專(zhuān)利名稱(chēng)：工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)芯片的硬件時(shí)間同步實(shí)現(xiàn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于工業(yè)無(wú)線通信技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)中時(shí)間同步技術(shù)。
背景技術(shù)：
近些年，無(wú)線通信技術(shù)取得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，而工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)作為無(wú)線通信技術(shù)的一個(gè)分支更是在近幾年內(nèi)飛速前進(jìn)。工業(yè)無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是從無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)演化而來(lái)，是一種面向設(shè)備間短程、低速率信息交互的無(wú)線通信技術(shù)，其網(wǎng)絡(luò)具有低功耗、安裝維護(hù)成本低等特點(diǎn)，已成為工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域的又一發(fā)展趨勢(shì)，目前，工業(yè)無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)的制定成為工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)的焦點(diǎn)。在工業(yè)環(huán)境下建立高可靠性，高實(shí)時(shí)性的無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)成為人們迫切的需求。工業(yè)無(wú)線ISA100. Ila標(biāo)準(zhǔn)是開(kāi)放的工業(yè)無(wú)線國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，主要針對(duì)流程/過(guò)程自 動(dòng)化領(lǐng)域，并為其提供報(bào)警類(lèi)應(yīng)用及非實(shí)時(shí)性監(jiān)控的解決方案和系統(tǒng)。ISA100不僅局限于此，還包括定位與追蹤、設(shè)備管理、工廠自動(dòng)化、RFID和過(guò)程自動(dòng)操作等應(yīng)用。工業(yè)無(wú)線WIA-PA標(biāo)準(zhǔn)是中國(guó)無(wú)線工業(yè)聯(lián)盟推出的一個(gè)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)技術(shù)規(guī)范。基于IEEE STD802. 15. 4-2006標(biāo)準(zhǔn)，用于工業(yè)過(guò)程測(cè)量、監(jiān)視與控制的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信標(biāo)準(zhǔn)。ISA100. Ila網(wǎng)絡(luò)和WIA-PA網(wǎng)絡(luò)的時(shí)間同步技術(shù)是具有共性的關(guān)鍵技術(shù)之一，是工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的一項(xiàng)重要的支撐技術(shù)，傳感器的數(shù)據(jù)融合、能量管理、傳輸調(diào)度、節(jié)點(diǎn)定位、狀態(tài)切換等基礎(chǔ)性或復(fù)雜性的操作都需要網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)保持時(shí)間同步，時(shí)間同步為整個(gè)系統(tǒng)的不同模塊提供統(tǒng)一的基準(zhǔn)時(shí)間，精確的時(shí)間同步對(duì)于保證工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)完成一系列基礎(chǔ)性操作至關(guān)重要，是工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)無(wú)線通信實(shí)時(shí)性與可靠性的前提與保證，正如《一種適用于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的時(shí)間同步方法》(王恒、王平、于萌萌、王顳、段未紅.