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NTP网络授时系统设计与实现

作　者: 毛瀛洲
导　师: 尹义龙
学　校: 山东大学
专　业: 软件工程
关键词: 网络时间协议分布式系统时间同步嵌入式系统 GPS
分类号: TP311.52
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
下　载: 349次
引　用: 4次
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内容摘要

信息科学的快速发展及其在社会各个领域中日益广泛的应用,对现代社会的发展起到了极大的推动作用,同样也对军事领域产生了深远的影响,各军兵种、专业兵种、专业部队的联合作战已经成为一种主要的作战形式。用于保障联合作战的一体化作战指挥平台中的各类军事指挥系统、分布式信息系统和有关重要应用领域,需要依靠计算机的高可靠性和高效率来精确控制关键性的工作与任务,同时对系统内各种应用平台、武器装备和用户终端时钟的一致性和精确性有较高的要求。现有的指挥信息系统,其网络结构一般采用骨干网络多冗余信道备份的多级以太网广域互连结构。系统的时间同步,往往通过一个基于某个特定同步网络的统一的时统设备,利用网络时间协议(Network Time Protocol)来对各类相联系统的时钟进行同步。在平时网络连通有保证、指挥层次比较固定的情况下,可以有效满足系统的时间同步要求,但是在遂行各类作战任务和军事行动中,由于无法保证全时全域的网络连接,此种模式不能完全满足应用需求。本文在对军事行动中不稳定网络特点和现有时钟同步机制研究的基础上,针对其特点,提出了一种NTP网络授时系统设计方案。首先,本文简单介绍了当前军队各类指挥信息系统中所使用的时统系统,分析了各类军事行动和作战任务时网络系统的特点,以及现有时统系统在保障军事行动和作战任务中的问题,通过对战场网络环境特点的剖析,和计算机系统时钟同步的要求,明确了系统目标,得到了本系统的设计硬件和软件需求。其次,在需求分析的基础上,进行了系统的总体设计。硬件的总体设计,给出了NTP服务器硬件的硬件结构框图。软件的总体设计,重点设计了网络授时系统的功能架构和网络架构。再次,根据系统的总体设计,进行了系统的详细设计与实现,主要包括三个方面:一是对NTP网络授时系统服务器硬件进行了电路设计,介绍了嵌入式服务器的硬件选型、系统结构,并分别给出了系统各主要单元模块的电路设计方法;二是对NTP网络授时系统服务器端的NTP授时服务软件进行了详细设计与实现,对其各项功能进行了描述,介绍了其实现所采用的关键技术;三是对NTP网络授时系统客户端的时钟同步软件进行了详细设计与实现,分别对其各个模块进行了讨论,介绍了其实现方法和技术要点。在本文不同部分结合系统的设计与实现,分别对嵌入式系统的概念、ARM微处理器、GPS授时原理、NTP、μCLinux嵌入式操作系统的移植和交叉编译环境的建立等相关技术进行了简明扼要的介绍。本文设计的NTP网络授时系统,能够适应军事行动中对时间服务的需要,可作为现有网络授时系统的备份和补充。

全文目录

摘要  10-12
ABSTRACT  12-14
第1章绪论  14-20
  1.1 系统开发背景  14-15
  1.2 国内外研究开发状况  15-17
    1.2.1 NTP的研究现状  15-16
    1.2.2 嵌入式系统的研究现状  16-17
  1.3 解决的主要问题  17
  1.4 本文的主要工作  17-18
  1.5 本文的组织结构  18-20
第2章总体方案设计  20-29
  2.1 系统概述  20-22
  2.2 系统目标  22-23
  2.3 需求分析  23-25
    2.3.1 硬件需求  23
    2.3.2 软件需求  23-25
  2.4 硬件总体设计  25-26
  2.5 软件总体设计  26-29
第3章 NTP网络授时系统服务器硬件设计  29-43
  3.1 服务器端硬件系统结构图  29
  3.2 系统硬件选型  29-33
    3.2.1 芯片选型  29-30
    3.2.2 S3C4510B简介  30-33
  3.3 部分硬件单元设计  33-43
    3.3.1 复位电路  33-34
    3.3.2 10/100 M以太网接口电路  34-38
    3.3.3 存储器接口设计  38-39
    3.3.4 IIC接口电路设计  39-40
    3.3.5 JTAG接口电路设计  40-41
    3.3.6 RS232串行接口电路  41-43
第4章 NTP服务器端授时服务软件设计与实现  43-57
  4.1 系统开发平台的建立  43-46
    4.1.1 μCLinux交叉编译环境的建立  43-44
    4.1.2 编译μCLinux  44-46
  4.2 时钟检查与校正模块  46-50
    4.2.1 GPS授时基本原理  46-47
    4.2.2 GPS数据接收  47-48
    4.2.3 NMEA 0183数据格式  48-49
    4.2.4 时钟检查与校正模块的实现  49-50
  4.3 NTP服务模块  50-57
    4.3.1 网络时间协议概述  50-51
    4.3.2 NTP消息格式及其意义  51-53
    4.3.3 NTP同步算法  53-54
    4.3.4 NTP服务模块的实现  54-57
第5章客户端时钟同步软件设计与实现  57-73
  5.1 概述  57
  5.2 时钟同步软件静态结构图  57-61
    5.2.1 时钟同步软件整体结构  57-58
    5.2.2 时钟同步软件的类图  58-59
    5.2.3 系统主要类设计  59-61
  5.3 时间获取与校正模块动态结构图  61-65
    5.3.1 时钟同步算法  61-62
    5.3.2 定时同步  62-64
    5.3.3 手工同步  64-65
  5.4 时间获取与校正模块的实现  65-73
    5.4.1 总体实现  65-66
    5.4.2 时钟获取与校正的关键技术点  66-71
    5.4.3 系统实现的主要功能界面  71-73
第6章总结与展望  73-75
参考文献  75-77
致谢  77-78
学位论文评阅及答辩情况表  78

NTP网络授时系统设计与实现

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