[发明专利]工业物联网芯片的硬件时间同步实现方法

说明书

技术领域

本发明属于工业无线通信技术领域，具体涉及工业物联网中时间同步技术。

背景技术

近些年，无线通信技术取得了突飞猛进的发展，而工业物联网技术作为无线通信技术的一个分支更是在近几年内飞速前进。工业无线传感网络技术是从无线传感器网络技术演化而来，是一种面向设备间短程、低速率信息交互的无线通信技术，其网络具有低功耗、安装维护成本低等特点，已成为工业自动化领域的又一发展趋势，目前，工业无线标准的制定成为工业物联网技术竞争的焦点。在工业环境下建立高可靠性，高实时性的无线传感网络成为人们迫切的需求。

工业无线ISA100.11a标准是开放的工业无线国际标准，主要针对流程/过程自动化领域，并为其提供报警类应用及非实时性监控的解决方案和系统。ISAl00不仅局限于此，还包括定位与追踪、设备管理、工厂自动化、RFID和过程自动操作等应用。工业无线WIA-PA标准是中国无线工业联盟推出的一个具有自主知识产权技术规范。基于IEEE STD 802.15.4-2006标准，用于工业过程测量、监视与控制的无线网络通信标准。

ISA100.11a网络和WIA-PA网络的时间同步技术是具有共性的关键技术之一，是工业物联网网络的一项重要的支撑技术，传感器的数据融合、能量管理、传输调度、节点定位、状态切换等基础性或复杂性的操作都需要网络中的节点保持时间同步，时间同步为整个系统的不同模块提供统一的基准时间，精确的时间同步对于保证工业物联网完成一系列基础性操作至关重要，是工业物联网无线通信实时性与可靠性的前提与保证，正如《一种适用于无线传感器网络的时间同步方法》（王恒、王平、于萌萌、王颋、段未红.一种适用于无线传感器网络的时间同步方法[P].中国专利：201110048982.8）文中所指出的。传统的时间同步均由协议栈软件算法实现，代码移植性较差，尽管已近涌现出大量优秀算法，但各种时间同步算法都有其局限性，并不能适应任何应用场景，其次不能严格的保证同步精度及可靠性，再次复杂的算法还会加大软件的负担，增加网络开销及后期维护成本。本发明针对以上缺点提出时间同步的芯片的硬件实现方法，目的在于提高工业物联网时间同步的精确度及可靠性，保证工业物联网的实时性，同时减轻软件负担。

发明内容

本发明所要解决的技术问题为，针对现有时间同步技术的上述缺陷，根据工业物联网的特点，提出了一种满足工业物联网应用的，能够提高时间同步精度及可靠性同时减轻软件负担的时间同步芯片的硬件实现方法。根据工业无线ISA100.11a和WIA-PA规范，发明了广告帧/信标帧工业物联网芯片的硬件时间同步方法和确认帧工业物联网芯片的硬件时间同步方法。

本发明解决上述问题的技术方案是，提出一种工业物联网芯片的硬件实现时间同步方法，配置协议选取寄存器PROTOCOL，开启广告帧/信标帧时间同步功能；根据ISA100.11a和WIA-PA标准配置时间戳在广告帧/信标帧中的偏移位置T_Stamp_Offset；若是时间源设备，开启本地时钟时间T_{Local_TX}/T_{Local_RX}自动捕获和时间戳自动装载，同时初始化时间戳发送寄存器，将网络的初始时间值装入该时间戳发送寄存器，时间源设备发送广告帧/信标帧时，按照偏移位置寄存器配置的偏移位置T_Stamp_Offset在广告帧/信标帧中插入时间戳；若是非时间源设备，开启本地时钟时间T_{Local_TX}/T_{Local_RX}自动捕获和时间戳自动解析，同时初始化广播/信标帧接收时间间隔，接收到广告帧/信标帧时自动捕获T_{Local_RX}时间，解析广告帧/信标帧时间戳信息，完成时间差计算及本地时钟校准。时钟源及非时钟源设备的硬件芯片实现广告帧/信标帧时间同步功能流程如下。

1.配置PROTOCAL寄存器，开启芯片的广告帧/信标帧时间同步功能。即由芯片的硬件寄存器完成广告帧/信标帧时间同步相关操作，寄存器捕获开始发送或接收时产生帧首定界符SFD中断时刻本地时钟时间T_{Local_TX}或T_{Local_RX}，插入及解析时间戳；

2.配置偏移位置寄存器，配置时间戳在广告帧/信标帧中的偏移位置T_Stamp_Offset。根据ISA100.11a和WIA-PA标准配置时间戳在广告帧/信标帧中的偏移位置T_Stamp_Offset；