一種適用于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的時(shí)間同步方法[P].中國(guó)專(zhuān)利201110048982. 8)文中所指出的。傳統(tǒng)的時(shí)間同步均由協(xié)議棧軟件算法實(shí)現(xiàn)，代碼移植性較差，盡管已近涌現(xiàn)出大量?jī)?yōu)秀算法，但各種時(shí)間同步算法都有其局限性，并不能適應(yīng)任何應(yīng)用場(chǎng)景，其次不能?chē)?yán)格的保證同步精度及可靠性，再次復(fù)雜的算法還會(huì)加大軟件的負(fù)擔(dān)，增加網(wǎng)絡(luò)開(kāi)銷(xiāo)及后期維護(hù)成本。本發(fā)明針對(duì)以上缺點(diǎn)提出時(shí)間同步的芯片的硬件實(shí)現(xiàn)方法，目的在于提高工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)時(shí)間同步的精確度及可靠性，保證工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的實(shí)時(shí)性，同時(shí)減輕軟件負(fù)擔(dān)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題為，針對(duì)現(xiàn)有時(shí)間同步技術(shù)的上述缺陷，根據(jù)工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的特點(diǎn)，提出了一種滿足工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的，能夠提高時(shí)間同步精度及可靠性同時(shí)減輕軟件負(fù)擔(dān)的時(shí)間同步芯片的硬件實(shí)現(xiàn)方法。根據(jù)工業(yè)無(wú)線ISA100. Ila和WIA-PA規(guī)范，發(fā)明了廣告幀/信標(biāo)幀工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)芯片的硬件時(shí)間同步方法和確認(rèn)幀工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)芯片的硬件時(shí)間同步方法。本發(fā)明解決上述問(wèn)題的技術(shù)方案是，提出一種工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)芯片的硬件實(shí)現(xiàn)時(shí)間同步方法，配置協(xié)議選取寄存器PROTOCOL，開(kāi)啟廣告幀/信標(biāo)幀時(shí)間同步功能；根據(jù)ISA100. I Ia和WIA-PA標(biāo)準(zhǔn)配置時(shí)間戳在廣告幀/信標(biāo)幀中的偏移位置Tstamp_0ff set ;若是時(shí)間源設(shè)備，開(kāi)啟本地時(shí)鐘時(shí)間Tf1Vtkxal κχ自動(dòng)捕獲和時(shí)間戳自動(dòng)裝載，同時(shí)初始化時(shí)間戳發(fā)送寄存器，將網(wǎng)絡(luò)的初始時(shí)間值裝入該時(shí)間戳發(fā)送寄存器，時(shí)間源設(shè)備發(fā)送廣告幀/信標(biāo)幀時(shí)，按照偏移位置寄存器配置的偏移位置Tstamp_0fTset在廣告幀/信標(biāo)幀中插入時(shí)間戳；若是非時(shí)間源設(shè)備，開(kāi)啟本地時(shí)鐘時(shí)間LcalViTf1 κχ自動(dòng)捕獲和時(shí)間戳自動(dòng)解析，同時(shí)初始化廣播/信標(biāo)幀接收時(shí)間間隔，接收到廣告幀/信標(biāo)幀時(shí)自動(dòng)捕獲T^1 κχ時(shí)間，解析廣告幀/信標(biāo)幀時(shí)間戳信息，完成時(shí)間差計(jì)算及本地時(shí)鐘校準(zhǔn)。