电子设备中的时钟倒换方法及其装置 【技术领域】
本发明涉及时钟有效性检查和倒换的方法及其装置，特别涉及通信设备中时钟有效性检查和倒换的方法及其装置。
背景技术
在对稳定性要求较高的电子设备例如通信设备中，为了使得设备在局部发生故障的时候依然能够正常工作，一般对比较关键的电路板，采用冗余备份的设计。以通信设备中的交换板为例，交换板一般有两块(主交换板和从交换板)，当正在工作的主交换板出现故障的时侯，系统会自动切换到从交换板，保证系统的正常运行。
因为在电路板中往往有自己的时钟，因此在电路板的切换中，一般会涉及到时钟的切换。图1示出了一种典型的通信设备中与交换板切换相关的子系统结构图。该子系统由实现业务处理功能的业务板11、时钟检测和倒换模块12、主交换板13和从交换板14组成。其中，业务板11分别和时钟检测和倒换模块12、主交换板13从交换板14连接。当时钟检测和倒换模块12发现主交换板13送过来的时钟有问题时，使用从交换板14的时钟替代主交换板13的时钟。为了能够保证时钟检测和倒换的速度，一般采用可编程器件，例如现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array，简称“FPGA”)或复杂可编程器件(Complex Programmable Logic Device，简称“CPLD”)来实现时钟检测和倒换模块12。
时钟检测和倒换模块12的实现方式多种多样，申请号为03127972.4的中国专利《一种快速无毛刺地时钟倒换方法》揭示了一种比较先进的实现方式。该实现方式的电路图如图2所示。关于该电路的详细描述请参看上述专利文献，这里仅简要说明其工作原理。当时钟选择信号为0时，或门21输出为1，经过下一个第一时钟的下降沿后，D触发器22输出为1，与门23的输出等同于第一时钟的信号，或门25输出为0，经过下一个第二时钟的下降沿后，D触发器26输出为0，与门27的输出恒为0，或门24的输出与与门23的输出相同，整个电路即实现了选择第一时钟作为输出的目的。同理，当时钟选择信号为1时，整个电路选择第二时钟作为输出。
因为使用了D触发器22和D触发器26，因此当时钟选择信号发生变化时，整个电路不会马上切换到另一个时钟，而是等到时钟在下一个下降沿时才进行切换，当两个时钟频率相同、相差较小时，可以实现无缝切换，输出端几乎感觉不到时钟源的变化。
在实际应用中，上述方案存在以下问题：当正在使用的时钟失效时可能无法正常地切换到另一个时钟。
造成这种情况的一个主要原因在于，正在使用的时钟失效后，其输出可能为恒定值1，此时图2所示的电路中以该时钟信号作为时钟端输入的D触发器无法等到变化输出所需的下降沿，整个电路输出恒定为1。例如，当第一时钟为正在使用的时钟并失效时，其输出恒为1，此时时钟选择信号被置为选择第二时钟的1，或门25输出为1，经过第二时钟的下一个下降沿，D触发器26输出更新为1，或门21输出为0，此时D触发器22因为得不到更新输出所需要的下降沿，因此输出依然为1，导致与门23输出恒为1，或门24的输出也恒为1，整个电路实质上选用了已经失效的第一时钟。
【发明内容】
本发明要解决的技术问题是提供一种电子设备中的时钟倒换方法及其装置，使得已经失效的时钟确保不会被选用。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种电子设备中的时钟倒换方法，所述电子设备包含至少两个可用时钟，所述电子设备还包含一个基准时钟，所述方法包含以下步骤：
A在所述基准时钟的每一个周期，对与每一个所述可用时钟相对应的计数器进行计数；
B对每一个所述可用时钟，判断与该可用时钟对应的计数器的计数结果是否超过预先定义的门限，如果是则禁止所述电子设备选用该可用时钟。
其中，所述步骤A还包含以下步骤：
在每一个所述可用时钟的信号或其分频结果的每一个周期，对与所述可用时钟相对应的计数器进行异步清零。
或者，所述步骤A包含以下步骤：
在所述基准时钟的每一个周期，对每一个所述可用时钟的信号或其分频结果采样；
