饒鵬

摘要：高精度時間基準(zhǔn)是許多計算機系統(tǒng)運行基礎(chǔ)。GPS時鐘能提供穩(wěn)定的高精度授時，其提供的時間同步方式包括NTP、RS232以及IRIG-B。NTP協(xié)議是計算機系統(tǒng)內(nèi)使用最廣泛的網(wǎng)絡(luò)時間同步協(xié)議，通過GPS時鐘RS232 時間信息搭建NTP時鐘服務(wù)器，可以實現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)的時間同步。

關(guān)鍵詞：GPS時鐘；NTP；RS232；時鐘服務(wù)器

中圖分類號：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2015）17-0213-02

Constructing NTP Time Server by GPS Clocks RS232

RAO Peng

（Technical Sport Centre of ATMB of Southern and Middle China， CAAC， Guangzhou 510405， China）

Abstract： A lot of computer system run based on the high-precision time. GPS clock can provide a stable high-precision time service. And it contains interfaces include NTP， RS232 and IRIG-B for time synchronization. The Network Time Protocol is a popular network time synchronization protocol. By constructing the NTP time server from GPS clocks RS232， time synchronization can be achieved in the computer system.

Key words： GPS clock； NTP； RS232； time server

1 GPS時鐘

GPS時鐘是基于最新型GPS高精度定位授時模塊開發(fā)的基礎(chǔ)型授時應(yīng)用產(chǎn)品。能夠按照用戶需求輸出符合規(guī)約的時間信息格式，從而完成同步授時服務(wù)。其主要原理是通過GPS或其他衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的信號馴服晶振，從而實現(xiàn)高精度的頻率和時間信號輸出，是目前達(dá)到納秒級授時精度和穩(wěn)定度在1E12量級頻率輸出的最有效方式。

目前，市面上有各種廠家生產(chǎn)的GPS時鐘，使用最廣泛的是Symmetricom公司的SyncServer系列[3]。GPS時鐘提供時間同步的方式有NTP、RS232、IRIG-B。IRIG-B是GPS時鐘中的一種常用串行傳輸方式，IRIG-B使用BNC接口，物理連續(xù)簡單、傳輸距離遠(yuǎn)，接口標(biāo)準(zhǔn)化，國際通用。NTP采用網(wǎng)絡(luò)傳輸，在計算機系統(tǒng)中應(yīng)用最為廣泛；RS232有自己特定的格式，計算機系統(tǒng)要利用RS232的時間數(shù)據(jù)對時，需要對時間數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的處理。下面闡述如何利用RS232時間數(shù)據(jù)，搭建NTP時鐘服務(wù)器，用于計算機系統(tǒng)內(nèi)的時間同步。

2 NTP與RS232

NTP全稱網(wǎng)絡(luò)時間協(xié)議（Network Time Procotol）。它的目的是在國際互聯(lián)網(wǎng)上傳遞統(tǒng)一、標(biāo)準(zhǔn)的時間。具體的實現(xiàn)方案是在網(wǎng)絡(luò)上指定若干時鐘源網(wǎng)站，為用戶提供授時服務(wù)，并且這些網(wǎng)站間應(yīng)該能夠相互比對，提高準(zhǔn)確度。 NTP最早是由美國Delaware大學(xué)的Mills教授設(shè)計實現(xiàn)的，從1982件最初提出到現(xiàn)在已發(fā)展了將近20年，2001年最新的NTPv4精確度已經(jīng)達(dá)到了200毫秒[1]。對于實際應(yīng)用，又有確保秒級精度的SNTP（簡單的網(wǎng)絡(luò)時間協(xié)議）。NTPv3公布于1992年，當(dāng)前幾乎所有的授時網(wǎng)站都是基于NTPv3。NTP協(xié)議是OSI參考模型的高層協(xié)議，符合UDP傳輸協(xié)議格式，擁有專用端口123。