時(shí)鐘源及非時(shí)鐘源設(shè)備的硬件芯片實(shí)現(xiàn)廣告幀/信標(biāo)幀時(shí)間同步功能流程如下。I.配置PR0T0CAL寄存器，開(kāi)啟芯片的廣告幀/信標(biāo)幀時(shí)間同步功能。即由芯片的硬件寄存器完成廣告幀/信標(biāo)幀時(shí)間同步相關(guān)操作，寄存器捕獲開(kāi)始發(fā)送或接收時(shí)產(chǎn)生幀首定界符SFD中斷時(shí)刻本地時(shí)鐘時(shí)間T^al τχ或T^1 κχ，插入及解析時(shí)間戳；2.配置偏移位置寄存器，配置時(shí)間戳在廣告幀/信標(biāo)幀中的偏移位置Tstamp_
Offset0根據(jù)ISA100. IIa和WIA-PA標(biāo)準(zhǔn)配置時(shí)間戳在廣告幀/信標(biāo)幀中的偏移位置Tstamp_Offset ；3.若是時(shí)間源設(shè)備，開(kāi)啟本地時(shí)鐘時(shí)間TkxalV^trcal κχ自動(dòng)捕獲和時(shí)間戳自動(dòng)裝載，同時(shí)初始化時(shí)間戳發(fā)送寄存器(Tkal_TX)，將網(wǎng)絡(luò)的初始時(shí)間值裝入該時(shí)間戳發(fā)送寄存器；時(shí)間源設(shè)備周期性發(fā)送廣告幀/信標(biāo)幀時(shí)，按照偏移位置寄存器配置的偏移位置Tstamp_Offset，在廣告幀/信標(biāo)幀中插入時(shí)間戳；4.若是非時(shí)間源設(shè)備，開(kāi)啟Tf1VXeal κχ時(shí)間自動(dòng)捕獲和時(shí)間戳自動(dòng)解析，同時(shí)初始化廣播/信標(biāo)幀接收時(shí)間間隔(TK_iTC_InterVal)，接收到廣告幀/信標(biāo)幀時(shí)自動(dòng)捕獲T^alj 時(shí)間，然后解析廣告幀/信標(biāo)幀時(shí)間戳信息，完成時(shí)間差計(jì)算及本地時(shí)鐘校準(zhǔn)。 確認(rèn)幀芯片的硬件時(shí)間同步中，完全由芯片的硬件處理時(shí)鐘偏差計(jì)算并完成本地時(shí)鐘的校準(zhǔn)。首先配置協(xié)議選取寄存器PR0T0CAL，開(kāi)啟確認(rèn)幀時(shí)間同步功能，然后時(shí)鐘源和非時(shí)鐘源在數(shù)據(jù)的收發(fā)過(guò)程中，自動(dòng)捕獲發(fā)送幀時(shí)SFD中斷時(shí)刻及接收幀時(shí)SFD中斷時(shí)刻本地時(shí)鐘時(shí)間T^1 τχ及T^1 κχ，計(jì)算上述本地時(shí)鐘時(shí)間距離時(shí)隙起始邊界的時(shí)間偏移，最后計(jì)算時(shí)鐘偏差并完成校準(zhǔn)，時(shí)鐘源及非時(shí)鐘源設(shè)備實(shí)現(xiàn)確認(rèn)幀時(shí)間同步功能流程如下。廣告幀/信標(biāo)幀工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)芯片的硬件時(shí)間同步方法和確認(rèn)幀工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)芯片的硬件時(shí)間同步方法能夠顯著的削弱時(shí)間同步的實(shí)施難度，降低協(xié)議棧軟件復(fù)雜度，大幅簡(jiǎn)化工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)軟件及硬件產(chǎn)品開(kāi)發(fā)難度，同時(shí)用硬件芯片替代復(fù)雜的軟件算法，突破了軟件實(shí)現(xiàn)時(shí)間同步的局限性和缺陷，從根本上減小了偏差，保證了時(shí)間同步的通用性、可靠性及精確度。


