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嵌入式NTP服务器设计毕业论文 1 绪论 1 1.1 研究背景 1 1.2国内外发展现状 2 1.3 本论文的工作 3 1.4 论文的组织结构 4 2 NTP协议简析及GPS相关技术 5 2.1 NTP协议简析 5 2.1.1 NTP协议概述 5 2.1.2 NTP协议工作原理 7 2.1.3 网络时间服务的层状结构 8 2.1.4 NTP的工作模式 9 2.2 GPS时间同步及应用 10 2.2.1 GPS概述 10 2.2.2 GPS授时原理 11 2.3 嵌入式linux操作系统 12 2.3.1 嵌入式linux操作系统的特点 12 2.4本章小结 13 3 嵌入式服务器的设计 14 3.1 嵌入式系统开发设计 14 3.1.1 需求分析阶段 14 3.1.2 详细设计阶段 15 3.1.3 实现阶段 15 3.1.4 测试阶段 16 3.2 服务器系统总体设计 16 3.2.1 嵌入式硬件平台的选择 17 3.2.2 嵌入式系统的选择 18 3.3 本章小结 18 4 NTP服务器硬件平台 19 4.1 NTP服务器设计原理 19 4.1.1 接收GPS数据 19 4.2 系统模块的选取 20 4.2.1 数据处理及控制部分 20 4.2.2 GPS时钟源部分 25 4.2.3 网络接口部分 25 4.3 本章小结 25 5 linux移植及GPS同步 26 5.1系统开发平台的建立 26 5.1.1 linux交叉编译环境的建立 26 5.1.2 linux系统的移植 27 5.2 linux系统时钟与GPS同步 29 5.2.1 GPS模块及串口初始化 29 5.2.2 linux系统时间调整 29 5.3 本章小结 29 6 NTP协议的移植与服务器端的实现 31 6.1 NTP协议变量及工作过程分析 31 6.1.1 NTP协议变量 31 6.1.2 NTP协议过程 35 6.2 NTP协议移植及测试 37 6.2.1 NTP协议的移植 38 6.2.2 NTP协议授时服务程序流程 38 6.2.3 NTP授时服务器测试 41 6.3 本章小结 43 7 总结 44 致谢 45 参考文献 46 附录A 译文 48 附录B 外文文献 54 附录C 系统相关程序 62 附录D 电路原理图 80 1 绪论 1.1 研究背景 由于各计算机及处理机并没有一个标准统一的物理时钟，通过授时的方式对网络系统中的各设备时钟进行同步的要求由此而生。早期的研究中，Lamport指出可以通过将运行在不同工作站或处理机的相关事件进程统一化(即采用相同逻辑时钟的方式)来达到整个系统时间同步的效果，但是这种方式在系统与系统对接、系统与子系统出现嵌套时却始终无法达到理想的效果。 一般的电子设备，包括计算机和网络设备都是通过时钟振荡器获得时间。但在设计时，对时间的准确度和时间稳定度方面并没有明确的指标要求，由于电磁干扰、振荡器老化和生产调试、温度变化等原因，时钟振荡频率和标准频率之间会产生一些误差。假设一台设备采用精确度为万分之一秒(即每秒偏差为10微秒，一般设备时钟精度远低于这一指标)的高精度时钟，运行一年后会与标准时间之间出现大于5分钟的偏差。这些偏差看似无关紧要，但是在生产生活中则关系重大，尤其是在通信、金融、交通、民航、航天及军事等领域内，若不妥善予以解决，哪怕是微小的时间偏差，也将会产生重大影响，甚至危及国家安全和人民群众的生命财产安全。因而各行业对计算机网络和内部信息系统时间同步的应用越来越多。 传统的各类授时方式碍于设备自身硬件条件和软件系统所限，无法很好地适应各个行业的具体要求，尤其是在下列行业领域内： 地理及地质监测矿产勘探：地理及地质监测站点分散，受地球自转极复杂地形地貌影响，网络传输情况复杂，网络校时难度大。 电力系统中的监测和联合控制：在电力系统包括电力传输网络中，产生调整、设备调配、传输调控、故障处理、事故分析、善后处理等过程，都严重依赖于统一精准的始终。 民航、公共交通联合控制：民航、公共交通越来越无法承载广大群众出行的要求。只能通过优化调度，才能够充分发挥现有公共交通的优势，而优化调度必须以精确地时间系统为基础，将大量的即使交通数据进行汇总分析，进行统一调度。 气象信息会综合分析：基于精准时间系统的气象云图信息有助于数据信息的快速处理，从而更加精确的预测天气。 工业控制及精密期间仪器加工：统一的时间和精准的时钟频率可以为联合控制提供实时的精确控制，提供控制系统及产生设备的可靠性、准确性和精准度。 广播电视行业的实时控制：以精准时间行为标准的工作站联合节目制作、多会场节目编播等网络，才能保证广电节目的制作与播出。 如此众多的产业和行业都迫切要求有效而可靠的授时机制，能够确保在多种复杂环境条件下，满足