用于工业网络设备间时间同步的时钟漂移补偿方法及电路

技术特征：
1.用于工业网络设备间时间同步的时钟漂移补偿方法，其特征在于，包括以下步骤：第一步，主时钟设备周期发送带有系统时间的数据帧，同步设备收到该数据帧后，提取出系统时间，并记录收到数据帧时刻的本地时间和本地时钟的计数值；第二步，在t
n
时刻，判断同步周期n-1内的时钟周期数cycle_num
n
的值是否大于门限值；若大于门限值，则转至第三步；否则，直接将时间偏差time_diff
n
补偿到本地时间内，之后转至第四步；第三步，同时进行时间偏差补偿和频率偏差补偿；第四步，在t
n 1
时刻，即同步周期n结束，同步周期n 1开始时，重复执行第一～三步，使时钟漂移补偿连续的周期执行。2.根据权利要求1所述的用于工业网络设备间时间同步的时钟漂移补偿方法，其特征在于，第一步包括以下步骤：在t
n
时刻，即同步周期n开始时，计算本地时间与系统时间的时间偏差time_diff
n
为：time_diff
n
＝localtime
n-systime
n
ꢀꢀ
(1)计算采用系统时间计时的同步周期n-1的周期时长sync_cycle_sys
n
为：sync_cycle_sys
n
＝systime
n-systime
n-1
ꢀꢀ
(2)计算采用本地时钟计时的同步周期n-1内的时钟周期数cycle_num
n
和周期时长sync_cycle_local
n
为：cycle_num
n
＝clknum
n-clknum
n-1
ꢀꢀ
(3)sync_cycle_local
n
＝cycle_num
n
*clkcycle
ꢀꢀ
(4)计算同步周期n-1内，系统时间和本地时钟计时的差值frq_diff
n
为：frq_diff
n
＝sync_cycle_local
n-sync_cycle_sys
n
ꢀꢀ
(5)其中，同步设备第n次收到带有系统时间的数据帧的时刻为t
n
，该时刻t
n
表示第n个同步周期开始，第n-1个同步周期结束；systime
n
表示t
n
时刻收到的系统时间，localtime
n
表示t
n
时刻记录的本地时间，clknum
n
表示t
n
时刻记录的本地时钟计数值，clkcycle表示本地时钟的周期。3.根据权利要求1所述的用于工业网络设备间时间同步的时钟漂移补偿方法，其特征在于，所述直接将时间偏差time_diff
n
补偿到本地时间内，具体如下：localtime
n
＝localtime
n-time_diff
n
ꢀꢀ
(6)localtime
n
表示t
n
时刻记录的本地时间。4.根据权利要求1所述的用于工业网络设备间时间同步的时钟漂移补偿方法，其特征在于，所述时间偏差补偿，包括以下步骤：在同步周期n中，时间偏差补偿的值为time_diff
n
，每隔compensate_num个时钟周期，本地时间补偿1纳秒，直到时间偏差补偿完毕，即补偿time_diff
n
次；其中，compensate_num表示时间偏差补偿步长，根据本地时钟的ppm值配置。5.根据权利要求1所述的用于工业网络设备间时间同步的时钟漂移补偿方法，其特征在于，所述频率偏差补偿，包括以下步骤：频率补偿前评估本地时间与系统时间的时钟频率偏差，即cycle_num
n
个本地时钟周期计时偏差了frq_diff
n
，为了补偿这个偏差值，每cycle_num
n
/frq_diff
n
个周期补偿1纳秒。6.用于工业网络设备间时间同步的时钟漂移补偿电路，其特征在于，包括：
时间参数计算模块，用于在同步周期开始时，计算时钟漂移补偿需要的所有时间参数的值，包括本地时间与系统时间的时间偏差time_diff
n
、系统时间计时的上一个同步周期的时长sync_cycle_sys
n
、上一个同步周期内本地时钟的周期数cycle_num
n
、本地时钟计时的上一个同步周期的时长sync_cycle_local
n
以及系统时间和本地时钟对同步周期的计时差值frq_diff
n
；并将cycle_num
n
送至门限判定模块，将time_diff
n
、frq_diff
n
送至时间偏差快速补偿模块；门限判定模块，用于判断上一个同步周期内本地时钟的周期数cycle_num
n
是否大于门限值，并根据判定结果生成快速补偿使能信号、时间差值补偿使能信号和频率补偿使能信号，分别送至时间偏差快速补偿模块、时间偏差均匀补偿模块和频率补偿模块；时间偏差快速补偿模块，用于根据使能信号，将本地时间与系统时间的时间偏差值一次耦合到本地时钟，实现时间快速补偿；时间偏差均匀补偿模块，用于根据使能信号，将本地时间与系统时间的时间偏差值连续均匀的补偿到本地时间，即每隔compensate_num个时钟周期补偿1纳秒；频率补偿模块，用于调整本地时钟的计时偏差，即等价于调整本地时钟的频率；每个同步周期都对本地时间与系统时间的时钟频率偏差进行评估，并根据评估结果调整补偿值。7.根据权利要求6所述的用于工业网络设备间时间同步的时钟漂移补偿电路，其特征在于，所述时间参数计算模块通过减法器和加法器实现。8.根据权利要求6所述的用于工业网络设备间时间同步的时钟漂移补偿电路，其特征在于，所述门限判定模块通过比较器实现。9.根据权利要求6所述的用于工业网络设备间时间同步的时钟漂移补偿电路，其特征在于：所述时间偏差均匀补偿模块通过计数器和递减器实现。10.根据权利要求6所述的用于工业网络设备间时间同步的时钟漂移补偿电路，其特征在于，所述频率补偿模块通过分频器实现。

技术总结
本发明涉及用于工业网络设备间时间同步的时钟漂移补偿方法及电路。第一步，主时钟设备周期发送带有系统时间的数据帧，同步设备收到该数据帧后，提取出系统时间，并记录收到数据帧时刻的本地时间和本地时钟的计数值；第二步，在T


技术研发人员：王剑 谢闯 杨志家 段茂强 赵纯
受保护的技术使用者：中国科学院沈阳自动化研究所
技术研发日：2020.11.19
技术公布日：2022/5/20