卫星通信网络中硬件解析TOD信息的装置与方法

技术领域

本发明涉及到卫星通信技术领域，具体地说，涉及到卫星通信组网中，一种解析TOD（日时间）信息的硬件装置与方法。

背景技术

常见的卫星通信网络中大多基于网络时钟参考（NCR）来实现时间同步（参考DVB-RCS/RCS2）。在TD无线系统高精度时间同步方案中，在不同类型或不同厂家设备之间可能存在以下5种时间对接场景：(1)卫星定位系统接收机与时间同步设备之间； (2) 时间同步设备与传输承载设备之间；(3)传输承载设备之间；(4) 传输承载设备与基站设备之间；(5)卫星定位系统接收机与基站设备。以上 5 种应用场景均有可能会涉及到 1PPS＋TOD 时间接口的互通。所以，解析TOD信息在卫星通信组网中，具有重要的作用。

目前按照常规做法，TOD的相关信息的解析是由卫星通信系统中的软件操作系统来完成，操作系统响应1PPS请求信号，实时解析TOD时间信息，并同步到整个系统。这样的做法，存在两点不足，1）软件处理的精度不高，不能满足卫星通信中对于时间信息高精度的要求；2）软件需要定时响应1PPS的中断请求，增加了操作系统的负担。

发明内容

为了解决上述现有技术中的不足，本发明的目的是：提供了一种硬件装置和方法，用来解析卫星通信网络中的TOD信息，一方面提高了系统时间的精准度，另一方面减小卫星通信设备中的软件系统的负担。

为了实现上述，本发明所采用的技术方案为：一种卫星通信网络中硬件解析TOD信息的装置，包括：高精度时钟模块、1PPS响应模块、TOD信息解析模块、时间信息更新模块和设备系统时间信息维护模块，所述高精度时钟模块为时间信息更新模块和设备系统时间信息维护模块提供高精度的系统时间，所述1PPS响应模块实时检测1PPS信号输入状态，当有异常情况时通知TOD信息解析模块针对输入的TOD信号进行解析，所述TOD信息解析模块解析出TOD信号中包含的时间信息后通知时间信息更新模块获取所解析的时间信息，所述时间信息更新模块获取时间信息，并判断是否需要进行时间更新，若需要，则通知设备系统时间信息维护模块进行系统时间信息更新，达到设备中各个模块系统时间同步的目的。

所述高精度时钟模块：内部产生系统时间的驱动时钟，时钟会产生纳秒级的参考时钟，来驱动其内部的时间单元。

所述1PPS响应模块：实时检测1PPS硬件输入端的接口信号状态，如果该1PPS信号处于一个稳定的电平状态(持续高电平或低电平)，则该模块不进行任何工作；如果1PPS信号存在从低电平到高电平的边沿跳变，则1PPS响应模块会立即捕获该变化，并执行相应的操作，通知TOD信息解析模块针对输入的TOD信号进行解析，如果1PPS信号没有发生跳变，则1PPS响应模块不产生任何操作。

所述TOD信息解析模块：按照标准，TOD 信息波特率默认为 9600，无奇偶校验，1个起始位用低电平表示，1 个停止位用高电平表示，空闲帧为高电平，8 个数据位，应在1PPS 上升沿 1ms 后开始传送 TOD 信息，并在 500ms 内传完，此 TOD 消息标示当前1PPS 触发上升沿时间，TOD 协议报文发送频率为 每秒 1 次；TOD信息解析模块能够按照以上规范，解析出TOD信号所包含的时间信息，并通知时间信息更新模块获取所解析的时间信息。

所述时间信息更新模块：接收到TOD时间信息解析完毕的通知，获取时间信息，并将解析的时间信息与高精度时钟模块的时间信息进行比较，如果两者不等，则需要更新当前的系统时间，同时通知设备系统时间信息维护模块。

所述设备系统时间信息维护模块：如果检测到时间信息更新模块的通知消息，则产生中断请求至设备中的操作系统，触发其从高精度时钟模块获取时间信息，更新自身的时间，从而达到整个设备中各个模块系统时间同步的目的。

基于上述的装置，本发明提供了一种利用硬件装置解析TOD信息，维护系统时间的方法，该方法包括了如下步骤：

步骤1：1PPS响应模块实时检测1PPS信号的输入状态，如果1PPS信号存在高电平跳变，会触发1PPS响应模块工作，通知TOD信息解析模块对TOD信号进行解析；

步骤2：TOD信息解析模块收到来源于1PPS响应模块的通知信号，开始解析TOD信号，根据TOD信号的规范，将串行的TOD信号转换成并行的时间信息数据，将该时间信息数据作为待更新的数据通知时间信息更新模块；

步骤3：时间信息更新模块接收到更新时间信息请求后，会比较当前时间和待更新的时间信息是否存在偏差，如果没有偏差，则不采取任何动作；如果存在偏差，则时间需要更新，时间信息更新模块通知高精度时钟模块更新时间，同时通知设备系统时间信息维护模块进行设备的时间信息维护；

