专利名称：一种可级联仪器间的硬件同步的方法
技术领域：
本发明涉及控制、测试技术领域，尤其涉及一种应用于大型控制、测试系统中可级联的控制、测试仪器之间的同步方法。
背景技术：
在控制、测试技术领域应用中，尤其是一些复杂状态信息的提取、模拟计算，其不仅需要信号采集链路数量巨大，还需要多路信号采集链路进行严格的同步。传统的单台仪器显然是不可能完全满足其是日益增加的应用要求，为此，采取多台仪器级联或分布式连接已成为必然的趋势，多仪器间信号采集链路的同步处理也成为不可避免的因素。目前，多仪器间的同步，不管是级联还是分布式，主要有两种技术方案一是采用主控模块设置同步时刻，各仪器通过独自计数与设置下的同步时刻比对，从而实现多台仪器同步；一是主控模块在固定时间段发送对时信号，仪器通过与对时信号校准时差，从而实现多台仪器同步。上述的两种技术方案在实际应用中，可以在较大的时间容差内实现同步，但在需要精确时间的情况下，做到同步是很困难的。这是因为每个仪器的用来产生精确时间的外部晶振的精度是不同的。一般仪器使用的晶振精度为±50ppm左右，当两个仪器分别用百万分之五精度的晶振来产生精确时间时，如果不进行修正，其在I秒的时间里，相互间产生的最大偏差是50uS。换言之，如果两仪器采集的信号是20KHz，则在I秒内，会出现一个周期的相移。因此，要保证同步精确的一致性，就需要在极短的时间内进行修正，在实际应用中，这种频繁的修正势必造成多仪器系统的资源开销，从而降低效率。另外，晶振本身是一个温度敏感器件，温度影响会加剧上述现象，所以，上述现象是现有技术方案在技术上的缺陷。`综上所述，现有的技术方案存在以下缺陷一，若系统中的仪器采用各自的晶振在来产生精确时间实现同步，则需要频繁的同步操作，影响效率；二，如不进行频繁的同步，则势必降低同步的时间精度，影响一致性。
发明内容
鉴于上述技术问题，本发明提供了一种可级联仪器间的硬件同步的方法。该方法主要是解决现有技术中系统中各仪器同步操作精度不高，受各仪器晶振个体差异影响大的问题，可以实现同步操作精度极高，且同步不受仪器晶振个体差异影响。其次，还可以解决现有技术中在系统同步后为消除晶振差异引起的累积误差而需要频繁对时的问题，使得只需要一次同步操作，即可实现长期的稳定的保持同步状态。再者，还可以解决现有技术繁琐的对时、同步控制流程，做到结构简洁，控制流程简单、高效率。本发明的具体技术方案如下一种可级联仪器间的硬件同步的方法，该方法的具体步骤如下
a.多台仪器的主控模块通过以太网进行信息交互，按照经由同步模块连接成的串联链路的位置顺序分配地址，确认链路中处于第一位置的仪器；b. 一旦需要进行同步，第一位置仪器的主控模块通过以太网向其他位置仪器的主控模块发出同步配置要求，并向该仪器内的同步模块发出同步命令；所述该仪器内的同步模块对该同步命令进行解释后，通过输出信号线向外发出同步输出信号、时钟输出信号；c.其他仪器主控模块通过以太网接收同步配置要求，完成仪器的同步配置，同时该仪器内的同步模块通过输入信号线接收同步输入信号、时钟输入信号；所述经过该仪器内的同步模块处理后，其一路通过输出信号线向外发出同步输出信号、时钟输出信号；另一路引入到仪器其他功能电路进行同步操作，从而最终实现系统内所有仪器的同步。上述方案中，所述仪器中的同步模块为一可编程逻辑处理电路，该可编程逻辑处理电路经由接口电路对主控模块的同步配置或同步命令进行接收，并做出相应的解释；同时综合经由同步输入接口接收的同步输入信号、时钟输入信号，通过DCM进行处理，然后通过同步输出口发出同步输出信号、时钟输出信号，同时通过接口电路将同步信息引入到仪器其他功能电路。上述方案中，所述方法通过同步模块中可编程逻辑处理电路的DCM进行波形纠正、锁相处理，严格保证同步输入信号与同步输出信号、时钟输入信号与时钟输出信号同相位。即同步输入/输出信号与时钟输入/输出信号的相对时间差At始终是相同。上述方案中，所述方法中当同步事件从第一台仪器的同步信号线发出后，其他的仪器在接收到同步事件后，则用同步事件后的同一个时钟沿来触发同步操作，由于可编程逻辑处理电路是硬件触发，其延时完全可以忽略，从而可以实现系统内所有仪器的精确同