判断本次采样结果与上次采样结果是否相同，如果是则将与该可用时钟相对应的计数器加一，否则将与该可用时钟相对应的计数器清零。
所述两个可用时钟的频率相同，并且，所述基准时钟的频率至少是所述可用时钟或其分频结果的频率的2倍以上。
还包含以下步骤：
判断被禁止选用的所述可用时钟是否为所述电子设备中当前正在使用的时钟，如果是则选择其他未被禁止选用的可用时钟作为所述电子设备中当前正在使用的时钟。
所述预先定义的门限满足以下条件：
门限＞所述基准时钟的频率/(2×所述可用时钟或其分频结果的频率)。
本发明还提供了一种电子设备中的时钟倒换装置，包含一个连接着至少两个可用时钟的时钟切换单元，用于在各所述可用时钟之间切换，所述装置还包含：
一个基准时钟；
一个分别与所述基准时钟和所述时钟切换单元连接的时钟有效性检测单元，用于利用所述基准时钟检测各所述可用时钟的有效性，并且当发现存在无效时钟时，禁止所述时钟切换单元选择所述无效时钟。
其中，所述两个可用时钟的频率相同，并且，所述基准时钟的频率至少是所述可用时钟或其分频结果的频率的2倍以上。
所述时钟有效性检测单元包含与所述可用时钟数目相同的检测分支，每个所述检测分支对应于一个所述可用时钟，分别与该可用时钟和所述基准时钟连接，用于检测该可用时钟的有效性，并向所述时钟切换单元输出该时钟有效性检测结果。
所述检测分支包含相互连接的采样器和采样结果判断器，其中，
所述采样器用于利用所述基准时钟对与所述检测分支对应的可用时钟的信号进行连续采样，并把连续的采样结果输出到所述采样结果判断器；
所述采样结果判断器用于判断所述连续的采样结果是否均为相同的值，如果是则向所述时钟切换单元输出代表所述检测分支对应的可用时钟无效的信号，否则向所述时钟切换单元输出代表所述检测分支对应的可用时钟有效的信号。
所述采样器包含依次连接的至少3个D触发器，以所述检测分支对应的可用时钟的信号作为第一个D触发器的输入，每个所述D触发器的时钟端均连接着所述基准时钟，每个所述D触发器均向所述采样结果判断器输出代表一个采样结果的信号。
通过比较可以发现，本发明的技术方案与现有技术的区别在于，增加了一个时钟有效性检测单元，该单元利用基准时钟对每一个的可用时钟或其分频结果进行抽样，如果发现抽样结果连续相同的次数超过门限，则证明该可用时钟已经失效，该单元将输出相应的信号禁止时钟切换单元选用已经失效的时钟。
这种技术方案上的区别，带来了较为明显的有益效果，即当正在使用的时钟失效时可以确保系统切换到有效的可用时钟；当备用的可用时钟失效时可以防止系统被意外地切换到该失效时钟。例如，这种技术方案使用在通信系统中时，可以自动检测主、从交换板时钟的有效性，避免主交换板时钟失效后不能被及时切换到从交换板时钟导致整个网元瘫痪的严重事故。
【附图说明】
图1是一种通信设备中与交换板切换相关的子系统结构图；
图2是一种快速无毛刺的时钟倒换电路图；
图3是根据本发明的一个实施例的电子设备中的时钟倒换方法流程图；
图4是根据本发明的一个实施例的的电子设备中的时钟倒换装置的模块图；
图5是根据本发明的一个实施例的检测分支的电路图；
图6是根据本发明的一个实施例的时钟切换单元的电路图。
【具体实施方式】
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。
下面详细说明电子设备中的时钟倒换方法的实施方式。
如图3所示，在步骤100中，用基准时钟对每一个可用时钟的信号采样。
本发明所涉及的电子设备(以下简称“设备”)中可用时钟一般至少是两个，因为互为备份关系，所以这些可用时钟的频率一般相同，仅在相位上有较小差异。
可以在基准时钟的每一个周期采样一次，例如使用基准时钟的上升沿或下降沿采样可用时钟的信号。基准时钟一般是整个系统中运行的基础时钟，通常用精度比较高、稳定性比较好的时钟源。
基准时钟的频率要求至少是可用时钟频率或其分频结果的频率的2倍以上，以便使得采样比较可靠。如果基准时钟的频率不到可用时钟或其分频结果的频率的2倍以上，例如仅为2倍，则通过基准时钟的上升沿采样时很可能采到可用时钟的上升沿或下降沿，此时可用时钟的信号正在发生突变，可能导致采样结果不准确。