圖I廣告幀/信標(biāo)幀中時(shí)間戳偏移Tstamp_0ffset示意圖；圖2芯片的硬件時(shí)間同步使能及配置；圖3廣告幀/信標(biāo)幀芯片的硬件時(shí)間同步示意圖；圖4廣告幀/信標(biāo)幀芯片的硬件時(shí)間同步流程圖；圖5廣告幀/信標(biāo)幀接收方芯片的硬件時(shí)鐘校準(zhǔn)流程圖；圖6確認(rèn)巾貞芯片的硬件時(shí)間同步不意圖7確認(rèn)巾貞芯片的硬件時(shí)間同步流程圖；圖8確認(rèn)幀接收方芯片的硬件時(shí)鐘校準(zhǔn)流程圖。
具體實(shí)施例方式為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明I.芯片的硬件時(shí)間同步使能及配置配置PR0T0CAL寄存器、開(kāi)啟芯片的廣告幀/信標(biāo)幀時(shí)間同步功能。由硬件寄存 器捕獲發(fā)送幀時(shí)產(chǎn)生SFD中斷時(shí)刻本地時(shí)鐘時(shí)間T^1 τχ、接收幀時(shí)產(chǎn)生SFD中斷時(shí)刻本地時(shí)鐘時(shí)間I^eal κχ、插入及解析時(shí)間戳、自動(dòng)時(shí)鐘校準(zhǔn)；配置PR0T0CAL寄存器、使能芯片的硬件確認(rèn)幀自動(dòng)收發(fā)功能及時(shí)間同步功能，由芯片的硬件寄存器計(jì)算開(kāi)始發(fā)送時(shí)刻及開(kāi)始接收時(shí)刻距離該時(shí)隙起始邊界的時(shí)間偏移、自動(dòng)裝載及解析時(shí)間偏移、計(jì)算時(shí)鐘偏差并完成校準(zhǔn)；配置PR0TEC0L寄存器，使能由芯片的硬件寄存器計(jì)算從開(kāi)始接收廣告幀/信標(biāo)幀產(chǎn)生SFD中斷時(shí)刻至接收完成時(shí)刻的接收時(shí)間間隔TK_iTC_Interval ;配置時(shí)間戳偏移Tstamp_Offset寄存器，根據(jù)ISA100. I Ia及WIA-PA規(guī)范描述，配置時(shí)間戳在廣告幀/信標(biāo)幀中的偏移位置 Tstamp_0ffset。廣告幀/信標(biāo)幀中時(shí)間戳偏移位置Tstamp_0ffset示意圖如圖I所示；廣告幀/信標(biāo)幀中，前導(dǎo)碼Preamble之后是幀首定界符SFD，由SFD初偏移Tstamp_0ffset個(gè)字節(jié)即為時(shí)間戳Timestamp起始位置。芯片時(shí)間同步使能及配置流程圖如圖2所示。首先配置PR0T0CAL寄存器，開(kāi)啟廣告幀/信標(biāo)幀時(shí)間同步功能，開(kāi)啟確認(rèn)幀時(shí)間同步功能，然后配置Tstamp_0ffset寄存器。如果是時(shí)間源設(shè)備則自動(dòng)捕獲Tkxal τχ，使能時(shí)間戳自動(dòng)裝載，最后初始化T^alJX ;如果是非時(shí)間源設(shè)備則自動(dòng)捕獲Tf1 κχ，使能時(shí)間戳自動(dòng)解析，最后初始化TK_iTC_Interval。初始化配置完成，系統(tǒng)開(kāi)始工作。2.廣告幀/信標(biāo)幀芯片的硬件時(shí)間同步實(shí)施廣告巾貞/信標(biāo)巾貞芯片的硬件時(shí)間同步示意圖如圖3所示。Data transmittedOverRadio為廣告巾貞/信標(biāo)巾貞發(fā)送方，即時(shí)鐘源設(shè)備，Data received OverRadio為廣告中貞/信標(biāo)幀接收方，即非時(shí)鐘源設(shè)備，該廣告幀/信標(biāo)幀由Preamble (前導(dǎo)碼)、SFD (幀首定界符)、Length (巾貞長(zhǎng)度)、MAC Protocol (媒體介入控制層載荷)、Timestamp (時(shí)間戳)、DATA(數(shù)據(jù))六個(gè)子域構(gòu)成。時(shí)間源設(shè)備在產(chǎn)生SFD中斷之后自動(dòng)捕獲此時(shí)本地時(shí)間Tkjeal τχ，記為T(mén)l，同時(shí)插入偏移Tstamp_0ffSet后的時(shí)間戳位置處，將幀發(fā)出。非時(shí)間源設(shè)備在產(chǎn)生sro中斷之后自動(dòng)捕獲本地時(shí)間T^al τχ，記為Τ2，并在接收完成后芯片的硬件寄存器解析出幀中時(shí)間戳信息Tl。