使用同步時間戳和可編程延遲的時間調準總線觸發的製作方法

2023-05-13 13:06:41 1

專利名稱：使用同步時間戳和可編程延遲的時間調準總線觸發的製作方法
技術領域：
本發明涉及使用同步時間戳和可編程延遲的時間調準總線觸發。
背景技術：
在組件系統中通常使用觸發信號來協調組件的動作。有許多可使用觸發信號協調的組件的示例，這些示例包括傳感器、執行器、計算裝置、應用控制器、計算機系統、測量儀器、被測器件等等。
可以使用觸發總線將觸發信號分發給一組組件。例如，觸發源可以將觸發信號施加到觸發總線，然後該觸發信號傳播到連接到該觸發總線的每個組件。觸發總線上的組件接收到觸發信號的時間可取決於組件和觸發源之間的距離。例如，由於觸發總線上的傳播延遲，距觸發源遠的組件比距觸發源近的組件遲接收到觸發信號。觸發總線拓撲可提供系統修改相對容易的好處。例如，新組件可相對容易地加入到觸發總線。遺憾的是，總線拓撲中組件接收觸發信號的時間變化可能妨礙組件所執行動作的精確協調。
或者，可以使用觸發源和每個組件之間的點對點觸發信號線路連接將觸發信號分發給一組組件。從觸發源到一組組件的點對點信號線路連接可被稱作星型拓撲。通過選擇將觸發信號傳送到組件的信號線路的長度，星型拓撲能夠使觸發信號的傳播延遲相等。遺憾的是，使用星型拓撲的系統可能難於擴展，這是因為對於添加到系統的新組件，可能沒有額外的觸發信號線路連接可用。

發明內容
所公開的用於觸發的技術使用總線拓撲來提供一組組件的時間調準觸發。根據本發明教導的觸發包括耦合到觸發總線的一組組件。每個組件包括用於測量從所述觸發總線上的一組測試觸發信號源中的每一個起測試觸發信號在所述觸發總線上的傳播延遲的電路。每個組件還包括可編程延遲電路，用於響應於從所測量出的傳播延遲導出的相應延遲設定來延遲觸發信號。
本發明的其他特徵和點從隨後的詳細描述將變清楚。


針對本發明的具體示例性實施例描述了本發明，並且相應地參考附圖，在附圖中圖1示出了使用本技術觸發的一組組件；圖2的延遲矩陣示出了一組組件之間的測試觸發信號傳播延遲；圖3圖示了為延遲矩陣中的一組示例延遲值確定延遲設定矩陣的方法；圖4示出了根據本技術的多通道觸發系統的一組延遲矩陣。
具體實施例方式
圖1示出了具有根據本技術觸發的一組組件1-N的系統。組件1-N各自代表可使用觸發信號協調的任意器件或模塊。組件1-N的示例包括傳感器、執行器、計算設備、應用控制器、計算機系統、測量儀器等等。
通過經觸發總線10傳輸觸發信號到組件1-N，組件1-N被觸發。通過經觸發總線10接收觸發信號並延遲該觸發信號，每個組件1-N生成相應的時間調準的觸發信號。在示出的示例中，組件1是觸發信號(即，觸發脈衝P0)的源，通過延遲觸發脈衝P0，組件1-N生成一組時間調準的觸發信號，分別是觸發脈衝P1-P4。
每個組件1-N將觸發信號延遲下述延遲量該延遲量是響應於從觸發信號源到組件1-N的觸發總線10上的最大傳播延遲(即本示例中觸發脈衝P0從組件1到組件1-N在觸發總線10上的最大傳播延遲)選擇的。在一個實施例中，系統控制器14確定從觸發信號源到每個組件1-N的傳播延遲，然後響應於該傳播延遲將延遲設定編程入每個組件中。通過在每個組件1-N中接收到觸發信號時給觸發信號加時間戳時間戳來確定傳播延遲。
系統控制器14經通信網絡12與組件1-N通信。系統控制器14通過經通信網絡12發送消息到組件1-N，執行對組件1-N的編程控制。例如，系統控制器14命令組件1-N生成觸發脈衝，並使用通信網絡12上傳送的消息將延遲設定編程入組件1-N中。另外，系統控制器14從通信網絡12上傳送的消息中獲得來自組件1-N的時間戳時間戳數據。
每個組件1-N都能夠經觸發總線10同時發送和接收觸發信號。例如，組件1包括用於將觸發脈衝發送到觸發總線10上的總線驅動電路21和用於接收觸發總線10上傳送的觸發脈衝的接收緩衝電路31。同樣的，組件2-N每個都包括各自的總線驅動電路22-24和各自的接收緩衝電路32-34。
