遠動裝置中高性能時鐘系統實現方法
2023-10-27 13:47:17 2
專利名稱：遠動裝置中高性能時鐘系統實現方法
技術領域：
本發明涉及遠動裝置中一種高精度高解析度時鐘的實現方法。屬於電力系 統自動化製造技術領域。
背景技術：
遠動裝置主要實現電力系統廠站自動化系統與遠方調度間數據信息的轉 發功能。在調度端，調度系統為了保證其下轄的各廠站上送信息時間的統一， 往往需要向各廠站遠動裝置下發統一時鐘對時命令，由各站的遠動裝置負責向 站內的智能電子設備進行對時，或者將子站當地時間轉化成主站時間。因此， 遠動裝置所提供的時鐘系統優劣直接影響到調度主站所獲取時間的準確性。目 前所普遍使用的遠動裝置在時鐘系統方面，受到各自系統時鐘中斷服務時間的
影響，所能獲取到的時鐘解析度往往只能達到毫秒甚至10亳秒的數量級，而 時鐘精度在不接入外部對時信號的情況下，往往也只有幾十ppm。本文介紹的 通過軟硬體結合的實現方法，可以使得遠動裝置的時鐘系統在時鐘解析度和時 鍾精度得到較大提高。
發明內容
本發明的目的是提供一種可靠的適用於遠動裝置中的一種高精度高分辨 率時鐘的實現方法。
為了實現上述目的，本發明是釆取以下的技術方案來實現的 遠動裝置中高性能時鐘系統實現方法，包括
(1) 硬體上釆用高精度時鐘晶片產生高頻脈衝輸出信號驅動計數器，由 計數器的讀數來表徵絕對時間；
(2 )軟體上針對該計數器表徵的絕對時間依靠分別計算相對時差的方式
實現多套時鐘。
前述的遠動裝置中高性能時鐘系統實現方法，其特徵在於其中所述的 (1 )硬體上釆用的高精度時鐘晶片是指達2ppm的時鐘晶片，產生的高頻 脈衝是指32kHz脈衝輸出信號，同時驅動16位的微秒計數器和32位的秒計數 器；參考圖1系統時鐘硬體原理示意(2) 軟體上作業系統底層設備驅動對兩個計數器以及自身的作業系統時
鍾進行統一管理，使得遠動裝置的系統時鐘真正能夠為應用層軟體所用；
(3)遠動裝置應用層軟體中接收到多個調度主站對時命令時，分別計算 其與系統時鐘的相對時差；遠動裝置在將廠站信息上送調度主站時則可以根據
與相應調度主站的相對時差將廠站時間調整為調度主站時間，從而實現多套時 鍾。
本發明的有益效果是本發明釆用高精度(2ppm)時鐘晶片產生32kHz 脈衝輸出信號，驅動16位的微秒計數器和32位的秒計數器，作業系統底層設 備驅動對兩個計數器進行管理及自身的作業系統時鐘進行統一管理，使得遠動 裝置的系統時鐘真正能夠為應用層軟體所用。本發明運用於電力系統自動化系 統，相對於目前遠動裝置所廣泛使用的時鐘系統，該方法可以大大提高遠動裝 置系統時鐘的精度和解析度，為廠站自動化系統提供更加精確的時鐘服務。
釆取上述方法之後，裝置的時鐘精度達到了 2pi)m、解析度達到了 31 ms, 完全可以滿足電力自動化系統對時鐘的要求。
圖l:系統時鐘硬體原理示意具體實施例方式
如圖1所示的本發明提供一種可靠的適用於遠動裝置中的一種高精度高分 辨率時鐘的實現方法。該方法包括以下步驟
1、 本發明中，在設計遠動裝置嵌入式系統時，釆用了 PowerPC系列MPC8247 CPU,以及RTC時鐘晶片DS3231。本系統釆用的DS3231時鐘晶片，由於集成 了帶溫度補償的晶振(TCXO)，本身精度即可達2卯m,同時其還具有一個32kHz 脈衝輸出信號。因此，為了在系統工作過程中仍然能獲取到高解析度和高精度 的時鐘信號，我們將DS3231的32KHz脈衝輸出信號接入到CPU的一個CLOCK 輸入管腳中。這樣，可以用一個16位寄存器保存該數值，該數值每遞增1， 即代表時間逝去(1000000/32K 31)微秒；同時，該32KHz脈衝信號還用於 驅動另外一個32位寄存器，使得該寄存器數值每秒遞增1,形成一個秒計數 器。參考圖l系統時鐘硬體原理示意2、 在硬體具備的前提下，需要在作業系統底層設備驅動對兩個計數器與操 作系統自身的作業系統時鐘進行統一管理，才能使得系統絕對時鐘真正能夠為 應用層軟體所用。
本文所涉及的幾種時鐘進行介紹如下
