一种提高ttcan时钟同步精度的方法
【专利摘要】本发明涉及一种提高TTCAN时钟同步精度的方法，其技术特点包括以下步骤：在TTCAN网络的Level 2级别时钟同步模型的时钟速率偏差df的后面设置一阶差分滤波器，用于通直流、阻交流并抑制高频信号，该一阶差分滤波器的滤波计算公式为：本发明设计合理，其在现有的时钟同步模型的时钟速率偏差df的后面放置一阶低通滤波器，能够对TTCAN时钟速率偏差进行滤波处理，削弱了时钟抖动误差，同时能够抵抗时钟的突发错误，提高了TTCAN时钟同步的精度，有利于保障TTCAN的稳定工作。
【专利说明】-种提高TTCAN时钟同步精度的方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于时钟同步【技术领域】，尤其是一种提高TTCAN时钟同步精度的方法。
【背景技术】
[0002] 传统的CAN(Controller Area Network)总线是事件触发的，当多个信息发生优 先级冲突时，CAN总线固有的总线仲裁方式会使系统产生很大的延迟，S卩：当总线上信息量 较大时CAN总线难以保证系统的实时性。此外，虽然CAN总线相对于其他总线来说可靠性 较高，但是其底层没有对冗余结构的直接支持，已不能满足船舶导航系统的高可靠性的要 求。为了解决上述问题，对CAN协议引入了时间触发机制，即TTCAN (Time-triggered CAN)。 TTCAN网络底层结构与CAN网络完全相同，只是在高层增加了一种时间触发的机制，利用该 时间触发机制可满足导航系统高实时性的要求，并通过采用冗余备份方案可达到满足导航 系统高可靠性要求。
[0003] TTCAN网络中所有节点的触发时间和持续时间都是确定的，通信的本质就是循 环调用时间调度表的过程，所有TTCAN网络中的活动都是按照既定的时间点发生。可见， TTCAN系统中严格的时间同步是TTCAN网络正常工作的保证。然而，TTCAN中设备的时钟主 频不同，并且各个设备时钟的机械特性和温度敏感性也不一致，造成TTCAN中的各节点的 时钟是不同步的。通常在TTCAN网络设置时间主节点，通过这个时间主节点发送特定的参 考报文与各节点之间实现时间同步。在传统TTCAN网络的Level 2级别时钟同步中，从节 点通过其参考标志与主节点参考标志的比对得到全局时间，TTCAN网络各节点基于全局时 间进行调度。可见各节点的时钟抖动以及参考标志突变都会影响TTCAN系统的时钟同步。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种提高TTCAN时钟同步精度的方 法，用来解决时钟抖动与突发错误对系统时钟同步精度的影响。
[0005] 本发明解决现有的技术问题是采取以下技术方案实现的：
[0006] 一种提高TTCAN时钟同步精度的方法，在TTCAN网络的Level 2级别时钟同步模 型的时钟速率偏差df的后面设置一阶差分滤波器，用于通直流、阻交流并抑制高频信号，该 一阶差分滤波器的滤波计算公式为：
[0007] --, (") = (1-(/?-1) +似/,.(/7)
[0008] 式中：d' f (η)为第η次计算的时钟速率偏差；
[0009] 》_,(?；)表示第η次对时钟速率偏差的滤波值；
[0010] α为滤波系数。
[0011] 本发明的优点和积极效果是：
[0012] 1、本发明在现有的时钟同步模型的时钟速率偏差df的后面放置一阶低通滤波器， 能够对TTCAN时钟速率偏差进行滤波处理，削弱了时钟抖动误差，同时能够抵抗时钟的突 发错误，提高了 TTCAN时钟同步的精度，有利于保障TTCAN的稳定工作。
[0013] 2、本发明通过引入低阶滤波器完成对时钟信号的提纯，从理论上抑制了时钟抖动 和突发错误对时钟同步信号的影响，仿真结果表明该算法可以有效提高TTCAN时钟同步的 精度。
【专利附图】
【附图说明】
[0014] 图1为本发明的时间滤波同步算法原理框图；
[0015] 图2为传统时钟同步方式的原理框图；
[0016] 图3为不同滤波系数时滤波器的幅度特性曲线；
[0017] 图4为不同滤波系数时的输出结果示意图；
[0018] 图5为图4的局部放大结果示意图；