止/J/ o上述方案中， 所述方法在同步过程中，同步触发点选取的是同一时钟信号上相对于同步信号的相对时间点，使得同步触发的精确时间可以排除时钟信号的因素，由于同步信号是电平信号，其在系统内的传输延时很小且固定可测，故在系统精确同步的基础上实现精确时间同步。与现有技术相比，本发明具有如下优点1.各仪器同步的时钟是由第一位置仪器发出，而不是仪器引用自已的内部时钟，故不存在各仪器晶振的个体差异影响与累积误差，进而时钟器件的温度敏感问题也能得到良好的控制与解决。从而保证同步操作后一个稳定的、长期的系统同步状态保持。2.通过波形纠正、锁相处理等DCM处理，严格保证仪器同步输入信号与同步输出信号、时钟输入信号与时钟输出信号同相位；同时采用同步事件后的同一个时钟沿来硬件触发同步操作，可以充分保证各仪器相对之间的高精度同步。3.充分利用硬件传输延时很小且固定可测、触发快的特性，在系统精确同步的基础上实现精确时间同步。4.充分利用了分布式与级联相结合的结构，通过分布式结构进行同步流程的控制，级联结构进行硬件同步信息的传输，大大简化了控制流程与结构，从而实现高效率的同步操作。
以下结合附图和具体实施方式
来进一步说明本发明。
图1为本发明所述方法在具体应用时的系统结构框图。图2为图1所示系统中的仪器的同步模块的结构框图。图3为本发明所涉及的输入信号线的示意图。图4为本发明所涉及的输出信号线的示意图。图5为本发明方法中时钟信号与同步信号的同步示意图。
具体实施例方式为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。如图1所示，该图为本发明所述的方法在具体实施过程中的硬件系统结构的组成。它包括多台拥有主控模块101、同步模块102的仪器100，以及用来连接仪器100中同步模块102的输入信号线和输出信号线；仪器100的主控模块101与同步模块102通过仪器内部的PXI总线进行连接通讯；仪器100的主控模块101通过以太网实现仪器间的分布式连接通讯；仪器100中的同步模块102还连接其他功能电路103整个系统中，一台仪器同步模块的输入信号线与前一台仪器同步模块的输出信号线相连、同步模块的输出信号线与后一台仪器同步模块的输入信号线相连，从而使多台仪器经由同步模块连接成一个串联链路。如图2所示，该图为仪器中同步模块的结构框图。其中，可编程逻辑处理电路经由接口电路对主控模块的同步配置或同步命令进行接收，并做出相应的解释；同时综合经由同步输入接口接收的同步输入信号、时钟输入信号，通过DCM进行处理，然后通过同步输出口发出同步输出信号、时钟输出信号，同时通过接口电路将同步信息引入到仪器其他功能电路。另外，同步输入接口、同步输出接口均采用7芯Lemo的EXGIB连接器；可编程逻辑处理电路和与其他功能电路接口电路共同采用一片XILINX公司的SPART 3系列FPGA芯片来实现；与主控模块的接口电路采用符合PXI总线协议规定的高密度(2mm间距)阻抗匹配孔式连接器和PLX公司的PCI9054型PCI数据通讯总线与本地数据总线转换芯片来实现。另外，如图3所示，同步输入信号线采用带屏蔽的包含两对双绞线的电缆。电缆中的一对双绞线以差分对方式传输时钟输入信号；另一对双绞线以差分对方式传输同步输入信号。如图4所示，同步输出信号线采用带屏蔽的包含两对双绞线的电缆。电缆中的一对双绞线以差分对方式传输时钟输出信号；另一对双绞线以差分对方式传输同步输出信号。本发明方法的主要步骤为多台仪器的主控模块首先通过以太网进行信息交互，按照经由同步模块连接成的串联链路的位置顺序分配地址，确认链路中处于第一位置的仪器。一旦需要进行同步，第一位置仪器的主控模块通过以太网向其他位置仪器的主控模块发出同步配置要求，同时向仪器内的同步模块发出同步命令。仪器内的同步模块对该命令进行解释后，通过输出信号线向外发出同步输出信号、时钟输出信号。其他仪器主控模块通过以太网接收同步配置要求，完成仪器的同步配置，并由同步模块通过输入信号线接收同步输入信号、时钟输入信号，经过同步模块处理后，其一路通过输出信号线向外发出同步输出信号、时钟输出信号；一路引入到仪器其他功能电路进行同步操作，从而最终实现系统内所有仪器的同步。如图5所示，方案中的时钟信号包括时钟输入信号、时钟输出信号；同步信号包括同步输入信号、同步输出信号。