由于接收幀也會(huì)損耗一定時(shí)間，非時(shí)間源設(shè)備芯片的硬件寄存器自動(dòng)記錄Τ2至接收完成時(shí)刻的時(shí)間間隔TK_iTC_InterVal，用作時(shí)鐘校準(zhǔn)補(bǔ)償。最后按照廣告幀/信標(biāo)幀時(shí)間同步流程圖進(jìn)行時(shí)間同步。廣告幀/信標(biāo)幀芯片的硬件時(shí)間同步流程圖如圖4所示，其中時(shí)鐘源設(shè)備自動(dòng)捕獲及裝載時(shí)間戳，實(shí)現(xiàn)芯片時(shí)間同步過(guò)程如下I.用戶(hù)配置ISA100. Ila或者WIA-PA協(xié)議芯片的硬件寄存器，開(kāi)啟芯片的硬件廣告幀/信標(biāo)幀時(shí)間同步功能，時(shí)間戳由芯片的硬件寄存器自動(dòng)插入或解析，根據(jù)用戶(hù)需求設(shè)置廣告幀/信標(biāo)幀中時(shí)間戳偏移；2.時(shí)鐘源設(shè)備判斷是否到達(dá)廣告幀/信標(biāo)幀發(fā)送時(shí)隙邊界；3.如果到達(dá)，則開(kāi)始發(fā)送廣播幀/信標(biāo)巾貞，當(dāng)產(chǎn)生SFD中斷時(shí)，芯片的硬件自動(dòng)捕獲此時(shí)本地時(shí)間Tf1 τχ，記為T(mén)l ；4.將Tl自動(dòng)插入到預(yù)先配置的時(shí)間戳偏移位置并發(fā)送； 5.時(shí)鐘源設(shè)備廣告幀/信標(biāo)幀芯片的硬件時(shí)間同步過(guò)程結(jié)束。廣告幀/信標(biāo)幀芯片的硬件時(shí)間非時(shí)鐘源方，自動(dòng)捕獲及解析時(shí)間戳，計(jì)算時(shí)鐘偏差，完成時(shí)鐘校準(zhǔn)，其同步過(guò)程如下I.配置芯片的硬件寄存器，使能芯片的硬件廣告幀/信標(biāo)幀時(shí)間同步；2.接收方收到廣告幀/信標(biāo)幀；3.開(kāi)始接收，當(dāng)產(chǎn)生SFD中斷時(shí)，芯片的硬件寄存器自動(dòng)捕獲此時(shí)本地時(shí)間T^1τχ，記為Τ2，并使能芯片的硬件自動(dòng)計(jì)算從開(kāi)始接收到接收完成的時(shí)間間隔記為Τ3，該時(shí)間間隔會(huì)對(duì)最后的時(shí)鐘校準(zhǔn)結(jié)果進(jìn)行補(bǔ)償，保證發(fā)送及接收方的時(shí)鐘是在SFD中斷發(fā)生時(shí)刻對(duì)準(zhǔn)；4.接收完成，芯片的硬件寄存器解析出廣告幀/信標(biāo)幀中的時(shí)間戳信息Tl ；5.接收方根據(jù)Tl、Τ2和Τ3由芯片的硬件寄存器計(jì)算出時(shí)鐘偏差(Ta(X;k_0ffSet)并完成本地時(shí)鐘校準(zhǔn)；6.接收方廣告幀/信標(biāo)幀芯片的硬件寄存器時(shí)間同步過(guò)程結(jié)束。芯片的硬件寄存器時(shí)鐘校準(zhǔn)過(guò)程如圖5所示。非時(shí)鐘源設(shè)備芯片的硬件寄存器按照上述過(guò)程得到Tl、T2、T3，然后芯片的硬件寄存器根據(jù)Tl和T2計(jì)算Ta(K;k_0fTset，最后芯片的硬件寄存器根據(jù)以下算法自動(dòng)校準(zhǔn)本地時(shí)鐘。接收方時(shí)鐘偏差為T(mén)aOTk_0ffset，Tclock Offset= | T1-T2 | (I)校準(zhǔn)后本地時(shí)鐘時(shí)間為T(mén),Τ=Τ2 土 Tclock 0ffset+T3 (2)最終完成本地時(shí)鐘校準(zhǔn)。3.確認(rèn)幀的時(shí)間同步實(shí)施確認(rèn)巾貞芯片的硬件時(shí)間同步過(guò)程示意圖如圖6所示。Clock recipient為非時(shí)鐘源設(shè)備，即數(shù)據(jù)發(fā)送方、確認(rèn)幀接收方，Clock source為時(shí)鐘源設(shè)備，即數(shù)據(jù)接收方、確認(rèn)幀發(fā)送方。圖示為一個(gè)時(shí)隙的完整的時(shí)隙模板，Start of timeslot為時(shí)隙起始邊界,End oftimeslot為時(shí)隙終止邊界，該時(shí)隙主要由TX DPDU (數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)間)或RX DPDU (數(shù)據(jù)接收時(shí)間)和RX ACK (ACK接收時(shí)間)或TX ACK (確認(rèn)幀發(fā)送時(shí)間)組成。