秦園春，李建軍

（安徽廣播電視臺(tái) 淮北發(fā)射臺(tái)，淮北 235000）

1 概 述

在Windows XP及其相鄰版本的桌面操作系統(tǒng)和服務(wù)器操作系統(tǒng)中，微軟公司都設(shè)計(jì)了Internet時(shí)間自動(dòng)同步功能。該功能是通過(guò)Internet網(wǎng)絡(luò)向架設(shè)在網(wǎng)絡(luò)上的時(shí)間服務(wù)器獲取時(shí)間信息，再自動(dòng)校準(zhǔn)自己的系統(tǒng)時(shí)間，從而使自己的系統(tǒng)時(shí)間與時(shí)間服務(wù)器提供的時(shí)間同步。在設(shè)計(jì)基于該系統(tǒng)的應(yīng)用軟件時(shí)，只要使用API函數(shù)GetSystemTime（）就可以間接地獲取較為準(zhǔn)確的時(shí)間信息。隨著嵌入式系統(tǒng)在工業(yè)控制領(lǐng)域的迅速普及，WinCE操作系統(tǒng)以其方便靈活的文件系統(tǒng)和豐富多彩的操作界面，贏得了人們的廣泛關(guān)注。在當(dāng)前以嵌入式系統(tǒng)為主流的工業(yè)控制系統(tǒng)中大都集成了網(wǎng)絡(luò)功能，WinCE操作系統(tǒng)雖然提供了對(duì)TIC／IP協(xié)議的全面支持，但是它無(wú)法像桌面操作系統(tǒng)或服務(wù)器操作系統(tǒng)那樣提供時(shí)間自動(dòng)同步功能。

隨著廣播電視數(shù)字化進(jìn)程的推進(jìn)和設(shè)備固態(tài)化的普及，筆者所處的廣播電視傳輸發(fā)射設(shè)備的控制也都由傳統(tǒng)的MCS－51系列單片機(jī)向ARM嵌入式系統(tǒng)轉(zhuǎn)變，許多設(shè)備都采用了嵌入式控制。在控制領(lǐng)域，尤其在信息傳輸過(guò)程中，時(shí)間信息往往又作為一個(gè)統(tǒng)一的基準(zhǔn)，起著至關(guān)重要的作用。在日后的設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)控和技術(shù)革新中，只要涉及到嵌入式控制軟件的設(shè)計(jì)，不可避免地涉及到時(shí)間同步問(wèn)題。

鑒于此，我們?cè)谘芯亢头治隽司W(wǎng)絡(luò)時(shí)間服務(wù)器的相關(guān)協(xié)議后，結(jié)合嵌入式WinCE系統(tǒng)和Internet網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了這一具有自動(dòng)校準(zhǔn)系統(tǒng)時(shí)間功能的Internet時(shí)間同步軟件。

2 Internet時(shí)間服務(wù)器

Internet時(shí)間服務(wù)器是一種利用Internet網(wǎng)絡(luò)把標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間信息傳遞給用戶的裝置。它的時(shí)間信息來(lái)自于上一級(jí)（或?qū)樱r(shí)間服務(wù)器或原子鐘等高精度時(shí)間源。它可以提供高精準(zhǔn)度國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間UTC（Universal Time Coor－dinated）。標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間信息通過(guò)TCP／IP網(wǎng)絡(luò)傳輸給用戶。

在Internet上有3個(gè)不同的時(shí)間服務(wù)，每一個(gè)都由Request For Comment（RFC）定義為Internet日期時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)。這3個(gè)標(biāo)準(zhǔn)分別為 RFC－867、RFC－868和 RFC－1305。其中的RFC－868和RFC－1305是可以提供ms級(jí)精度的時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)，采用的是網(wǎng)絡(luò)時(shí)間協(xié)議（Network Time Protocol，NTP）。在桌面操作系統(tǒng)和服務(wù)器操作系統(tǒng)中廣泛使用的時(shí)間同步標(biāo)準(zhǔn)是RFC－867，它采用的是Daytime協(xié)議。雖然它只能提供秒級(jí)精度的時(shí)間，但是，作為一般工業(yè)控制的時(shí)鐘依據(jù)已經(jīng)足夠了，GetSystemTime（）也只是秒級(jí)的時(shí)間精度。這里采用Daytime協(xié)議。

2.1 Daytime協(xié)議

Daytime協(xié)議（RFC867Daytime Protocol）規(guī)范了一個(gè)ARPA Internet community上的標(biāo)準(zhǔn)。在ARPA Internet上都應(yīng)當(dāng)采用和實(shí)現(xiàn)這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。它的作用就是向用戶返回當(dāng)前標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)間和日期。

