(shí)性的要求，并通過(guò)采用冗余備份方案可達(dá)到滿足導(dǎo)航 系統(tǒng)高可靠性要求。
[0003] TTCAN網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點(diǎn)的觸發(fā)時(shí)間和持續(xù)時(shí)間都是確定的，通信的本質(zhì)就是循 環(huán)調(diào)用時(shí)間調(diào)度表的過(guò)程，所有TTCAN網(wǎng)絡(luò)中的活動(dòng)都是按照既定的時(shí)間點(diǎn)發(fā)生?？梢?jiàn)， TTCAN系統(tǒng)中嚴(yán)格的時(shí)間同步是TTCAN網(wǎng)絡(luò)正常工作的保證。然而，TTCAN中設(shè)備的時(shí)鐘主 頻不同，并且各個(gè)設(shè)備時(shí)鐘的機(jī)械特性和溫度敏感性也不一致，造成TTCAN中的各節(jié)點(diǎn)的 時(shí)鐘是不同步的。通常在TTCAN網(wǎng)絡(luò)設(shè)置時(shí)間主節(jié)點(diǎn)，通過(guò)這個(gè)時(shí)間主節(jié)點(diǎn)發(fā)送特定的參 考報(bào)文與各節(jié)點(diǎn)之間實(shí)現(xiàn)時(shí)間同步。在傳統(tǒng)TTCAN網(wǎng)絡(luò)的Level 2級(jí)別時(shí)鐘同步中，從節(jié) 點(diǎn)通過(guò)其參考標(biāo)志與主節(jié)點(diǎn)參考標(biāo)志的比對(duì)得到全局時(shí)間，TTCAN網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點(diǎn)基于全局時(shí) 間進(jìn)行調(diào)度?？梢?jiàn)各節(jié)點(diǎn)的時(shí)鐘抖動(dòng)以及參考標(biāo)志突變都會(huì)影響TTCAN系統(tǒng)的時(shí)鐘同步。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種提高TTCAN時(shí)鐘同步精度的方 法，用來(lái)解決時(shí)鐘抖動(dòng)與突發(fā)錯(cuò)誤對(duì)系統(tǒng)時(shí)鐘同步精度的影響。
[0005] 本發(fā)明解決現(xiàn)有的技術(shù)問(wèn)題是采取以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
[0006] 一種提高TTCAN時(shí)鐘同步精度的方法，在TTCAN網(wǎng)絡(luò)的Level 2級(jí)別時(shí)鐘同步模 型的時(shí)鐘速率偏差df的后面設(shè)置一階差分濾波器，用于通直流、阻交流并抑制高頻信號(hào)，該 一階差分濾波器的濾波計(jì)算公式為：
[0007] --, (") = (1-(/?-1) +似/,.(/7)
[0008] 式中：d' f (η)為第η次計(jì)算的時(shí)鐘速率偏差；
[0009] 》_,(?；)表示第η次對(duì)時(shí)鐘速率偏差的濾波值；
[0010] α為濾波系數(shù)。
[0011] 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是：
[0012] 1、本發(fā)明在現(xiàn)有的時(shí)鐘同步模型的時(shí)鐘速率偏差df的后面放置一階低通濾波器， 能夠?qū)TCAN時(shí)鐘速率偏差進(jìn)行濾波處理，削弱了時(shí)鐘抖動(dòng)誤差，同時(shí)能夠抵抗時(shí)鐘的突 發(fā)錯(cuò)誤，提高了 TTCAN時(shí)鐘同步的精度，有利于保障TTCAN的穩(wěn)定工作。