非時(shí)鐘源設(shè)備在開(kāi)始發(fā)送數(shù)據(jù)產(chǎn)生SFD中斷時(shí)刻，芯片的硬件寄存器會(huì)自動(dòng)捕獲此SFD中斷時(shí)刻時(shí)間Tf1 τχ，記為Τ4，同時(shí)由芯片的硬件寄存器計(jì)算得Τ4距離該時(shí)隙起始邊界的時(shí)間偏移0ffset_X。時(shí)鐘源設(shè)備在開(kāi)始接收數(shù)據(jù)產(chǎn)生SFD中斷時(shí)刻，芯片的硬件寄存器會(huì)自動(dòng)捕獲此SFD中斷時(shí)刻時(shí)間T^1 κχ，記為時(shí)間Τ5，同時(shí)芯片的硬件寄存器計(jì)算得Τ5距離該時(shí)隙起始邊界的時(shí)間偏移0ffset_Y。最后按照確認(rèn)幀時(shí)間同步流程進(jìn)行時(shí)間同步。
確認(rèn)幀芯片的硬件時(shí)間同步過(guò)程如圖7所示，其中，時(shí)鐘源設(shè)備計(jì)算接收時(shí)刻時(shí)間偏移，并自動(dòng)裝載返回確認(rèn)幀，其時(shí)間同步過(guò)程如下I.開(kāi)始接收數(shù)據(jù)幀，產(chǎn)生SFD中斷，同時(shí)芯片的硬件寄存器自動(dòng)捕獲此SFD中斷時(shí)刻時(shí)間T^al κχ，記為Τ5，并計(jì)算出Τ5與該時(shí)隙起始邊界的時(shí)間偏移0ffset_Y，如圖8所示；2.將0ffset_Y裝入確認(rèn)幀中，芯片的硬件寄存器判斷數(shù)據(jù)發(fā)送方是否需要EUI-64 (64位長(zhǎng)地址)，如果需要，將EUI-64及網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識(shí)(PANID)裝入確認(rèn)幀中，立即返回給數(shù)據(jù)發(fā)送方；3.時(shí)鐘源確認(rèn)幀芯片的硬件時(shí)間同步過(guò)程結(jié)束。非時(shí)間源設(shè)備計(jì)算發(fā)送時(shí)刻的時(shí)間偏移、解析確認(rèn)幀中的時(shí)間偏移，按照下文中設(shè)計(jì)的算法校準(zhǔn)時(shí)鐘，其時(shí)間同步過(guò)程如下
I.數(shù)據(jù)發(fā)送方發(fā)送時(shí)隙邊界到達(dá)；
2.開(kāi)始發(fā)送數(shù)據(jù)幀，當(dāng)產(chǎn)生SFD中斷時(shí)，芯片的硬件寄存器記錄此SFD中斷時(shí)刻時(shí)間Tf1 τχ，記為Τ4，計(jì)算Τ4與該時(shí)隙起始邊界的時(shí)間偏移0ffset_X ；3.判斷是否接收到確認(rèn)幀；4.如果接收到，芯片的硬件寄存器解析出確認(rèn)幀中的0ffset_Y，并計(jì)算出時(shí)鐘偏差(Ta<x;k_0ffset)完成本地時(shí)鐘校準(zhǔn)；5.數(shù)據(jù)發(fā)送方確認(rèn)幀芯片的硬件時(shí)間同步過(guò)程結(jié)束。非時(shí)鐘源設(shè)備芯片的硬件時(shí)鐘校準(zhǔn)過(guò)程如圖8所示。芯片的硬件寄存器將自動(dòng)獲得0ffset_X和0ffset_Y，判斷兩者是否相等，若不等則說(shuō)明收發(fā)方時(shí)鐘有偏差，根據(jù)計(jì)算的Ta(K;k_0fTSet校準(zhǔn)本地時(shí)鐘。收發(fā)方時(shí)鐘偏差為T(mén)cl(K;k_0fTset，Tclock Offset= | Offset_X~0ffset_Y (3)校準(zhǔn)后本地時(shí)鐘時(shí)間為T(mén)，Τ=Τ4 土 Tclock Offset (4)完成本地時(shí)鐘校準(zhǔn)。以上所述的具體實(shí)施過(guò)程，對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步的說(shuō)明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明全芯片的硬件寄存器實(shí)現(xiàn)廣告幀/信標(biāo)幀時(shí)間同步，芯片的硬件寄存器實(shí)現(xiàn)確認(rèn)幀時(shí)間同步過(guò)程，并不用于限制本發(fā)明。本發(fā)明的保護(hù)范圍基于本領(lǐng)域技術(shù)人員的理解結(jié)合權(quán)利要求進(jìn)行限定。
