[发明专利]一种工业以太网时钟同步方法及系统

说明书

本发明公开了一种工业以太网时钟同步方法及系统，其系统包括本地时钟模块、物理层芯片模块、漂移补偿模块和偏移补偿模块；其方法基于该系统，首先根据参考时钟、累加片内延时、本地时间戳，结合预设的自动漂移因子N，获得漂移补偿的“补偿周期”和“漂移极性”，根据补偿极性和补偿周期调整时钟计数，完成漂移补偿；然后根据参考时钟、本地时间戳、累加片内延时，以及预设的自动偏移因子M和帧传输线延时，获取偏移补偿值，从站在下次本地时间计数时加上所述偏移补偿值，完成偏移补偿，完成漂移补偿和偏移补偿达到时钟同步的目的；两种补偿结合进行时钟同步对网络线上资源的消耗远小于EtherCAT时钟同步所消耗的线上资源；并且提高了时钟同步的精度。

技术领域

本发明属于以太网通讯技术领域，更具体地，涉及一种工业以太网节点时钟同步方法及系统。

背景技术

工业以太网由传统的商用以太网改进而成，可以利用以太网的丰富软硬件资源进行节点设备的开发。由于以太网采用的是CSDM/CD的介质访问控制机制，各节点时钟不同步，各节点收到网络数据的时间并不相同，其本地时钟也不尽相同。对于工业现场设备之间的高精度时钟同步需求，采用网络设备间的分布式时钟同步技术来满足，2003年发布的IEEE1588协议确定了网络节点之间的时钟同步规范。

EtherCAT工业以太网基于IEEE1588时钟协议，采用EtherCAT分布式时钟同步方法，利用传输延时测量、系统时间偏差补偿和时钟漂移补偿，对各个从站节点的时钟进行同步，具体如下：

(1)通过系统拓扑结构以及接口类型计算从站之间的延时，推导出各个从站的偏移量，并将偏移量和延时写入相应的寄存器中完成初步延时和偏移量矫正；

(2)通过发送20000次EtherCAT的“读多写”(Auto Increment ReadMultipleWrite)帧完成漂移矫正；完成对表操作，时钟达到同步。

EtherCAT分布式时钟同步方法具有以下特点：将延时和偏移量在下次重新计算前视为定值；为了满足不同晶振的对表需求，将“读多写”帧发送的次数定为20000次。延时包括线传输延时和设备延时，网络延时为定值，设备延时存在一个物理层芯片(PHY)周期的误差；而20000次的“读多写”帧虽然能保证各从站完成漂移补偿，却占用了大量的线上资源，因此具有以下缺陷：

(1)矫正之后的时钟精度不够高；

(2)时钟同步过程中的对表流程繁琐，占用线上资源多，时间较长。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种工业以太网时钟同步方法及系统，其目的在于提高现有分布式时钟同步方法的精度。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种工业以太网时钟同步方法，具体如下：

(1)根据从站端口接收的数据帧以及本地晶振时钟，获取从站本地时间戳、数据帧中的“累加片内延时”、参考时钟和数据帧抵达端口时的端口时间戳；

其中，“累加片内延时”是指在数据帧到达该从站之前，在经过的所有从站的片内延时的累加和；从站本地时间戳则提取自从站的独立时钟；

(2)判断是否采用自动漂移补偿，若是，则进入步骤(3)，若否，则进入步骤(4)；

(3)根据上述参考时钟、累加片内延时、本地时间戳，以及预设的自动漂移因子N，获取间隔了N秒的两个数据帧的参考时钟时间差、本地时钟时间差和累加片内延迟时间差，并据此获得漂移补偿的“补偿周期”和“漂移极性”，进入步骤(5)；

其中，自动漂移因子N由用户设置，表示用于获取“补偿周期”和“漂移极性”两个数据帧的间隔时间；

“补偿周期”是指系统进行漂移补偿的周期，是系统时钟周期的整数倍；“补偿极性”包括正补偿和负补偿；