[0013] 2、本發(fā)明通過(guò)引入低階濾波器完成對(duì)時(shí)鐘信號(hào)的提純，從理論上抑制了時(shí)鐘抖動(dòng) 和突發(fā)錯(cuò)誤對(duì)時(shí)鐘同步信號(hào)的影響，仿真結(jié)果表明該算法可以有效提高TTCAN時(shí)鐘同步的 精度。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0014] 圖1為本發(fā)明的時(shí)間濾波同步算法原理框圖；
[0015] 圖2為傳統(tǒng)時(shí)鐘同步方式的原理框圖；
[0016] 圖3為不同濾波系數(shù)時(shí)濾波器的幅度特性曲線；
[0017] 圖4為不同濾波系數(shù)時(shí)的輸出結(jié)果示意圖；
[0018] 圖5為圖4的局部放大結(jié)果示意圖；
[0019] 圖6為不同同步方式跟蹤的時(shí)鐘速率偏差示意圖；
[0020] 圖7為兩種時(shí)鐘同步的抖動(dòng)誤差比較示意圖；
[0021] 圖8為時(shí)鐘速率偏差變大時(shí)的兩種時(shí)鐘同步方式結(jié)果示意圖；
[0022] 圖9為時(shí)鐘速率偏差變大時(shí)的時(shí)鐘速率偏差變化示意圖；
[0023] 圖10為時(shí)鐘速率偏差變小時(shí)的兩種時(shí)鐘同步方式結(jié)果示意圖；
[0024] 圖11為時(shí)鐘速率偏差變小時(shí)時(shí)鐘速率偏差變化示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0025] 以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施例做進(jìn)一步詳述。
[0026] 對(duì)TTCAN網(wǎng)絡(luò)的某個(gè)從節(jié)點(diǎn)來(lái)說(shuō)，其全局時(shí)間受到主節(jié)點(diǎn)時(shí)鐘、主節(jié)點(diǎn)參考標(biāo)志 的傳輸以及從節(jié)點(diǎn)時(shí)鐘等多方因素的影響，時(shí)鐘抖動(dòng)以及參考標(biāo)志傳輸或解算的錯(cuò)誤都會(huì) 影響系統(tǒng)的時(shí)鐘同步。在傳統(tǒng)TTCAN網(wǎng)絡(luò)的時(shí)鐘同步中，沒(méi)有對(duì)這些因素進(jìn)行優(yōu)化處理。
[0027] 對(duì)于TTCAN系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，在無(wú)時(shí)鐘抖動(dòng)情況下，主從節(jié)點(diǎn)的時(shí)鐘速率偏差應(yīng)該是一 個(gè)固定的值，也就是說(shuō)其可以看做頻率為〇的一個(gè)直流信號(hào)。存在時(shí)鐘抖動(dòng)時(shí)的時(shí)鐘速率 偏差應(yīng)為這個(gè)固定值加上一個(gè)高頻的抖動(dòng)分量。而時(shí)鐘速率偏差發(fā)生突變時(shí)，相當(dāng)于在這 個(gè)基礎(chǔ)上加上一個(gè)沖擊響應(yīng)。
[0028] 現(xiàn)有時(shí)鐘同步方式如圖2所示，本發(fā)明引入數(shù)字低通濾波器對(duì)時(shí)鐘速率偏差進(jìn)行 濾波，從而去除時(shí)鐘抖動(dòng)分量，提純時(shí)鐘速率偏差。如圖1所示，本發(fā)明采用具體方法為：在 Level 2級(jí)別時(shí)鐘同步模型的時(shí)鐘速率偏差df的后面增加一個(gè)低通濾波器，由于TTCAN是 有線傳輸系統(tǒng)，噪聲干擾相對(duì)較小。由于低通濾波器能夠通直流阻交流，具有抑制高頻信號(hào) 的系統(tǒng)函數(shù)，高頻信號(hào)正是時(shí)鐘抖動(dòng)和突發(fā)錯(cuò)誤的主要成份，因此，本發(fā)明可以采用一級(jí)差 分濾波器進(jìn)行濾波。該一階差分濾波器的濾波計(jì)算公式為：
[0029] (I1 (n) = {\-a)cl, [n-\) + ad t (π).................................... (I)
