饶鹏

摘要：高精度时间基准是许多计算机系统运行基础。GPS时钟能提供稳定的高精度授时，其提供的时间同步方式包括NTP、RS232以及IRIG-B。NTP协议是计算机系统内使用最广泛的网络时间同步协议，通过GPS时钟RS232 时间信息搭建NTP时钟服务器，可以实现系统内的时间同步。

关键词：GPS时钟；NTP；RS232；时钟服务器

中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：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时钟

GPS时钟是基于最新型GPS高精度定位授时模块开发的基础型授时应用产品。能够按照用户需求输出符合规约的时间信息格式，从而完成同步授时服务。其主要原理是通过GPS或其他卫星导航系统的信号驯服晶振，从而实现高精度的频率和时间信号输出，是目前达到纳秒级授时精度和稳定度在1E12量级频率输出的最有效方式。

目前，市面上有各种厂家生产的GPS时钟，使用最广泛的是Symmetricom公司的SyncServer系列[3]。GPS时钟提供时间同步的方式有NTP、RS232、IRIG-B。IRIG-B是GPS时钟中的一种常用串行传输方式，IRIG-B使用BNC接口，物理连续简单、传输距离远，接口标准化，国际通用。NTP采用网络传输，在计算机系统中应用最为广泛；RS232有自己特定的格式，计算机系统要利用RS232的时间数据对时，需要对时间数据进行相应的处理。下面阐述如何利用RS232时间数据，搭建NTP时钟服务器，用于计算机系统内的时间同步。

2 NTP与RS232

NTP全称网络时间协议（Network Time Procotol）。它的目的是在国际互联网上传递统一、标准的时间。具体的实现方案是在网络上指定若干时钟源网站，为用户提供授时服务，并且这些网站间应该能够相互比对，提高准确度。 NTP最早是由美国Delaware大学的Mills教授设计实现的，从1982件最初提出到现在已发展了将近20年，2001年最新的NTPv4精确度已经达到了200毫秒[1]。对于实际应用，又有确保秒级精度的SNTP（简单的网络时间协议）。NTPv3公布于1992年，当前几乎所有的授时网站都是基于NTPv3。NTP协议是OSI参考模型的高层协议，符合UDP传输协议格式，拥有专用端口123。

NTP有3种工作模式：

1）主/被动对称模式：一对一的连接，双方均可同步对方或被对方同步，先发出申请建立连接的一方工作在主动模式下，另一方工作在被动模式下。

2）客户/服务器模式：与主/被动模式基本相同。唯一区别在于，客户方可被服务器同步，但服务器不能被客户同步。

3）广播模式：一对多的连接，服务器不论客户工作在何种模式下，主动发出时间信息，客户由此信息调整自己的时间，此时网络延时忽略，因此在准度上有损失，但可满足秒级应用。

RS232是GPS时钟通过DB9串口向外部传输GPS时间信息。GPS时钟RS232串口输出的时间格式如表1所示。时间输出格式采用ASCII编码，（SOH）DDD：HH：MM：SSQ（CR）（LF），DDD是一年中的第几天，HHMMSS是时分秒，Q是该时间信息的质量，空格则时间信息正常，为X或F则为异常情况。

3 RS232搭建NTP时钟服务器

在计算机系统中，由于某些限制，需要通过RS232串口引接GPS时钟信号。同时，为了实现系统内的时间同步，需要搭建一个NTP时钟服务器，让其他服务器都以NTP方式跟随该NTP时钟服务器。为了实现上述功能，可以使用GPS时钟RS232串口搭建NTP时钟服务器，架构如图1所示。

NTP时钟服务器通过RS232串口获取GPS时钟信息，根据获取的GPS时钟信息修正本机时间。NTP时钟服务器操作系统采用Linux，在时钟服务器中安装有NTP协议授时软件xntpd，系统其他服务器通过交换机与时钟服务器相连，使用NTP协议进行时间同步。

通过RS232串口获取时间信息的算法如图2所示。可以将获取的时间信息转换为Linux的日历时间，即自国际标准时间公元1970年1月1日00：00：00以来经过的秒数。由于时钟信号的格式是一年的天数，时分秒，所以我们采用了先计算该年1月1日00：00：00的日历时间，再加上这一年过去时间的秒数，时间计算公式如下：

日历时间=seconds_of_year + （DDD-1 ）*24*3600 + HH* 3600 + MM*60 + SS

seconds_of_year是该年1月1日00：00：00的日历时间。

计算好日历时间，每隔10分钟就设置一次系统时间，保证系统时间的准确性。

NTP时钟服务还需要为其他节点开启NTP服务，Linux系统提供了xntp程序用于时间同步，配置/etc/ntp.conf并开启xntp。参考文献[2]对Windows与Linux系统如何配置时间同步进行了详细的说明。

4 总结

在一些计算机系统中，如航空监视系统、语音记录系统等，系统内的时间同步对系统的正常运行具有重要的意义。GPS时钟提供多种接口用于时间同步，本文介绍了如何利用GPS时钟RS232串口的时间信息搭建NTP时钟服务器，用于系统内的时间同步。该技术可应用于通过RS232串口引接GPS时钟信号，内部使用NTP协议进行时间同步的系统。

参考文献：

[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 的对时技术及其实现[J]. 黑龙江科技信息， 2008（2）： 56.

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