步骤4：设备系统时间信息维护模块通知本装置中的其他单元，触发其从高精度时钟模块获取时间信息，更新自身的时间，从而达到整个设备中各个模块系统时间同步的目的。

由上所述，本发明所涉及的装置和方法，与现有技术相比，具有如下优势:由于采用了硬件时钟模块，系统时间的精度较高；硬件设备恢复TOD时间信息，无需软件系统实时检测，只有在时间信息需要更新时，才会通知系统其他单元，执行更新操作，减轻了其负担。

附图说明

图1为本实施例中卫星通信网络中硬件解析TOD信息装置的系统框图。

图2为本实施例中1PPS脉冲和TOD信息示意图。

图3为本实施例中卫星通信网络中硬件解析TOD信息的方法流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本实施例中卫星通信网络中硬件解析TOD信息装置的系统框图，包括：高精度时钟模块、1PPS响应模块、TOD信息解析模块、时间信息更新模块和设备系统时间信息维护模块，所述高精度时钟模块为时间信息更新模块和设备系统时间信息维护模块提供高精度的系统时间，所述1PPS响应模块实时检测1PPS信号输入状态，当有异常情况时通知TOD信息解析模块针对输入的TOD信号进行解析，所述TOD信息解析模块解析出TOD信号中包含的时间信息后通知时间信息更新模块获取所解析的时间信息，所述时间信息更新模块获取时间信息，并判断是否需要进行时间更新，若需要，则通知设备系统时间信息维护模块进行系统时间信息更新，达到设备中各个模块系统时间同步的目的。

优选的，所述高精度时钟模块：该模块内部产生系统时间的驱动时钟，该时钟会产生纳秒级的参考时钟，来驱动其内部的时间单元。整个装置的系统时间来源于高精度时钟模块中的时间单元。

如图2所示，本实施例中1PPS脉冲和TOD信息示意图，优选的，所述1PPS响应模块：该模块实时检测1PPS硬件输入端的接口信号状态，如果该信号处于一个稳定的电平状态，则该模块不进行任何工作；如果1PPS信号存在从低电平到高电平的边沿跳变，则1PPS响应模块会立即捕获该变化，并执行相应的操作，通知TOD信息解析模块针对输入的TOD信号进行解析。如果PPS信号没有发生跳变，则1PPS响应模块不产生任何操作。

优选的，所述TOD信息解析模块：按照标准，TOD 信息波特率默认为 9600，无奇偶校验，1个起始位（用低电平表示），1个停止位（用高电平表示），空闲帧为高电平，8个数据位，应在 1PPS 上升沿1ms后开始传送TOD信息，并在 500ms内传完，此TOD消息标示当前1PPS触发上升沿时间。TOD协议报文发送频率为每秒1次。 图2为1PPS脉冲和TOD信息，对于1PPS秒脉冲，采用上升沿作为准时沿，上升时间应小于50ns，脉宽应为20ms～200ms。TOD信息解析模块能够按照以上规范，解析出TOD信号所包含的时间信息，并通知时间信息更新模块获取所解析的时间信息。

优选的，所述时间信息更新模块：该模块接收到TOD时间信息解析完毕的通知，获取时间信息，并将解析的时间信息与高精度时钟模块的时间信息进行比较，如果两者不等，则需要更新当前的系统时间，通知高精度时钟模块更新时间，同时通知设备系统时间信息维护模块进行设备的时间信息维护。

优选的，所述设备系统时间信息维护模块：该模块如果检测时间信息更新模块的通知消息，则产生中断请求至设备中的操作系统等其他单元，触发其更新自身的时间。从而达到整个设备中各个模块系统时间同步的目的。

如图3所示，本实施例中卫星通信网络中硬件解析TOD信息的方法流程图，包括以下步骤：

步骤1：1PPS信号是本发明装置的输入端，如果1PPS信号存在高电平跳变时，会触发1PPS响应模块产生工作，具体行为是通知TOD信息解析模块对TOD信号进行解析；

步骤2：TOD信息解析模块如果收到来源于1PPS相应模块的通知信号，则开始解析TOD信号。该模块将根据TOD信号的规范，将串行的TOD信号转换成并行的时间信息数据，将该时间信息数据作为待更新的数据通知时间信息更新模块；

步骤3：时间信息更新模块接收到更新时间信息请求后，会比较当前时间和待更新的时间信息是否存在偏差。如果没有偏差，则不采取任何动作；如果存在偏差，则时间需要更新，时间信息更新模块通知高精度时钟模块更新时间，同时通知设备系统时间信息维护模块进行设备的时间信息维护；

步骤4：如果高精度时钟模块的时间信息更新，设备系统时间信息维护模块会通知本装置中的其他单元，触发其从高精度时钟模块获取时间信息，更新自身的时间，从而达到整个设备中各个模块系统时间同步的目的。

综述所述，借助本发明的装置和方法，在卫星通信网络设备中，可以通过硬件装置解析TOD信息。一方面提高了系统时间的精度；另一方面采用了非必要不更新的原则，减轻了系统其他单元的负担。

需要补充的是，本设计发明中所提及的高精度时钟模块可以是但不局限于高精度晶振（OCXO）单元，本设计说明中所提及的的硬件装置可以是但不局限于现场可编程门阵列（FPGA）单元。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。