一种跨时钟域时间信息校正方法及其分布式系统

本发明属于分布式，具体涉及一种跨时钟域时间信息校正方法及其分布式系统。

背景技术：

1、时间信息一般指一个事件发生的具体时刻或者不同事件发生时刻的相互关系，比如时间差。对于大型的分布式系统，有时需要精确测量在不同的节点的事件的准确发生时间。要实现这一目的，除了各子节点设计电路进行时间测量外，还需要考虑各节点时钟基准间的关系。目前典型的分布式系统时间测量技术通常基于同步时钟，由主节点分发时钟基准到各个子节点。当整个系统的时钟同源且稳定时，各节点的测量得到的时间信息相互间就能转换到统一的时钟域。这种同步有其优势之处，但对大的系统而言，不管是基于独立的时钟分发链路，或者是采用嵌入到数据中的时钟分发方法，需要对精确的时钟分发进行复杂的系统设计，如需要实现高精度时钟分发与调节，以及需要在各子节点设计时钟恢复电路以获得来自主节点的系统时钟。所有现有技术的方法往往造价昂贵并且部署困难，同时异步时钟时间测量方案的精度相对较低。

技术实现思路

1、本发明的目的就是为了解决上述背景技术存在的不足，提供一种跨时钟域时间信息校正方法及其分布式系统，结构简单的同时节约设备成本且部署相对便捷，时间测量精度相对较高。

2、本发明采用的技术方案是：一种跨时钟域时间信息校正方法，包括以下步骤：

3、子节点将携带自身时钟和数据信息的数字信号发送至主节点，随后主节点将子节点时钟和数据恢复出来；

4、主节点配置有子节点时钟计数器和主节点时钟计数器；主节点通过子节点时钟和主节点时钟中任一种时钟对另一种时钟进行采样，当发现两种时钟之间的滞后时间达到频率较快的时钟的单个周期时，调整子节点时钟计数器，使两种时钟计数器保持一致；

5、通过子节点时钟计数器和主节点时钟换算得到子节点的数据在主节点时钟域下的时间戳。

6、上述技术方案中，还包括以下步骤：主节点统计两种时钟的计数器从一致到两种时钟之间的滞后时间达到频率较快的时钟的单个周期的过程中子节点时钟的周期数p，并基于该周期数p生成子节点时钟计数器的修正值；在子节点时钟的每个周期，子节点时钟计数器在正常计数的前提下增加修正值作为子节点时钟计数器的计数结果。

7、上述技术方案中，两种时钟的计数器一致时，子节点时钟计数器的修正值为0；

8、在子节点时钟频率大于主节点时钟频率的情况下，在每个子节点的时钟周期，子节点时钟计数器的修正值较之上个时钟周期增加-1/p，直到两个时钟的计数器被调整为一致，以此循环；

9、在子节点时钟频率小于主节点时钟频率的情况下，在每个子节点的时钟周期，子节点时钟计数器的修正值较之上个时钟周期增加+1/p，直到两个时钟的计数器被调整为一致，以此循环。

10、上述技术方案中，对于任一时钟对另一个时钟的采样结果，当两种时钟之间的滞后时间达到频率较快的时钟的单个周期时，对采样结果的第一次跳变沿后加上一个禁止校正的窗。

11、上述技术方案中，在发现两种时钟之间的滞后时间达到频率较快的时钟的单个周期时产生一个使能信号，该使能信号用于调整子节点时钟的计数器。

12、上述技术方案中，当子节点时钟频率大于主节点时钟时，采用子节点时钟对主节点时钟进行采样：当子节点时钟为上升沿时，对主节点时钟进行采样，根据主节点时钟的电平状态生成采样结果；当采样结果出现下降沿时，使子节点时钟计数器的当个周期计算保持不变。

13、上述技术方案中，当子节点时钟频率小于主节点时钟时，采用主节点时钟对子节点时钟信号进行采样：当主节点时钟为上升沿时，对子节点时钟进行采样，根据子节点时钟的电平状态生成采样结果；当采样结果出现下降沿时，使子节点时钟计数器的当前周期计数结果多增加一。

14、上述技术方案中，所述主节点接收到子节点的数字信号后首先对其进行解码，并恢复时钟和数据，然后再进行时钟域校正。

15、上述技术方案中，所述窗的宽度依据两个时钟抖动大小及两个时钟频率差的大小设定。

16、本发明还提供了一种跨时钟域时间信息校正的分布式系统，包括主节点和若干个子节点；主节点采用系统时钟，子节点采用本地各自的独立时钟；该系统执行所述的跨时钟域时间信息校正方法，使主节点将来源于各子节点的数字信号从子节点的时钟域校正至主节点的时钟域。