RTC時鐘負責系統掉電情況下的時鐘保持，上電時讀取該時間作為上電 後時鐘的初始值。
系統絕對時鐘1Hz計數器及32kHz計數器所記錄的，相對於1970年1 月1日0時0分0秒0微秒的高精度時鐘。
作業系統時鐘作業系統自身所使用的時鐘，用於作業系統工作過程中的 時間服務，如文件修改記錄的時間就是取自於作業系統時鐘。
調度主站時鐘每個調度主站自身所使用的時鐘， 一般調度主站都要求廠 站遠動裝置上送的時間調整為調度主站時間。
系統啟動時首先讀取RTC時鐘晶片中所存儲的年月曰時分秒信息，除將其 作為作業系統時鐘，供作業系統自身使用以外，還將其轉化為相對於1970年 l月1日0時0分0秒的相對秒數，作為系統絕對時鐘的初始值，存儲在lHz 計數器中，隨後的遞增則靠32kHz脈衝驅動，每收到32kHz後該計數器加1, 代表1秒。同時32kHz計數器也開始工作，在收到每個脈衝計數器值都加1， 代表31微秒。由於這兩個計數器時鐘信息來自於同一個時鐘源，因此，從硬 件上即可以保證1Hz計數器記錄系統啟動以來的秒數，32kHz計數器則代表 該時刻的微秒數，且解析度可達31微秒。遠動裝置應用層程序獲取lHz計數 器的數值後，即可換算出實際的日曆時鐘，而32kHz計數器的數值即代表對應 的微秒數。由於這兩個計數器的工作完全不受作業系統時鐘中斷的影響，因此， 應用層訪問該計數器所得的系統絕對時鐘，即可代表訪問時刻的實際精確時 間；
3、由於遠動裝置往往還需要接收外部的時間對時，對諸如GPS、 IRIG-B 等具備年月日時分秒信息的硬體脈衝對時信號，可由硬體中斷服務計算接收到 的時間信息與系統絕對時鐘的相對時差。為了保證系統絕對時鐘與作業系統時 鍾之間的統一，需要定期將系統絕對時鐘補償該相對時差後同步到作業系統自 身使用的作業系統時鐘；
4、遠動裝置應用層軟體中接收到多個調度主站對時命令時，分別計算其 與系統時鐘的相對時差；遠動裝置在將廠站信息上送調度主站時則可以根據與 相應調度主站的相對時差將廠站時間調整為調度主站時間，從而實現多套時 鍾。
上述步驟具有以下特徵
1、硬體上釆用高精度時鐘晶片產生高頻脈衝輸出信號驅動計數器，由計數器的讀數來表徵絕對時間。
2、軟體上針對該計數器表徵的絕對時間依靠分別計算相對時差的方式實 現多套時鐘。
除上述實施例外，凡採用等同替換或等效變換的形式所獲得的技術方案均 落在本發明的保護範圍之內。
權利要求
1、遠動裝置中高性能時鐘系統實現方法，包括(1)硬體上採用高精度時鐘晶片產生高頻脈衝輸出信號驅動計數器，由計數器的讀數來表徵絕對時間；(2)軟體上針對該計數器表徵的絕對時間依靠分別計算相對時差的方式實現多套時鐘。
2、 根據權利要求1所述的遠動裝置中高性能時鐘系統實現方法，其特徵 在於其中所述的(1) 硬體上釆用的高精度時鐘晶片是指達2ppm的時鐘晶片，產生的高頻 脈衝是指32kHz脈衝輸出信號，同時驅動16位的微秒計數器和32位的秒計數器；(2) 軟體上作業系統底層設備驅動對兩個計數器以及自身的作業系統時 鍾進行統一管理，使得遠動裝置的系統時鐘真正能夠為應用層軟體所用；(3) 遠動裝置應用層軟體中接收到多個調度主站對時命令時，分別計算 其與系統時鐘的相對時差；遠動裝置在將廠站信息上送調度主站時則可以根據 與相應調度主站的相對時差將廠站時間調整為調度主站時間，從而實現多套時 鍾。
全文摘要
本發明涉及遠動裝置中一種高精度高解析度時鐘的實現方法。屬於電力系統自動化製造技術領域。本發明在硬體上採用高精度時鐘晶片產生高頻脈衝輸出信號驅動計數器，由計數器的讀數來表徵絕對時間；在軟體上針對該計數器表徵的絕對時間依靠分別計算相對時差的方式實現多套時鐘。採取本發明之後，裝置的時鐘精度達到了2ppm、解析度達到了31μs，完全可以滿足電力自動化系統對時鐘的要求。
文檔編號G06F1/04GK101174158SQ20071013376
公開日2008年5月7日 申請日期2007年10月24日 優先權日2007年10月24日
發明者泉 丁, 佘登明, 胡道徐 申請人:國電南京自動化股份有限公司