如果设备中原有的基准时钟的频率达不到可用时钟或其分频结果的频率的2倍以上，可以采用对可用时钟分频的方法。例如，本来基准时钟的频率和可用时钟的相同，则可以对可用时钟进行4倍分频，用基准时钟对分频后的结果进行抽样。
接着进入步骤110，判断采样结果连续相同的次数是否超过门限，如果是则进入步骤100，否则结束流程。这里的门限是一个预先设定的整数值，该门限满足以下条件：
门限＞基准时钟的频率/(2×可用时钟或其分频结果的频率)。
具体地说，
当基准时钟频率高于可用时钟频率的2倍时，
门限＞所述基准时钟的频率/(2×可用时钟的频率)；
当基准时钟频率低于或等于可用时钟频率的2倍时，对可用时钟的分频结果进行抽样，此时
门限＞所述基准时钟的频率/(2×所述可用时钟分频结果的频率)。
例如，当基准时钟的频率是可用时钟频率的4倍时，门限至少要取3。
当采样结果连续相同的次数超过门限时，表示可用时钟电平不变的时间已经超过1/2周期，而真正情况下可用时钟的电平应该是每隔1/2周期变化一次，说明该可用时钟已经失效。
如果要使判断结果更为准确可靠，可以把该门限值设置得大一些；如果要使判断更为灵敏，可以把该门限设置得小一些。
在本发明的一个较佳实施例中，采用以下子步骤实现步骤110。
A1判断本次采样结果是否与上次采样结果相同，如果是则进入步骤A2，否则进入步骤A3；
A2计数器加1，然后进入步骤A4；
A3计数器清零，然后进入步骤100；
A4判断计数器中的数值是否超过门限，如果时则进入步骤120，否则进入步骤100。
在步骤120中，判断该无效的时钟是否正在被设备所使用，如果是则进入步骤130，否则进入步骤140。
在步骤130中，将设备所使用的时钟切换到其他有效可用时钟。
在步骤140中，设置标志防止设备选用该无效时钟。
上面描述了根据本发明的电子设备中时钟倒换方法的一种实施方式，下面再说明另一种实施方式：
在基准时钟的每一个周期，对与每一个可用时钟相对应的计数器进行计数；每一个可用时钟均有一个相应的计数器，在基准时钟的每一个周期，例如信号上升沿或下降沿，对每一个计数器加一。
在每一个可用时钟的信号或其分频结果的每一个周期，对与可用时钟相对应的计数器进行异步清零。例如在每一个可用时钟的信号的上升沿或下降沿，将该可用时钟所对应的计数器清零。
对每一个可用时钟，判断与该可用时钟对应的计数器的计数结果是否超过预先定义的门限，如果是则禁止电子设备选用该可用时钟。这里的门限是一个预先设定的整数值，该门限满足以下条件：
门限＞基准时钟的频率/可用时钟或其分频结果的频率。
如果超过门限，则说明对该可用时钟来说，在超过一个可用时钟周期或其分频结果周期的时间内没有被清零，也就是没有等到应有的上升沿或下降沿，说明该可用时钟失效。
下面再结合附图4，具体说明电子设备中的时钟倒换装置的具体实施方式。
时钟倒换装置包含相互连接的时钟有效性检测单元40和时钟切换单元50两大部分。可用时钟有两个，即可用时钟31和可用时钟33，分别连接到时钟有效性检测单元40和时钟切换单元50。基准时钟32连接到时钟有效性检测单元40。因为互为备份关系，所以可用时钟的频率一般相同，仅在相位上有较小差异。基准时钟32的频率要高于可用时钟31和可用时钟33的频率，一般要求至少是可用时钟频率或其分频结果的频率的2倍以上。
时钟有效性检测单元40用于利用基准时钟32检测可用时钟31、33的有效性，并且当发现存在无效时钟时，防止时钟切换单元50选择该无效时钟。
时钟有效性检测单元40由两个独立的检测分支组成，每个检测分支与一个可用时钟相对应，用于检测该可用时钟的有效性。例如检测分支41和可用时钟31对应，检测分支44和可用时钟33对应。
每一个检测分支包含相互连接的一个采样器和一个采样结果判断器。下面以检测分支41为例，说明检测分支的工作原理。
