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构建准确稳定的时钟系统(下)

2008-08-13 福建省广播影视集团播出中心 林 田 依马狮广电资讯网


    计算机内使用的是TTL电平,而RS-232是用正负电压来表示逻辑状态,与TTL以高低电平表示逻辑状态的规定不同。因此,为了能够同计算机通信必须在RS-232与TTL电路之间进行电平和逻辑关系的变换。通过电平转换芯片将RS232的工作电平和TTL电平进行转换。
 

构建准确稳定的时钟系统(下)

    串行通信接口电路一般由可编程的串行接口芯片、波特率发生器、EIA与TTL电平转换器以及地址译码电路组成,常用的串行通信接口电路的核心芯片有INS8250、MC6850、MC6852、MC6854、Int8251A、Int8273、Z-80 SIO等。
经由串行通信接口电路后的数据符合起止式异步协议。
 

构建准确稳定的时钟系统(下)

    起止式异步协议的特点是一个字符一个字符传输,并且传送一个字符总是以起始位开始,以停止位结束,字符之间没有固定的时间间隔要求。每一个字符的前面都有一位起始位(低电平,逻辑值0),字符本身有5~7位数据位组成,低位在前,高位在后,接着字符后面是一位校验位(也可以没有校验位),最后是一位,或一位半,或二位停止位,停止位后面是不定长度的空闲位。停止位和空闲位都规定为高电平(逻辑值),这样就保证起始位开始处一定有一个下跳沿。这种格式是靠起始位和停止位来实现字符的界定或同步的,故称为起止式协议。
    起始位实际上是作为联络信号附加进来的,当它变为低电平时,告诉收方传送开始。它的到来,表示下面接着是数据位来了,要准备接收。而停止位标志一个字符的结束,它的出现,表示一个字符传送完毕。这样就为通信双方提供了何时开始收发,何时结束的标志。
    “串口较时小精灵”软件安装于计算机终端,根据所连接的通信端口选择COM1或COM2和数据数率4800b/s,传送开始前,发收双方把所采用的起止式格式(包括字符的数据位长度,停止位位数,有无校验位以及是奇校验还是偶校验等)和数据传输速率作统一规定。传送开始后,计算机不断地检测传输线,看是否有起始位到来。当收到一系列的“1”(停止位或空闲位)之后,检测到一个下跳沿,说明起始位出现,起始位经确认后,就开始接收所规定的数据位和奇偶校验位(时钟信号中不携带奇偶校验位)以及停止位。经过处理将停止位去掉,把数据位拼装成一个并行字节。一个字符接收完毕,接收设备又继续测试传输线,监视“0”电平的到来和下一个字符的开始,直到全部数据传送完毕。当软件的状态栏变为绿色,意味着计算机与串口分配器之间连接成功,提取到准确的时钟信号,较时软件正常运行。
    (4)网络对时子系统
    NETWORK矩阵控制系统是信号调度的核心,而矩阵控制系统PC主机的串口作为与矩阵控制系统的路由器通信使用,已经被使用,且没有其他可以替代的方法,因此,在监控录音子系统中采用的传统的RS232接口对时方法无用武之地,需要推陈出新,另辟蹊径。
    在INTERNET网络中,各联网的计算机采取了网络对时的方式,对时模式如下示意图所示,从GPS或原子钟中提取准确的时钟信号,接入时间服务器,各个客户方通过INTERNET网络连接到就近的时间服务器对时,因此,客户端的时间也能与服务器时间保持一致。受到INTERNET网络对时程序的启发,开发了基于C/S(Client/Server,客户机/服务器)模式,应用NTP协议的网络对时软件,将软件安装在客户端,以求主动从具有标准时间的某台PC机提取出系统时间信号,实现对时功能。
 

构建准确稳定的时钟系统(下)

    C/S模式又称C/S结构,是软件系统体系结构的一种。C/S模式简单地讲就是基于企业内部网络的应用系统。Network Time Protocol(NTP)是用来使计算机时间同步化的一种协议,它可以使计算机对其服务器或时钟源(如石英钟,GPS等等)做同步化,它可以提供高精准度的时间校正(LAN上与标准间差小于1毫秒,WAN上几十毫秒),且可介由加密确认的方式来防止恶毒的协议攻击。NTP 使用端口123,因此该端口在防火墙或路由器上必须处于打开状态,以确保与NTP服务器的正常通信。
    在实际应用中,以监控录音子系统中的有线监控系统作为服务器,矩阵控制系统PC主机作为客户端,通过普通五类或六类网线经交换机相连,设置在同一网段,如“192.168.1.1”和“192.168.1.2”,在客户端安装网络对时软件,确保网络连接顺畅,启动软件即可。
    时间信息的传输都使用UDP协议。每一个时间包内包含最近一次的事件的时间信息、包括上次事件的发送与接收时间、传递现在事件的当地时间、及此包的接收时间。在收到上述包后即可计算出时间的偏差量与传递资料的时间延迟。
 

构建准确稳定的时钟系统(下)

NTP协议结构
LI:跳跃指示器,警告在当月最后一天的最终时刻插入的迫近闺秒(闺秒)。
VN:版本号。
Mode:模式。该字段包括以下值:0-预留;1-对称行为;3-客户机;4-服务器;5-广播;6-NTP 控制信息。
Stratum:对本地时钟级别的整体识别。
Poll:有符号整数表示连续信息间的最大间隔。
Precision:有符号整数表示本地时钟精确度。
Root Delay:有符号固定点序号表示主要参考源的总延迟,很短时间内的位15到16间的分段点。
Root Dispersion:无符号固定点序号表示相对于主要参考源的正常差错,很短时间内的位15到16间的分段点。
Reference Identifier:识别特殊参考源。
Originate Timestamp:这是向服务器请求分离客户机的时间,采用64位时标(Timestamp)格式。
Receive Timestamp:这是向服务器请求到达客户机的时间,采用64位时标(Timestamp)格式。
Transmit Timestamp:这是向客户机答复分离服务器的时间,采用64位时标(Timestamp)格式。
Authenticator(Optional):当实现了 NTP 认证模式,主要标识符和信息数字域就包括已定义的信息认证代码(MAC)信息。
客户端通过访问服务器的IP地址主动与服务器端连通,来获得标准时间并同步校准自己的时钟,而且程序能够自动跟踪、判定时钟是否偏差以进行自动校准。只要在不关闭程序的情况下,都能实现网络对时,满足系统要求。

    三. 总结
    经过调试阶段后,系统顺利完工,并成功运行数月,为涉及安全播出的各项工作开展提供了有力的保障,取得了良好的社会效益。该系统充分应用了GPS卫星较时钟的各种信号输出方式,运用多种信号分配方式,即应用了传统的子钟对时,又包含了基于计算机串口的RS232通信手段,还突破性的采用C/S模式,开发了基于NTP的简单实用的网络对时软件,解决了计算机串口有限,资源分配冲突的矛盾,为今后处理同类问题时提供了可鉴之处。

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