權(quán)利要求
1.工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)芯片的硬件實(shí)現(xiàn)時(shí)間同步方法，其特征在于，配置協(xié)議選取寄存器PROTOCOL，開(kāi)啟廣告幀/信標(biāo)幀時(shí)間同步功能，開(kāi)啟確認(rèn)幀時(shí)間同步功能；根據(jù)ISA100. Ila和WIA-PA標(biāo)準(zhǔn)配置時(shí)間戳在廣告幀/信標(biāo)幀中的偏移位置Tstamp_0ffset ;若是時(shí)間源設(shè)備，開(kāi)啟發(fā)送或接收幀時(shí)產(chǎn)生幀首定界符SFD中斷時(shí)刻本地時(shí)鐘時(shí)間T^1ViTkxal κχ的自動(dòng)捕獲和時(shí)間戳自動(dòng)裝載功能，同時(shí)初始化時(shí)間戳發(fā)送寄存器，將網(wǎng)絡(luò)的初始時(shí)間值裝入該時(shí)間戳發(fā)送寄存器，時(shí)間源設(shè)備發(fā)送廣告幀/信標(biāo)幀時(shí)，按照偏移位置寄存器配置的偏移位置Tstamp_0ffset在廣告幀/信標(biāo)幀中插入時(shí)間戳；若是非時(shí)間源設(shè)備，開(kāi)啟本地時(shí)鐘時(shí)間自動(dòng)捕獲和時(shí)間戳自動(dòng)解析功能，同時(shí)初始化廣播/信標(biāo)幀接收時(shí)間間隔，接收到廣告幀/信標(biāo)幀時(shí)自動(dòng)捕獲T^al κχ時(shí)間，解析廣告幀/信標(biāo)幀時(shí)間戳信息,完成時(shí)間差計(jì)算及本地時(shí)鐘校準(zhǔn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的時(shí)間同步方法，其特征在于，開(kāi)啟確認(rèn)幀時(shí)間同步功能，具體為由寄存器完成確認(rèn)幀時(shí)間同步，寄存器捕獲開(kāi)始發(fā)送或接收時(shí)產(chǎn)生幀首定界符SFD中斷時(shí)刻本地時(shí)鐘時(shí)間T^al-τχ或T^1-κχ，計(jì)算T^alVtkaljix距離時(shí)隙起始邊界的時(shí)間偏移，確認(rèn)中貞時(shí)間偏移 目息自動(dòng)裝載及解析，計(jì)算時(shí)鐘偏差并校準(zhǔn)，完成確認(rèn)巾貞的時(shí)間同步。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的時(shí)間同步方法，其特征在于，如果是時(shí)鐘源設(shè)備，時(shí)鐘源設(shè)備判斷是否到達(dá)廣告幀/信標(biāo)幀發(fā)送時(shí)隙邊界；當(dāng)產(chǎn)生SFD中斷時(shí)，自動(dòng)捕獲此時(shí)本地時(shí)間T^al—τχ，記為T(mén)l ;將11自動(dòng)插入到預(yù)先配置的時(shí)間戳偏移位置并發(fā)送。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的時(shí)間同步方法，其特征在于，非時(shí)鐘源方計(jì)算時(shí)鐘偏差，完成時(shí)鐘校準(zhǔn)，具體包括如下步驟接收方收到廣告幀/信標(biāo)幀，當(dāng)產(chǎn)生SFD中斷時(shí)，寄存器自動(dòng)捕獲此時(shí)本地時(shí)間T^al κχ，記為Τ2，計(jì)算從開(kāi)始接收廣告幀/信標(biāo)幀到接收完成的時(shí)間間隔記為Τ3，接收完成，寄存器解析出廣告幀/信標(biāo)幀中的時(shí)間戳信息Tl，寄存器調(diào)用公式Tcl(X;k 0ffset=|Tl-T2| 計(jì)算接收方時(shí)鐘偏差為 Tcl()vk_0ffset，根據(jù)公式 T=T2±Tcltjck0ffset+T3計(jì)算校準(zhǔn)后本地時(shí)鐘時(shí)間為T(mén)，完成本地時(shí)鐘校準(zhǔn)。