17、本发明的有益效果是：本发明提出的跨时钟域时间信息校正方法，可以简化整个系统尤其是各子节点的时钟链路设计，各子节点可以直接使用其本地独立的时钟基准，各子节点时钟不需要与总节点时钟同步，有效节约子节点系统的计算成本和造价。主节点基于从子节点传来的时间信息及数据流，利用从该数据流恢复的子节点时钟与本地系统时钟，结合本发明提出的校正方法，可以将子节点事件的时间信息从子节点时钟域转换到主节点的系统时钟域下，保证主节点接收到的子节点数据具有较高的时间测量精度。

18、进一步地，本发明通过修正子节点时钟计数器的校正结果，进一步提高子节点时钟的校正精度，保证主节点所接收到的子节点数据具有较高的时间测量精度。

19、进一步地，本发明所提出的修正方法，可以动态降低由于抖动问题所才来的周期p不稳定的问题，进一步提高时间测量精度。

20、进一步地，本发明对采样结果第一次边沿跳变后加上一个禁止校正的窗，有效避免因时钟抖动而造成的计数器修正误操作的问题，提高校准操作的稳定性。

21、进一步地，本发明通过设置使能信号，可以动态每次调整子节点时钟计数器的时刻，保证校准操作的准确性，提升时间测量精度。

22、进一步地，本发明所采用的采样方式，可以根据不同的场景，保持不同时钟域下计数器数值的一致，且实现方法较为简单，资源消耗低。

23、进一步地，本发明在执行时钟域校正前，先进行转码，可以保证数据传输的正确性，同时保证数据在电链路中传输的高质量，进一步降低数据错误的风险。

24、进一步地，本发明根据两个时钟的信息设置窗的宽度，可以避免因时钟抖动过大，导致系统整体失效的情况。提高时间校准准确性，降低误操作概率。

技术特征：

1.一种跨时钟域时间信息校正方法，其特征在于：包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种方法，其特征在于：还包括以下步骤：主节点统计两种时钟的计数器从一致到两种时钟之间的滞后时间达到频率较快的时钟的单个周期的过程中子节点时钟的周期数p，并基于该周期数p生成子节点时钟计数器的修正值；在子节点时钟的每个周期，子节点时钟计数器在正常计数的前提下增加修正值作为子节点时钟计数器的计数结果。

3.根据权利要求2所述的一种方法，其特征在于：两种时钟的计数器一致时，子节点时钟计数器的修正值为0；

4.根据权利要求1所述的一种方法，其特征在于：对于任一时钟对另一个时钟的采样结果，当两种时钟之间的滞后时间达到频率较快的时钟的单个周期时，对采样结果的第一次跳变沿后加上一个禁止校正的窗。

5.根据权利要求1所述的一种方法，其特征在于：在发现两种时钟之间的滞后时间达到频率较快的时钟的单个周期时产生一个使能信号，该使能信号用于调整子节点时钟的计数器。

6.根据权利要求1所述的一种方法，其特征在于：当子节点时钟频率大于主节点时钟时，采用子节点时钟对主节点时钟进行采样：当子节点时钟为上升沿时，对主节点时钟进行采样，根据主节点时钟的电平状态生成采样结果；当采样结果出现下降沿时，使子节点时钟计数器的当个周期计算保持不变。

7.根据权利要求1所述的一种方法，其特征在于：当子节点时钟频率小于主节点时钟时，采用主节点时钟对子节点时钟信号进行采样：当主节点时钟为上升沿时，对子节点时钟进行采样，根据子节点时钟的电平状态生成采样结果；当采样结果出现下降沿时，使子节点时钟计数器的当前周期计数结果多增加一。

8.根据权利要求1所述的一种方法，其特征在于：所述主节点接收到子节点的数字信号后首先对其进行解码，并恢复时钟和数据，然后再进行时钟域校正。

9.根据权利要求4所述的一种方法，其特征在于：所述窗的宽度依据两个时钟抖动大小及两个时钟频率差的大小设定。

10.一种跨时钟域时间信息校正的分布式系统，其特征在于：包括主节点和若干个子节点；主节点采用系统时钟，子节点采用本地各自的独立时钟；该系统执行权利要求1-9任一项所述的跨时钟域时间信息校正方法，使主节点将来源于各子节点的数字信号从子节点的时钟域校正至主节点的时钟域。

技术总结
本发明提供一种跨时钟域时间信息校正方法及其分布式系统，该方法包括以下步骤：子节点将携带自身时钟和数据信息的数字信号发送至主节点，随后主节点将子节点时钟和数据恢复出来；主节点配置有子节点时钟计数器和主节点时钟计数器；主节点通过子节点时钟和主节点时钟中任一种时钟对另一种时钟进行采样，当发现两种时钟之间的滞后时间达到频率较快的时钟的单个周期时，调整子节点时钟计数器，使两种时钟计数器保持一致；通过子节点时钟计数器和主节点时钟换算得到子节点的数据在主节点时钟域下的时间戳。本发明架构简单的同时节约计算成本，并具有较高的时间测量精度。

技术研发人员：陈凯,杨勇强,郎磊,朱斗,王婧
受保护的技术使用者：华中师范大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/31