在检测分支41中，采样器42利用基准时钟32对可用时钟31的信号进行采样，每个一个基准时钟32的时钟周期采样一次，例如可以利用基准时钟32的上升沿进行采样，并且保存最近N次的采样结果，最后把N次连续的采样结果输出到采样结果判断器43。
采样结果判断器43用于判断来自采样器42的最近N次连续的采样结果是否均为相同的值，如果是则向时钟切换单元50输出代表可用时钟31无效的信号，否则向时钟切换单元50输出代表可用时钟31有效的信号。
N的大小需要满足以下条件：
N＞基准时钟的频率/(2×可用时钟或其分频结果的频率)。
具体地说，
当基准时钟频率高于可用时钟频率的2倍时，
N＞所述基准时钟的频率/(2×可用时钟的频率)；
当基准时钟频率低于或等于可用时钟频率的2倍时，对可用时钟的分频结果进行抽样，此时
N＞所述基准时钟的频率/(2×所述可用时钟分频结果的频率)。
例如，当基准时钟的频率是可用时钟频率的4倍时，N至少要取3。
当采样结果连续相同的次数超过N时，表示可用时钟电平不变的时间已经超过1/2周期，而真正情况下可用时钟的电平应该是每隔1/2周期变化一次，说明该可用时钟已经失效。
如果要使判断结果更为准确可靠，可以把该N设置得大一些；如果要使判断更为灵敏，可以把N设置得小一些。
在本发明的一个较佳实施例中，检测分支41的实际电路图如图5所示。采样器42由依次连接的D触发器61、62、63和64组成，可用时钟31连接在D触发器61的输入端，D触发器61、62、63和64的时钟端分别与基准时钟32连接。采样结果判断器43由与门65、66，或门67和D触发器68组成，其中，D触发器61、62、63和64的输出分别并联到与门65的输入端，D触发器61、62、63和64的输出取非后分别并联到与门66的输入端，与门65、66的输出端并联在或门67的输入端，或门67的输出端取非后接入D触发器68的输入端，基准时钟32连接在D触发器68的时钟端。
在每一个基准时钟32的上升沿，D触发器61、62、63和64各自用输入端的电平更新输出端的电平，因为它们是依次连接的，因此它们各自的输出端依次保留有最近四次的采样结果。如果四次采样的结果均为高电平，则与门65输出高电平，经过或门67取非后输入D触发器68，在基准时钟32的下一个上升沿，D触发器68向时钟切换单元50输出一个低电平，代表可用时钟31无效。
同样，如果四次采样的结果均为低电平，并各自取非后输入与门66，则与门66输出高电平，经过或门67取非后输入D触发器68，在基准时钟32的下一个上升沿，D触发器68向时钟切换单元50输出一个低电平，代表可用时钟31无效。
在其他情况下，例如四次采样的结果中有一次高电平三次低电平时，与门65和66均保持低电平，经过或门67取非后输入D触发器68，在基准时钟32的下一个上升沿，D触发器68向时钟切换单元50输出一个高电平，代表可用时钟31有效。
由采样器45和采样结果判断器46组成的检测分支44的工作原理与检测分支41完全相同，不同之处在于检测分支44与可用时钟33相对应，向时钟切换单元50输出代表可用时钟33是否有效的信号。
时钟切换单元50用于在可用时钟31、33之间无缝地切换。图6是时钟切换单元50的一种实现形式，与图2相比，熟悉本发明领域的技术人员会发现，其不同之处主要在于增加了多路选择器71和72。其中多路选择器71的控制电极以来自采样结果判断器43的可用时钟31的有效性检测结果作为输入，当该有效性检测结果为高电平时允许时钟切换单元50选择可用时钟31，当该有效性检测结果为低电平时不允许时钟切换单元50选择可用时钟31。
多路选择器72的工作原理与多路选择器71，不同之处仅在于它是相应于可用时钟33的。
虽然本实施例中只提到了两个可用时钟，熟悉本发明领域的技术人员会理解，不花费任何创造性劳动就可以扩展到更多的可用时钟。
虽然通过参照本发明的某些优选实施例，已经对本发明进行了图示和描述，但本领域的普通技术人员应该明白，可以在形式上和细节上对其作各种各样的改变，而不偏离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围。