（1）基于TCP的daytime服務(wù)

daytime服務(wù)是基于TCP的應(yīng)用，服務(wù)器在TCP端口13監(jiān)聽(tīng)，連接一旦建立就向?qū)Ψ椒祷谹SCII形式的日期和時(shí)間。本設(shè)計(jì)就采用這種服務(wù)。

（2）基于UDP的daytime服務(wù)

daytime服務(wù)也可以使用UDP協(xié)議，它的端口也是13，不過(guò)UDP是用數(shù)據(jù)報(bào)傳送當(dāng)前時(shí)間的。

2.2 Daytime格式

NIST Internet Time Service（ITS）所公布的Daytime格式如下：

JJJJJ YR－MO－DA HH：MM：SS TT L H msADV UTC（NIST）OTM

其中，“YR－MO－DA HH：MM：SS”代表“年－月－日 時(shí)：分：秒”；H表示服務(wù)器的工作狀態(tài)，0為正常，1為異常；JJJJJ為修改后的朱利安日期（MJD）。其他項(xiàng)在本設(shè)計(jì)中沒(méi)有用到，就不再解釋。

通過(guò)對(duì)Internet時(shí)間服務(wù)器連接后的返回?cái)?shù)據(jù)分析，可以得到：第7、8兩個(gè)字節(jié)為年份；10、11兩個(gè)字節(jié)為月份；13、14兩個(gè)字節(jié)為日期；16、17兩個(gè)字節(jié)為時(shí)；19、20兩個(gè)字節(jié)為分；22、23兩個(gè)字節(jié)為秒；第30字節(jié)是服務(wù)器的工作狀態(tài)。

2.3 時(shí)間服務(wù)器地址

用戶可以輸入自己已知的時(shí)間服務(wù)器地址（優(yōu)先選用）。這里還置入了一些目前較為穩(wěn)定可靠的時(shí)間服務(wù)器地址：

◆ 129.6.15.28

◆ 132.163.4.101

◆ 132.163.4.102

◆ 132.163.4.103

◆ 128.138.140.44

◆ 129.6.15.29

◆ 129.43.244.18

3 連接Internet時(shí)間服務(wù)器獲取時(shí)間信息

WinCE支持TCP／IP通信協(xié)議，同時(shí)還支持套接字（Socket）的應(yīng)用。通過(guò)調(diào)用Socket的API函數(shù)可以完成網(wǎng)絡(luò)通信程序的編寫。本設(shè)計(jì)就是通過(guò)套接字與Internet時(shí)間服務(wù)器建立連接來(lái)獲取時(shí)間信息的。

首先需要用“WSAStartup（MAKEWORD（2，2），＆wsd）”加載套接字，用“socket（AF＿INET，SOCK＿STREAM，0）”創(chuàng)建套接字；然后由“connect（hSocket，（struct sockaddr＊）＆sin，sizeof（sin））”向internet時(shí)間服務(wù)器發(fā)出連接請(qǐng)求。

對(duì)于wsd、sin以及后面程序要用到的hostinfo等，要進(jìn)行如下定義：

WSADATA wsd；

PHOSTENT hostinfo；

struct sockaddr＿in sin；

struct hostent＊host＝NULL；

LPCSTR ip；

SOCKET hSocket；

連接Internet時(shí)間服務(wù)器的具體程序?yàn)椋?/p>

WSAStartup（MAKEWORD（2，2），＆wsd）；

hSocket＝socket（AF＿INET，SOCK＿STREAM，0）；

sin.sin＿addr.s＿addr＝inet＿addr（ip）；

sin.sin＿family＝AF＿INET；

sin.sin＿port＝htons（13）；

connect（hSocket，（struct sockaddr＊）＆sin，sizeof（sin）））

程序中的ip就是需要連接的Internet時(shí)間服務(wù)器的地址，13為提供時(shí)間服務(wù)的端口號(hào)。連接成功返回為空。連接成功以后還需要向它發(fā)出GET請(qǐng)求報(bào)文，之后就可以接收Internet時(shí)間服務(wù)器返回的時(shí)間信息了。