每個組件1-N都能夠在編程控制下從內部脈衝發生器驅動觸發總線10。例如，組件1包括編程控制下的脈衝發生器41和開關S1，脈衝發生器41用於生成觸發脈衝P0，開關S1用於將觸發脈衝P0路由到總線驅動電路21。同樣的，組件2-N每個都包括各自的脈衝發生器42-44和各自的開關S2-Sn。
每個組件1-N都能夠編程延遲接收到的觸發脈衝。延遲量可設為下述延遲範圍內的離散增量該延遲範圍大於等於沿觸發總線10組件1-N之間的最壞情況觸發延遲。例如，組件1包括延遲電路51，用於延遲經接收緩衝電路31接收到的觸發脈衝來提供時間調準的觸發脈衝P1。同樣的，組件2-N每個都包括各自的延遲電路52-54，用於延遲經各自的接收緩衝電路32-34接收到的觸發脈衝，以提供各自的時間調準的觸發脈衝P2-P4。
每個組件1-N都能夠檢測並記錄所接收到的觸發脈衝的前沿的到達時刻。例如，組件1包括用於記錄經接收緩衝電路31接收到的觸發脈衝的到達時刻的時鐘電路61。在一個實施例中，時鐘電路61時間戳在經接收緩衝電路31接收到的觸發脈衝的上升沿上生成時間戳。同樣的，組件2-N每個都包括各自的時鐘電路62-64，用於時間戳在經各自的接收緩衝電路32-34接收到的觸發脈衝上生成時間戳。
時鐘61-64通過同步它們內部保持的時間來維持公共時間基準。在一個實施例中，根據在下述文獻中描述的時鐘同步協議，時鐘61-64通過經通信網絡12交換定時消息來同步它們的內部時間，所述文獻是IEEE1588-2002 Standard for a Precision Clock Synchronization Protocol forNetworked Measurement and Control Systems，IEEE，8 November 2002，ISBN0-7381-3369-8。
在一個實施例中，系統控制器14通過生成一個或多個測試觸發信號然後測量測試觸發信號在組件1-N處的到達時刻，來確定延遲電路51-54的延遲設定。開始，系統控制器14發出使組件1-N重設延遲電路51-54為最小延遲設定的命令。系統控制器14然後向組件1-N中的一個發出命令，使該組件使用其內部脈衝發生器在觸發總線10上生成測試觸發信號，例如測試觸發脈衝P0。測試觸發信號在觸發總線10上傳播，然後被每個組件1-N接收到，並且該測試觸發信號的前沿被包括生成該觸發脈衝的組件在內的每個組件1-N生成時間戳。組件1-N經通信網絡12上載所得時間戳到系統控制器14。系統控制器14使用時間戳來確定與組件1-N之間測試觸發信號的傳播相關聯的延遲。系統控制器14可使用多個測試觸發信號重複地採集時間戳數據，然後對相應時間戳求平均來確定延遲。
通過從組件2接收到測試觸發信號時獲得的時間戳減去組件1接收到測試觸發信號時獲得的時間戳，系統控制器14確定出從組件1到組件2的延遲D(1，2)。系統控制器14執行類似的計算來確定其他組件2-N的延遲。這產生了D(1，x)，x＝1，2，3，…N。從一個組件到其自身的延遲假定為零，即D(1，1)＝0。系統控制器14重複上述步驟總共N次，其中每個連續的組件1-N充當測試觸發信號的發送器。
圖2圖示了以延遲值的N×N延遲矩陣100D(Tx，Rx)表示的組件1-N之間的測試觸發信號傳播的延遲，其中中Tx是發送組件號1-N，而Rx是接收組件號1-N。系統控制器14通過從延遲矩陣100中的最大值減去延遲矩陣100中的每一項來確定延遲發生器51-54的延遲設定。
圖3示出了延遲矩陣100中一組示例延遲值的延遲設定矩陣110。延遲設定矩陣110為給定觸發源提供將要編程入延遲發生器51-54的延遲設定。例如，如果組件1是觸發源，那麼延遲設定矩陣110第1列中的延遲設定被編程入延遲發生器51-54。同樣的，如果組件2是觸發源，那麼延遲設定矩陣110第2列中的延遲設定被編程入延遲發生器51-54。系統控制器14通過從延遲矩陣100中的最大值逐項減去延遲矩陣100中的延遲值來確定延遲設定矩陣110中的延遲設定，所述最大值在本示例中是最大延遲值8。
