具有内置准确度检查的硬件时钟的制作方法

1.本发明总体上涉及网络装置，并且尤其涉及网络装置中的硬件时钟的内置准确度检查。


背景技术：

2.计算机和通信网络可以使用各种方案和协议来将网络节点同步到公共时基。此类协议的一个常见示例是在ieee标准1588-2002及其更高版本中限定的精确时间协议(ptp)。ptp用于在整个计算机网络中同步时钟，并且可以达到亚微秒的准确度。
3.美国专利8,370,675描述了例如在网络节点中用于精确时钟同步的技术。在一些实施方式中，一种设备包括实时时钟电路，所述实时时钟电路被配置为输出本地时钟时间并且其包括：寄存器，其被耦合以接收偏移值；以及加法器，其被耦合以将本地时钟时间与寄存器中的偏移值相加以给出本地时钟时间的调整值；以及主处理器，其被配置为计算本地时钟时间和参考时钟时间之间的偏移值并且将偏移值加载到寄存器中。
4.美国专利申请公开2016/0315756描述了一种用于测试恢复的时钟质量的系统，并且包括测试装置，所述测试装置用作时序同步协议主装置，用于与用作时序同步协议从装置或时序同步协议边界时钟的被测装置通信，以使被测装置的时钟与测试装置的时钟同步。