通过同步模块中可编程逻辑处理电路的DCM进行波形纠正、锁相处理，严格保证同步输入信号与同步输出信号、时钟输入信号与时钟输出信号同相位，即同步输入/输出信号与时钟输入/输出信号的相对时间差At始终是相同。当同步事件从第一台仪器的同步信号线发出后，其他的仪器在接收到同步事件后，则用同步事件后的同一个时钟沿来触发同步操作，由于可编程逻辑处理电路是硬件触发，其延时完全可以忽略，从而可以实现系统内所有仪器的精确同步。另外，由于同步触发点不是选取时钟信号上的绝对时间点，而是选取的同一时钟信号上相对于同步信号的相对时间点，故同步触发的精确时间可以排除时钟信号的因素；而同步信号由于是电平信号，其在系统内的传输延时很小且固定可测，故在系统精确同步的基础上实现精确时间同步。以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。`
权利要求
1.一种可级联仪器间的硬件同步的方法，其特征在于，该方法的具体步骤如下 a.多台仪器的主控模块通过以太网进行信息交互，按照经由同步模块连接成的串联链路的位置顺序分配地址，确认链路中处于第一位置的仪器； b.一旦需要进行同步，第一位置仪器的主控模块通过以太网向其他位置仪器的主控模块发出同步配置要求，并向该仪器内的同步模块发出同步命令；所述该仪器内的同步模块对该同步命令进行解释后，通过输出信号线向外发出同步输出信号、时钟输出信号； c.其他仪器主控模块通过以太网接收同步配置要求，完成仪器的同步配置，同时该仪器内的同步模块通过输入信号线接收同步输入信号、时钟输入信号；所述经过该仪器内的同步模块处理后，其一路通过输出信号线向外发出同步输出信号、时钟输出信号；另一路引入到仪器其他功能电路进行同步操作，从而最终实现系统内所有仪器的同步。
2.根据权利要求1的可级联仪器间的硬件同步的方法，其特征在于，所述仪器中的同步模块为一可编程逻辑处理电路，该可编程逻辑处理电路经由接口电路对主控模块的同步配置或同步命令进行接收，并做出相应的解释；同时综合经由同步输入接口接收的同步输入信号、时钟输入信号，通过DCM进行处理，然后通过同步输出口发出同步输出信号、时钟输出信号，同时通过接口电路将同步信息引入到仪器其他功能电路。
3.根据权利要求1的可级联仪器间的硬件同步的方法，其特征在于，所述方法通过同步模块中可编程逻辑处理电路的DCM进行波形纠正、锁相处理，严格保证同步输入信号与同步输出信号、时钟输入信号与时钟输出信号同相位。
4.根据权利要求1的可级联仪器间的硬件同步的方法，其特征在于，所述方法中当同步事件从第一台仪器的同步信号线发出后，其他的仪器在接收到同步事件后，则用同步事件后的同一个时钟沿来触发同步操作，由于可编程逻辑处理电路是硬件触发，其延时完全可以忽略，从而可以实现系统内所有仪器的精确同步。
5.根据权利要求1的可级联仪器间的硬件同步的方法，其特征在于，所述方法在同步过程中，同步触发点选取的是同一时钟信号上相对于同步信号的相对时间点，使得同步触发的精确时间可以排除时钟信号的因素，由于同步信号是电平信号，其在系统内的传输延时很小且固定可测，故在系统精确同步的基础上实现精确时间同步。
全文摘要
本发明公开了一种可级联仪器间的硬件同步的方法，该方法由多台仪器的主控模块通过以太网进行信息交互，按照经由同步模块连接成的串联链路的位置顺序分配地址，确认链路中处于第一位置的仪器；当需要进行同步，第一位置仪器的主控模块通过以太网向其他位置仪器的主控模块发出同步配置要求，并向该仪器内的同步模块发出同步命令；其他仪器主控模块通过以太网接收同步配置要求，完成仪器的同步配置，同时该仪器内的同步模块通过输入信号线接收同步输入信号、时钟输入信号；经过该仪器内的同步模块处理后，其一路通过输出信号线向外发出同步输出信号、时钟输出信号；另一路引入到仪器其他功能电路进行同步操作，从而最终实现系统内所有仪器的同步。
文档编号H04L7/00GK103067148SQ20121026493
公开日2013年4月24日 申请日期2012年7月27日 优先权日2012年7月27日
发明者贺惠农, 秦巍, 黄连生 申请人:杭州亿恒科技有限公司