系統可包括多個觸發總線，每個觸發總線可稱作觸發通道。系統控制器可生成測試觸發信號，並獲得每個觸發通道的相應時間戳，即每個觸發通道的單獨的N×N延遲矩陣。
圖4圖示了表示為M×N×N矩陣D(Ch，Tx，Rx)的多通道觸發系統中的一組延遲矩陣120-122，其中，M＝觸發通道的數目，N＝組件的數目，Ch是通道號，Tx是發送組件號1-N，而Rx是接收組件號1-N。延遲都被假定為不對稱的，即假定D(a，b)與D(b，a)不相等。
出於說明目的提供了前述本發明的詳細描述，而不是要窮盡或將本發明限制於所公開的確切實施例。因此。因此本發明的範圍由所附的權利要求書限定。
權利要求
1.一種系統，包括觸發總線；耦合到所述觸發總線的一組組件，每個組件具有用於測量從所述觸發總線上的一組測試觸發信號源中的每一個起測試觸發信號在所述觸發總線上的傳播延遲的電路，並且每個組件具有用於響應於從所述傳播延遲導出的相應延遲設定來延遲觸發信號的可編程延遲電路。
2.根據權利要求1所述的系統，其中，所述用於測量傳播延遲的電路包括用於生成所述測試觸發信號的脈衝發生器。
3.根據權利要求2所述的系統，其中，所述用於測量傳播延遲的電路包括用於在經所述觸發總線接收到所述測試觸發信號時生成時間戳的電路。
4.根據權利要求3所述的系統，其中，所述用於生成時間戳的電路包括保持時間的時鐘電路。
5.根據權利要求4所述的系統，還包括區域網，使得所述組件中的所述時鐘電路使用所述區域網來同步所述時間。
6.根據權利要求1所述的系統，還包括響應於所述傳播延遲和所述觸發信號的源來確定所述延遲設定的控制器。
7.根據權利要求1所述的系統，其中，所述延遲設定對應從所述觸發信號的源起在所述觸發總線上的最大傳播延遲。
8.一種用於觸發的方法，包括測量從觸發總線上的一組測試觸發信號源中的每個到一組組件中的每個所述測試觸發信號在所述觸發總線上的傳播延遲；響應於所述傳播延遲和觸發信號的源確定每個組件的延遲設定；響應於所述相應延遲設定來在每個組件中延遲所述觸發信號。
9.根據權利要求8所述的方法，其中，測量傳播延遲包括在每個組件中生成所述測試觸發信號。
10.根據權利要求9所述的方法，其中，測量傳播延遲包括經所述觸發總線收到所述測試觸發信號時在每個組件中生成時間戳。
11.根據權利要求10所述的方法，其中，生成時間戳包括同步每個組件中的時間時鐘。
12.根據權利要求8所述的方法，其中，延遲所述觸發信號包括將所述觸發信號延遲下述延遲量該延遲量對應於從所述觸發信號的源到所述組件在所述觸發總線上的最大傳播延遲。
13.根據權利要求8所述的方法，其中，確定每個組件的延遲設定包括對所述傳播延遲的一組測量求平均。
14.一種系統的組件，包括用於在觸發總線上發送和接收的電路；用於測量測試觸發信號在所述觸發總線上的傳播延遲的電路；用於響應於從所述傳播延遲導出的相應延遲設定來延遲觸發信號的可編程延遲電路。
15.根據權利要求14所述的組件，其中，所述用於測量傳播延遲的電路包括用於生成所述測試觸發信號的脈衝發生器。
16.根據權利要求15所述的組件，其中，所述用於測量傳播延遲的電路包括用於在經所述觸發總線接收到所述測試觸發信號時生成時間戳的電路。
17.根據權利要求16所述的組件，其中，所述用於生成時間戳的電路包括保持時間的時鐘電路。
18.根據權利要求17所述的組件，還包括區域網，使得所述時鐘電路使用所述區域網來同步所述時間。
19.根據權利要求14所述的組件，其中，所述延遲設定對應於從所述觸發信號的源到所述觸發總線上的所述組件和一組另外的組件的最大傳播延遲。
全文摘要
本發明公開了用於觸發的技術，其使用總線拓撲提供一組組件的時間調準觸發。根據本發明教導的觸發包括一組組件，其中每個組件用於測量從一組測試觸發信號源中的每一個起測試觸發信號在觸發總線上的傳播延遲的電路，以及用於響應於從該傳播延遲導出的相應延遲設定來延遲觸發信號的可編程延遲電路。
文檔編號G06F1/04GK1832346SQ20051013013
公開日2006年9月13日 申請日期2005年12月12日 優先權日2005年3月9日
發明者杜埃恩·C·伍德 申請人:安捷倫科技有限公司