[0019] 图6为不同同步方式跟踪的时钟速率偏差示意图；
[0020] 图7为两种时钟同步的抖动误差比较示意图；
[0021] 图8为时钟速率偏差变大时的两种时钟同步方式结果示意图；
[0022] 图9为时钟速率偏差变大时的时钟速率偏差变化示意图；
[0023] 图10为时钟速率偏差变小时的两种时钟同步方式结果示意图；
[0024] 图11为时钟速率偏差变小时时钟速率偏差变化示意图。
【具体实施方式】
[0025] 以下结合附图对本发明实施例做进一步详述。
[0026] 对TTCAN网络的某个从节点来说，其全局时间受到主节点时钟、主节点参考标志 的传输以及从节点时钟等多方因素的影响，时钟抖动以及参考标志传输或解算的错误都会 影响系统的时钟同步。在传统TTCAN网络的时钟同步中，没有对这些因素进行优化处理。
[0027] 对于TTCAN系统来说，在无时钟抖动情况下，主从节点的时钟速率偏差应该是一 个固定的值，也就是说其可以看做频率为〇的一个直流信号。存在时钟抖动时的时钟速率 偏差应为这个固定值加上一个高频的抖动分量。而时钟速率偏差发生突变时，相当于在这 个基础上加上一个冲击响应。
[0028] 现有时钟同步方式如图2所示，本发明引入数字低通滤波器对时钟速率偏差进行 滤波，从而去除时钟抖动分量，提纯时钟速率偏差。如图1所示，本发明采用具体方法为：在 Level 2级别时钟同步模型的时钟速率偏差df的后面增加一个低通滤波器，由于TTCAN是 有线传输系统，噪声干扰相对较小。由于低通滤波器能够通直流阻交流，具有抑制高频信号 的系统函数，高频信号正是时钟抖动和突发错误的主要成份，因此，本发明可以采用一级差 分滤波器进行滤波。该一阶差分滤波器的滤波计算公式为：
[0029] (I1 (n) = {\-a)cl, [n-\) + ad t (π).................................... (I)
[0030] 式中：d' f (η)为第η次计算的时钟速率偏差；
[0031] ^ 表示第η次对时钟速率偏差的滤波值；
[0032] α为滤波系数。
[0033] 该算法通过引入去噪滤波器完成对时钟信号的提纯，从理论上抑制了时钟抖动和 突发错误对时钟同步信号的影响，仿真结果表明该算法可以有效提高TTCAN时钟同步的精 度。
[0034] 为了对发明的原理进行说明，首先分析一下现有TTCAN网络Level 2级别时钟同 步信号模型。
[0035] (1)理想情况下时钟速率偏差模型
[0036] 如图2所示，在TTCAN中传统的Level 2级别时钟同步模型中，假设主从时钟不含 时钟抖动。
[0037] 时钟主节点将自己的本地时间作为全局时间，并将其参考标志放在参考报文的数 据字节中传输。每个TTCAN基本循环都包含有时钟主节点发送的参考报文。从节点读取相 邻两个参考报文的参考标志获得先前与当前基于时钟主节点本地时间的实际触发时刻t mp 与乜，二者的差值即为基于时钟主节点本地时间计算的系统周期时间。对于某从节点来说， 它同时也在基于自己的本地时间计算TTCAN网络的周期时间。从节点通过同步时间标志记 录其先前与当前触发时刻的本地时间t subp和tsub，二者的差值即为基于从节点本地时间计 算的系统周期时间。理论上，时钟主节点计算的系统周期时间与从节点计算的周期时间应 该一致，然而在网络开始运行时，主从节点的时钟是不同步的，他们之间存在一定的偏差。 通过二者计算的系统周期时间的商即可以求出二者的时钟速率偏差d f
【权利要求】
1. 一种提高TTCAN时钟同步精度的方法，其特征在于：在TTCAN网络的Level2级别时 钟同步模型的时钟速率偏差df的后面设置一阶差分滤波器，用于通直流、阻交流并抑制高 频信号，该一阶差分滤波器的滤波计算公式为： J1 (/?) = (I-Or)J, [n-\) + adt (/?) 式中：(1/ (n)为第n次计算的时钟速率偏差； ^ 表示第n次对时钟速率偏差的滤波值； a为滤波系数。
【文档编号】H04J3/06GK104333427SQ201410519345
【公开日】2015年2月4日 申请日期:2014年9月30日 优先权日:2014年9月30日
【发明者】傅金琳, 陈伟, 邵春水 申请人:中国船舶重工集团公司第七0七研究所