NTP有3種工作模式：

1）主/被動對稱模式：一對一的連接，雙方均可同步對方或被對方同步，先發(fā)出申請建立連接的一方工作在主動模式下，另一方工作在被動模式下。

2）客戶/服務(wù)器模式：與主/被動模式基本相同。唯一區(qū)別在于，客戶方可被服務(wù)器同步，但服務(wù)器不能被客戶同步。

3）廣播模式：一對多的連接，服務(wù)器不論客戶工作在何種模式下，主動發(fā)出時間信息，客戶由此信息調(diào)整自己的時間，此時網(wǎng)絡(luò)延時忽略，因此在準(zhǔn)度上有損失，但可滿足秒級應(yīng)用。

RS232是GPS時鐘通過DB9串口向外部傳輸GPS時間信息。GPS時鐘RS232串口輸出的時間格式如表1所示。時間輸出格式采用ASCII編碼，（SOH）DDD：HH：MM：SSQ（CR）（LF），DDD是一年中的第幾天，HHMMSS是時分秒，Q是該時間信息的質(zhì)量，空格則時間信息正常，為X或F則為異常情況。

3 RS232搭建NTP時鐘服務(wù)器

在計算機系統(tǒng)中，由于某些限制，需要通過RS232串口引接GPS時鐘信號。同時，為了實現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)的時間同步，需要搭建一個NTP時鐘服務(wù)器，讓其他服務(wù)器都以NTP方式跟隨該NTP時鐘服務(wù)器。為了實現(xiàn)上述功能，可以使用GPS時鐘RS232串口搭建NTP時鐘服務(wù)器，架構(gòu)如圖1所示。

NTP時鐘服務(wù)器通過RS232串口獲取GPS時鐘信息，根據(jù)獲取的GPS時鐘信息修正本機時間。NTP時鐘服務(wù)器操作系統(tǒng)采用Linux，在時鐘服務(wù)器中安裝有NTP協(xié)議授時軟件xntpd，系統(tǒng)其他服務(wù)器通過交換機與時鐘服務(wù)器相連，使用NTP協(xié)議進(jìn)行時間同步。

通過RS232串口獲取時間信息的算法如圖2所示?？梢詫@取的時間信息轉(zhuǎn)換為Linux的日歷時間，即自國際標(biāo)準(zhǔn)時間公元1970年1月1日00：00：00以來經(jīng)過的秒數(shù)。由于時鐘信號的格式是一年的天數(shù)，時分秒，所以我們采用了先計算該年1月1日00：00：00的日歷時間，再加上這一年過去時間的秒數(shù)，時間計算公式如下：

日歷時間=seconds_of_year + （DDD-1 ）*24*3600 + HH* 3600 + MM*60 + SS

seconds_of_year是該年1月1日00：00：00的日歷時間。

計算好日歷時間，每隔10分鐘就設(shè)置一次系統(tǒng)時間，保證系統(tǒng)時間的準(zhǔn)確性。

NTP時鐘服務(wù)還需要為其他節(jié)點開啟NTP服務(wù)，Linux系統(tǒng)提供了xntp程序用于時間同步，配置/etc/ntp.conf并開啟xntp。參考文獻(xiàn)[2]對Windows與Linux系統(tǒng)如何配置時間同步進(jìn)行了詳細(xì)的說明。

4 總結(jié)

在一些計算機系統(tǒng)中，如航空監(jiān)視系統(tǒng)、語音記錄系統(tǒng)等，系統(tǒng)內(nèi)的時間同步對系統(tǒng)的正常運行具有重要的意義。GPS時鐘提供多種接口用于時間同步，本文介紹了如何利用GPS時鐘RS232串口的時間信息搭建NTP時鐘服務(wù)器，用于系統(tǒng)內(nèi)的時間同步。該技術(shù)可應(yīng)用于通過RS232串口引接GPS時鐘信號，內(nèi)部使用NTP協(xié)議進(jìn)行時間同步的系統(tǒng)。

參考文獻(xiàn)：

[1] Mills D L.A brief history of NTP time： memoirs of an Internet timekeeper[J].ACMSIGCOMM Computer Communication Review，2003，33（2）：9-21.

[2] 胡杰. 基于NTP 的對時技術(shù)及其實現(xiàn)[J]. 黑龍江科技信息， 2008（2）： 56.

[3] SyncServer? S250 GPS Network Time Server with Timing Enhancements