技术实现要素：

5.本文所描述的本发明的实施方式提供一种网络装置，其包括用于连接到通信网络的一个或多个端口、分组处理电路和时钟电路。分组处理电路被配置为经由端口在通信网络上传递分组。时钟电路包括：硬件时钟，其被配置为指示用于同步通信网络中的网络装置的网络时间；以及内置准确度测试电路，其被配置为检查硬件时钟的准确度。
6.在一些实施方式中，硬件时钟被配置为根据精确时间协议(ptp)来跟踪网络时间。在一些实施方式中，内置准确度测试电路被配置为从网络装置外部接收外部参考信号，并且在从外部参考信号导出的时序对从硬件时钟输出的网络时间进行采样。
7.在示例实施方式中，内置准确度测试电路被配置为从网络装置传输采样的网络时间。附加地或备选地，内置准确度测试电路可以被配置为向网络装置中的控制器提供采样的网络时间。在公开的实施方式中，外部参考信号包括每秒脉冲(pps)信号。在一些实施方式中，硬件时钟的准确度由采样的网络时间和外部参考信号之间的偏差来指示。
8.在公开的实施方式中，外部参考信号包括专用测试信号，所述专用测试信号不同于每秒脉冲(pps)信号并且包括预定模式，并且内置准确度测试电路被配置为识别专用测试信号并且在从预定模式导出的时序对网络时间进行采样。在实施方式中，外部参考信号包括10mhz信号。在实施方式中，硬件时钟被配置为在并行输出接口上指示网络时间，并且内置准确度测试电路包括一组触发器(ff)，所述一组触发器(ff)被配置为在从外部参考信号导出的时序对并行输出接口进行采样。
9.根据本发明的实施方式，另外地提供一种方法，其包括在网络装置中在通信网络上传递分组。使用网络装置中的硬件时钟来指示用于同步通信网络中的网络装置的网络时间。使用网络装置中的内置准确度测试电路来检查硬件时钟的准确度。
附图说明
10.从下面结合附图对本发明实施方式的详细描述中，将更全面地理解本发明，在附图中：
11.图1是示意性地绘示了根据本发明实施方式的采用内置硬件时钟准确度检查的网络装置的框图；以及
12.图2是示意性地绘示了根据本发明实施方式的用于内置硬件时钟准确度检查的方法的流程图。
具体实施方式
13.概述
14.本文所描述的本发明的实施方式提供用于网络装置中的硬件时钟的内置准确度测试的技术。例如，所公开的技术可用于测试集成到网络适配器和网络交换机中的ptp硬件时钟(phc)的准确度。
15.在一些实施方式中，网络装置被配置为在通信网络上传递分组。在其他部件中，网络装置包括硬件时钟，所述硬件时钟被配置为跟踪和指示用于同步通信网络中的网络装置的网络时间。所述网络装置还包括内置准确度测试电路，所述内置准确度测试电路被配置为检查硬件时钟的准确度。
16.通常，内置准确度测试电路测试硬件时钟相对于外部参考信号(例如，从网络装置外部接收到的每秒脉冲(pps)信号)的准确度。在实施方式中，硬件时钟输出指示当前网络时间的数字字，并且内置准确度测试电路在从外部参考信号导出的时序对此数字字进行采样。例如，当使用pps信号时，内置准确度测试电路可在pps信号的上升沿或下降沿对硬件时钟产生的数字字进行采样(“拍摄快照”)。
17.因此，采样的网络时间指示估计的网络时间，如在网络装置中外部信号到达时的硬件时钟所跟踪和指示的。当外部参考信号从某个标准时基(例如，从网络的主时钟)导出时，采样的网络时间指示硬件时钟相对于此标准时基的准确度。
18.在各种实施方式中，内置准确度测试电路可以以各种方式作用于采样的网络时间，例如，将采样的网络时间发送到各种目的地进行处理。采样和报告的过程可以例如周期性地、响应于某些事件或按需执行。
19.所公开的技术提供用于测试网络装置中的硬件时钟的准确度的可扩展且成本有效的手段。原则上可以对硬件时钟的输出进行采样，并且使用商用测试装备测试其准确度。然而，除了在少量网络装置上的零星测量之外，此类测量不适合任何事情。相比之下，所公开的技术可在不需要任何外部测试装备的情况下在持续的基础上应用于大量网络装置，例如整个数据中心。
20.系统描述
21.图1是示意性地绘示了根据本发明实施方式的采用内置硬件时钟准确度检查的网
络装置20的框图。例如，网络装置20可以包括网络适配器(诸如以太网网络接口控制器(网卡)或infinibandtm主机通道适配器(hca))、网络交换机或路由器、支持网络的图形处理单元(gpu)或能够进行网络通信的任何其他合适类型的装置。
22.网络装置20包括一个或多个网络端口24，用于从网络(未示出)接收分组并且向网络传输分组。所述网络可以包括例如以太网或无限带宽网络，或任何其他合适的网络类型。
23.网络装置20还包括分组处理电路，用于经由端口24在网络上传输(传输和接收)分组。在本示例中，分组处理电路包括数据路径28。数据路径28经由端口24从网络接收分组，处理分组，并且经由端口将分组发送到网络。通过示例的方式描绘了更典型的是交换机或路由器的此类数据路径。例如，在网络适配器中，数据路径可以从主机接收分组并且将分组发送到网络，并且反之亦然。进一步替代地，可以使用具有任何其他合适的功能的任何其他合适的分组处理电路。
24.网络装置20还包括硬件时钟，在本示例中是ptp硬件时钟(phc)32。phc 32被配置为跟踪当前网络时间，即用于同步网络中的各种网络装置的公共时基。为了辅助准确跟踪，可以以各种方式调整(“训练”)phc 32。在一些实施方式中，网络装置20包括pps-in输入接口44，用于接收用于训练phc 32的pps输入信号。附加地或备选地，phc 32可以通过合适的本地接口从本地主机接收调整(在图中表示为“时钟调整”)。
25.通常，phc 32输出多位数字字(在图中指示为“当前时间”)，所述多位数字字在任何给定时间指示由phc跟踪的当前网络时间。在一些实施方式中，phc 32还产生pps输出信号，所述pps输出信号可以经由pps-out接口48从网络装置输出。
26.当前时间输出(“当前时间”)可以用于网络装置20中的各种目的。例如，为了支持ptp，数据路径28可以包括入口时间戳电路36和出口时间戳电路40。入口时间戳电路36被配置为当传入的ptp分组进入网络装置时用当前时间对其进行时间戳标记，出口时间戳电路40被配置为当传出的ptp分组离开网络装置时用当前时间对其进行时间戳标记。
