嵌入式高精度NTP网络时间服务器研究与实现

论文摘要

随着计算机网络的快速发展,利用网络为用户提供时间服务的需求越来越多。现阶段使用最为广泛的网络时间协议为NTP（Network Time Protocol）,普遍采用工控机作为NTP时间服务器的硬件平台,NTP时间服务器的时间来源由GPS（Global Positioning System）提供。这种方案存在成本高、体积大和易死机等缺点,而且当无法得到GPS授时服务时,NTP服务器无法为用户提供精确时间。为此,本文设计了一种带有守时功能的嵌入式NTP网络时间服务器的方案。在本方案设计中,设计了一种基于加法器ABC的守时方案,即使无法得到GPS授时服务时,也能维持高精度的守时功能,为NTP网络授时提供高精度的时间,还采用嵌入式系统作为NTP授时方案,这样不仅可以有效的解决死机现象和高成本问题,而且还可以采用外部中断方式标记NTP报文,提高NTP服务器的精度。针对本方案,完成了系统的整体设计并对相应的硬件进行选型,构建了测试平台。选用CPLD实现ABC逻辑电路;选用TDC进行高精度的时间间隔测量;选用LM3S8962微控制器开发NTP授时单元,该控制器集成了一个以太网控制器,开发简单,易实现网络通信协议。最后本文对整个设计进行了测试,选用初始频率准确度优于±2×10-9,日老化率为±0. 15×10-9高稳恒温OCXO晶振（额定频率为20MHz）,在一次GPS校准后,本地守时单元的守时偏差可低至1.2ns/s。利用delphi开发工具开发了NTP客户端测试平台,分别对广播模式和客户端/服务器模式进行了测试,NTP授时精度可达毫秒级。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 论文背景
• 1.2 论文来源
• 1.3 国内外发展状况
• 1.4 论文的主要工作
• 1.5 论文结构
• 2 网络时间服务器的相关理论和技术
• 2.1 网络时间服务器开发平台的对比
• 2.2 NTP 协议工作原理
• 2.3 晶体振荡器的性能指标
• 2.4 本章小结
• 3 系统的方案选定
• 3.1 系统的整体方案
• 3.2 本地守时单元的方案选定
• 3.3 NTP 授时单元的方案选定
• 3.4 本章小结
• 4 系统硬软件的实现
• 4.1 系统整体结构
• 4.2 GPS 接收机选择
• 4.3 本地守时单元的实现
• 4.4 嵌入式NTP 网络授时单元的实现
• 4.5 系统的软件设计
• 4.6 本章小结
• 5 结果测试与分析
• 5.1 本地守时单元性能测试与分析
• 5.2 NTP 网络授时测试
• 5.3 本章小结
• 6 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献