[0030] 式中：d' f (η)為第η次計(jì)算的時(shí)鐘速率偏差；
[0031] ^ 表示第η次對(duì)時(shí)鐘速率偏差的濾波值；
[0032] α為濾波系數(shù)。
[0033] 該算法通過(guò)引入去噪濾波器完成對(duì)時(shí)鐘信號(hào)的提純，從理論上抑制了時(shí)鐘抖動(dòng)和 突發(fā)錯(cuò)誤對(duì)時(shí)鐘同步信號(hào)的影響，仿真結(jié)果表明該算法可以有效提高TTCAN時(shí)鐘同步的精 度。
[0034] 為了對(duì)發(fā)明的原理進(jìn)行說(shuō)明，首先分析一下現(xiàn)有TTCAN網(wǎng)絡(luò)Level 2級(jí)別時(shí)鐘同 步信號(hào)模型。
[0035] (1)理想情況下時(shí)鐘速率偏差模型
[0036] 如圖2所示，在TTCAN中傳統(tǒng)的Level 2級(jí)別時(shí)鐘同步模型中，假設(shè)主從時(shí)鐘不含 時(shí)鐘抖動(dòng)。
[0037] 時(shí)鐘主節(jié)點(diǎn)將自己的本地時(shí)間作為全局時(shí)間，并將其參考標(biāo)志放在參考報(bào)文的數(shù) 據(jù)字節(jié)中傳輸。每個(gè)TTCAN基本循環(huán)都包含有時(shí)鐘主節(jié)點(diǎn)發(fā)送的參考報(bào)文。從節(jié)點(diǎn)讀取相 鄰兩個(gè)參考報(bào)文的參考標(biāo)志獲得先前與當(dāng)前基于時(shí)鐘主節(jié)點(diǎn)本地時(shí)間的實(shí)際觸發(fā)時(shí)刻t mp 與乜，二者的差值即為基于時(shí)鐘主節(jié)點(diǎn)本地時(shí)間計(jì)算的系統(tǒng)周期時(shí)間。對(duì)于某從節(jié)點(diǎn)來(lái)說(shuō)， 它同時(shí)也在基于自己的本地時(shí)間計(jì)算TTCAN網(wǎng)絡(luò)的周期時(shí)間。從節(jié)點(diǎn)通過(guò)同步時(shí)間標(biāo)志記 錄其先前與當(dāng)前觸發(fā)時(shí)刻的本地時(shí)間t subp和tsub，二者的差值即為基于從節(jié)點(diǎn)本地時(shí)間計(jì) 算的系統(tǒng)周期時(shí)間。理論上，時(shí)鐘主節(jié)點(diǎn)計(jì)算的系統(tǒng)周期時(shí)間與從節(jié)點(diǎn)計(jì)算的周期時(shí)間應(yīng) 該一致，然而在網(wǎng)絡(luò)開(kāi)始運(yùn)行時(shí)，主從節(jié)點(diǎn)的時(shí)鐘是不同步的，他們之間存在一定的偏差。 通過(guò)二者計(jì)算的系統(tǒng)周期時(shí)間的商即可以求出二者的時(shí)鐘速率偏差d f

【權(quán)利要求】
1. 一種提高TTCAN時(shí)鐘同步精度的方法，其特征在于：在TTCAN網(wǎng)絡(luò)的Level2級(jí)別時(shí) 鐘同步模型的時(shí)鐘速率偏差df的后面設(shè)置一階差分濾波器，用于通直流、阻交流并抑制高 頻信號(hào)，該一階差分濾波器的濾波計(jì)算公式為： J1 (/?) = (I-Or)J, [n-\) + adt (/?) 式中：(1/ (n)為第n次計(jì)算的時(shí)鐘速率偏差； ^ 表示第n次對(duì)時(shí)鐘速率偏差的濾波值； a為濾波系數(shù)。
【文檔編號(hào)】H04J3/06GK104333427SQ201410519345
【公開(kāi)日】2015年2月4日 申請(qǐng)日期:2014年9月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月30日
【發(fā)明者】傅金琳, 陳偉, 邵春水 申請(qǐng)人:中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司第七0七研究所