27.作为另一示例，数据路径28或网络装置20作为一个整体，可以根据当前时间执行各种分组处理操作。例如，在名称为“network adapter with time-aware packet-processing pipeline(具有时间感知分组处理流水线的网络适配器)”的美国专利申请16/782,075、名称为“packet scheduling system with desired physical transmission time for packets(具有期望的分组物理传输时间的分组调度系统)”的美国专利申请16/910,193、名称为“tdma networking using commodity nic/switch(使用商品nic/交换机的tdma网络)”的美国专利申请16/921,993、以及名称为“packet transmission using scheduled prefetching(使用调度的分组传输)”的美国专利申请17/067,690中描述了此类技术，所述公开通过引用并入本文。
28.不管网络装置20中网络时间的具体用途如何，非常期望评估phc32在跟踪和指示网络时间方面的准确度。为此，网络装置20包括内置准确度检查(测试)电路52。下面将进一步详细描述电路52的操作。简而言之，电路52经由pps-in接口44接收外部参考信号(表示为“外部-参考”)。外部参考信号可以包括用于训练phc 32的相同的pps输入信号，或不同的信号，例如用于准确度测试的专用信号。电路52在从外部参考信号导出的时序采样phc 32的“当前时间”输出。采样时间(图中表示为“@外部-参考采样的当前时间”)作为分析输出。
29.图1示出的网络装置20的配置是纯粹为了概念清楚而描述的示例配置。在替代实
施方式中可以使用任何其他合适的配置。网络装置20的各种元件可以使用合适的硬件(诸如在一个或多个专用集成电路(asic)或现场可编程门阵列(fpga)中)来实现。网络装置20的各种元件可以使用硬件、软件或硬件和软件元件的组合来实现。
30.内置phc准确度检查
31.图2是示意性地绘示了根据本发明实施方式的用于网络装置20中的内置硬件时钟准确度检查的方法的流程图。所述方法开始于phc32在跟踪步骤60跟踪网络时间。在参考输入步骤64，内置准确度测试电路52经由pps-in接口44接收外部参考信号(“外部-参考”)。在采样步骤68处，电路52在从外部参考信号导出的时序对phc 32的“当前时间”输出进行采样。
32.在一些实施方式中，外部参考信号包括pps信号(例如，用于训练phc 32的pps输入信号，或另一pps信号)。在其他实施方式中，外部参考信号包括专用测试信号，所述专用测试信号不同于常规的pps信号，并且意图用于phc 32的准确度检查。例如，外部测试信号可以包括上升沿和/或下降沿的预定模式(例如，三个连续的边沿)，其时序是从实际网络时间导出的。电路52可以监测pps-in输入接口44，检测专用测试信号，并且在由边沿的预定模式限定的时序对phc输出进行采样。外部参考信号可以具有任何合适的频率—在一个实施方式中，所述信号是10mhz的信号。
33.在一个非限制性实施方式中，phc 32具有并行输出接口，所述并行输出接口输出当前网络时间，并且对于客户端的读出总是有效的。测试电路52可以包括例如一组触发器(ff)，当由外部参考信号触发时，所述一组触发器(ff)对phc 32的并行输出接口进行采样。在此上下文下，电路52可以被视为phc的另外的客户端。在替代实施方式中，可以使用任何其他合适的配置。
34.在准确度估计步骤72评估phc 32的准确度。在一些实施方式中，在网络装置20内估计phc 32的准确度。例如，当网络装置20是网络交换机时，电路52可以将采样的网络时间发送到网络交换机的控制器，所述网络交换机的控制器运行估计phc准确度的软件。
35.在其他实施方式中，电路52可以将采样的网络时间发送到网络装置20外部的目的地。此类目的地可以包括例如分析器或其他合适的收集器节点。例如，当网络装置20是网络交换机时，电路52可以例如在通信分组中在网络上发送采样的网络时间，或在本地输出接口上输出采样的网络时间。例如，当网络装置20是网络适配器时，电路52可以将采样的网络时间发送到本地主机，例如其中安装了网络适配器的计算节点。此外，附加地或备选地，采样的网络时间可以被发送到任何其他合适的目的地或多个目的地进行分析。
36.假设外部参考信号以高准确度跟踪实际网络时间，电路52产生的采样时间指示phc 32跟踪网络时间的准确度。
37.在各种实施方式中，由电路52产生的采样的网络时间(“@外部-参考采样的当前时间”)可以以各种方式用于估计由phc 32指示的网络时间和实际网络时间之间的偏差。在本上下文中，术语“由phc32指示的网络时间和实际网络时间之间的偏差”可以指由phc 32指示的网络时间和实际网络时间之间的单个绝对差异、由phc 32指示的网络时间和实际网络时间之间的差异的某种统计度量、或任何其他合适形式的偏差。
38.在一些实施方式中，基于电路52的单次测量，即，基于单次采样的网络时间来估计phc 32的准确度。可在不同的时间执行多次此类测量。在其他实施方式中，基于多次测量
(例如，通过在多个采样的网络时间上平均或应用任何其他合适的统计计算)来估计phc 32的准确度。
39.例如，在一些实施方式中，电路52中的采样操作相对于外部参考信号具有恒定延迟。在一些实施方式中，此恒定延迟的大小是已知的。在这些实施方式中，可以推导出由phc 32指示的网络时间和实际网络时间之间的绝对差异。在其他实施方式中，延迟是恒定的，但未知。在这些实施方式中，仅可能在多次测量上估计统计偏差(在由phc 32指示的网络时间和实际网络时间之间)。例如，此类测量可以用于估计在某个时间间隔上由phc指示的网络时间的均方根(rms)误差或标准偏差。此外，替代地，采样的网络时间(“@外部-参考采样的当前时间”)可以以任何其他合适的方式用于估计phc 32的准确度的任何其他合适的度量。
40.本文所描述的准确度测试技术可以用于各种系统和应用，例如，用于测试数据中心、电信系统、汽车和工业网络、机器人工厂以及许多其他地方的多个网络装置的多个硬件时钟。
41.因此，应理解，上述实施方式是作为示例引用的，并且本发明不限于上文具体示出和描述的内容。相反，本发明的范围包括上文描述的各种特征的组合和子组合，以及本领域技术人员在阅读前述描述后会想到的并且在现有技术中没有公开的其变化和修改。在本专利申请中通过引用并入的文件被认为是本技术的组成部分，除了在这些并入的文件中以与本说明书中明确或隐含的限定相冲突的方式限定的任何术语的范围内，应仅考虑本说明书中的限定。