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的時(shí)間同步方法，其特征在于，時(shí)鐘源設(shè)備確認(rèn)幀時(shí)間同步具體包括開(kāi)始接收數(shù)據(jù)幀，產(chǎn)生SFD中斷，同時(shí)寄存器自動(dòng)捕獲接收幀時(shí)SFD中斷時(shí)刻本地時(shí)鐘時(shí)間IYtjeal κχ，記為Τ5，計(jì)算Τ5與時(shí)隙起始邊界的時(shí)間偏移Offset_Y ;將Offset_Y裝入確認(rèn)幀中，寄存器判斷數(shù)據(jù)發(fā)送方是否需要64位長(zhǎng)地址ΕΠ-64，如果需要，將EUI-64及網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識(shí)PANID裝入確認(rèn)幀中，返回給數(shù)據(jù)發(fā)送方。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的時(shí)間同步方法，其特征在于，非時(shí)間源設(shè)備確認(rèn)幀的時(shí)間同步具體包括開(kāi)始發(fā)送數(shù)據(jù)幀，當(dāng)產(chǎn)生SFD中斷時(shí)，寄存器記錄發(fā)送幀時(shí)SFD中斷時(shí)刻本地時(shí)鐘時(shí)間IYtjeal τχ，記為Τ4，計(jì)算Τ4與時(shí)隙起始邊界的時(shí)間偏移Offset_X ;判斷是否接收到確認(rèn)巾貞；如果接收到，寄存器解析出確認(rèn)巾貞中的Offset_Y,如果Offset_X與Offset_Y不相等則收發(fā)方時(shí)鐘有偏差，根據(jù)公式Τα。。, 0fTset=|0fTset_X-0fTfset_Y|，根據(jù)公式T=T4±Ta。。, Offset，計(jì)算本地時(shí)鐘時(shí)間為T(mén)。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的時(shí)間同步方法，其特征在于，非時(shí)間源設(shè)備寄存器記錄從開(kāi)始接收廣告幀/信標(biāo)幀產(chǎn)生SFD中斷時(shí)刻，到接收完成時(shí)刻的時(shí)間間隔TAI_ReCeive，用于最終時(shí)鐘的校準(zhǔn)補(bǔ)償，保證收發(fā)方時(shí)鐘在SFD中斷時(shí)刻對(duì)齊。
全文摘要
本發(fā)明請(qǐng)求保護(hù)工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)芯片的硬件時(shí)間同步實(shí)現(xiàn)方法，屬于工業(yè)無(wú)線通信技術(shù)領(lǐng)域；本發(fā)明是基于工業(yè)無(wú)線ISA100.11a網(wǎng)絡(luò)與WIA-PA網(wǎng)絡(luò)的時(shí)間同步，將時(shí)間同步分為廣告幀/信標(biāo)幀的時(shí)間同步和確認(rèn)幀的時(shí)間同步。根據(jù)用戶(hù)配置的廣告幀/信標(biāo)幀中時(shí)間戳的偏移，硬件芯片完成開(kāi)始發(fā)送或開(kāi)始接收時(shí)刻本地時(shí)鐘時(shí)間的捕獲，時(shí)間戳的插入或解析，時(shí)鐘偏差的計(jì)算及本地時(shí)鐘校準(zhǔn)。確認(rèn)幀時(shí)間同步中，由硬件芯片自動(dòng)完成確認(rèn)幀時(shí)間差，自動(dòng)校準(zhǔn)本地時(shí)鐘。該實(shí)現(xiàn)方法提高了工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)時(shí)間同步的精確度和可靠性，同時(shí)減輕芯片負(fù)擔(dān)。
文檔編號(hào)H04W56/00GK102869087SQ20121036379
公開(kāi)日2013年1月9日 申請(qǐng)日期2012年9月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月26日
發(fā)明者王平, 王恒, 代慶超, 楊麗華 申請(qǐng)人:重慶郵電大學(xué)