基于ARMGNSS的分布式NTP精确授时服务器设计与应用

随着现代信息系统发展，网络系统尤其是分布式系统日益广泛地用于各个行业和领域，其中很多的关键应用需要基于时间同步进行。传统采用精准时钟对设备物理时钟进行精准调节以达到时钟同步的方式，以及单纯的在局域网内部通过相关时间协议进行时间同步的方式，由于受诸多限制，不能很好地解决分布式精确时钟同步的问题。然而人们对分布式时间精准度和时间同步的精确度要求越来越高，新型分布式网络时间同步研究成为一个需要亟待解决的关键性问题。既有工程应用价值，也有一定的理论意义。 首先从分布式系统应用的角度出发，首先对GNSS卫星授时、NTP协议、嵌入式系统及uClinux操作系统等理论和技术进行了阐述。重点讨论了如何解决分布式系统中的精确授时与同步问题的必要性和工程意义，分析了GNSS卫星授时特点和NTP网络协议的机制。 其次在充分考虑到网络同步实时性要求高的特点的基础上，提出了一种基于GNSS的嵌入式NTP授时服务器的设计架构，对各主要模块的功能、结构和工作原理进行了功能和性能分析。硬件具体以32位ARMS3C44B0X作为硬件控制核心的微处理器，开发了具有多通信端口的应用电路主板，并集成了GNSS卫星通信模块。 再次在软件方面具体对uClinux操作系统底层接口进行了较为深入的分析，在所设计的服务器硬件平台上移植了uClinux嵌入式操作系统及相关的驱动程序，并采用模块化的设计思想进行了NTP应用程序的设计与集成，实现了NTP协议的编译和NTP授时服务，其中对NTP协议主要参数和具体工作过程进行了系统性分析和设置应用。 最后在获取精准的系统统一时钟、通过NTP协议提供授时服务的基础上，结合实际在人工影响天气通信指挥系统中具体应用，实现了分布式人工降雨火箭弹发射点按命令精确同步进行发射的应用集成。初步测试表明，本文所设计的授时服务器应用情况良好，实现了不同层次分布式应用对于时间精准同步的高要求。