發(fā)送GET請(qǐng)求報(bào)文：

wsprintf（szBuff，"GET／HTTP／1.1＼r＼n"）；

send（hSocket，szBuff，strlen（szBuff），0）；

wsprintf（szBuff，"User－Agent：WinceNetTime.EXE＼r＼n"）；

send（hSocket Cs，szBuff，strlen（szBuff），0）；

wsprintf（szBuff，"Host："）；

strcpy（szBuff，szLocalIp）；

strcpy（szBuff，"：13＼r＼n＼r＼n"）；

send（hSocket，szBuff，strlen（szBuff），0）；

接收Internet時(shí)間服務(wù)器返回的時(shí)間信息：

szRecv（hSocket，szRecv，sizeof（szRecv），0）；

這樣，服務(wù)器返回的時(shí)間信息便保存到szRecv里。

4 自動(dòng)校準(zhǔn)系統(tǒng)時(shí)間

4.1 時(shí)間服務(wù)器選擇策略

由于Internet時(shí)間服務(wù)器可能存在工作狀態(tài)不正常、域名變更、Internet網(wǎng)絡(luò)阻塞等狀況，在自動(dòng)同步時(shí)間時(shí)采用了如圖1所示的時(shí)間服務(wù)器選擇策略。

圖1 時(shí)間服務(wù)器選擇策略

4.2 校準(zhǔn)系統(tǒng)時(shí)間

SetSystemTime（）是設(shè)置系統(tǒng)時(shí)間的函數(shù)，它只有一個(gè)參數(shù)，是一個(gè)SYSTEMTIME結(jié)構(gòu)。只要把接收到的時(shí)間信息賦值給這個(gè)結(jié)構(gòu)的對(duì)應(yīng)成員，再執(zhí)行這個(gè)函數(shù)，就可以同步WinCE系統(tǒng)時(shí)間了。

SYSTEMTIME tm；

szBuff［0］＝szRecv［7］；szBuff［1］＝szRecv［8］；szBuff［2］＝0；

tm.wYear＝2000＋atoi（szBuff）；

szBuff［0］＝szRecv［10］；szBuff［1］＝szRecv［11］；szBuff［2］＝0；

tm.wMonth＝atoi（szBuff）；

szBuff［0］＝szRecv［13］；szBuff［1］＝szRecv［14］；szBuff［2］＝0；

tm.wDay＝atoi（szBuff）；

szBuff［0］＝szRecv［16］；szBuff［1］＝szRecv［17］；szBuff［2］＝0；

tm.wHour＝atoi（szBuff）；

szBuff［0］＝szRecv［19］；szBuff［1］＝szRecv［20］；szBuff［2］＝0；

tm.wMinute＝atoi（szBuff）；

szBuff［0］＝szRecv［22］；szBuff［1］＝szRecv［23］；szBuff［2］＝0；

tm.wSecond＝atoi（szBuff）；

SetSystemTime（＆tm）；

程序中的atoi（）是ASCII字符轉(zhuǎn)換成整數(shù)的子程序。為了避免時(shí)間同步程序在連接時(shí)間服務(wù)器及通信過(guò)程中出現(xiàn)阻塞，對(duì)WinCE其他程序產(chǎn)生影響，將這部分程序?qū)ｉT開(kāi)辟一個(gè)線程來(lái)進(jìn)行處理。在這個(gè)線程中，程序?qū)从脩粼O(shè)置的時(shí)間間隔來(lái)自動(dòng)同步系統(tǒng)時(shí)間。

結(jié) 語(yǔ)

嵌入式系統(tǒng)的時(shí)間同步在自動(dòng)控制和通信領(lǐng)域占有特別重要的地位。本文在從Internet時(shí)間服務(wù)器的Daytime協(xié)議入手，詳細(xì)地介紹了連接時(shí)間服務(wù)器獲取時(shí)間信息的實(shí)現(xiàn)機(jī)理和實(shí)現(xiàn)方法。由于在連接時(shí)間服務(wù)器時(shí)，采用了自己設(shè)計(jì)的時(shí)間服務(wù)器選擇策略，使得自動(dòng)同步時(shí)間的成功率大為提高。將它定制到WinCE內(nèi)核中，隨系統(tǒng)啟動(dòng)后，便可以完成嵌入式WinCE系統(tǒng)的時(shí)間自動(dòng)同步。同樣地，這種設(shè)計(jì)方法也可以運(yùn)用到WinCE的應(yīng)用軟件中。

［1］陳華鵬.簡(jiǎn)單網(wǎng)絡(luò)時(shí)間協(xié)議（SNTP）［OL］.［2011－06］.http：／／man.lupaworld.com／content／develop／rfc／RFC1769.htm.

［2］Mills D L.Modelling and Analysis of Computer Network Clocks：Electrical Engineering Department Report 92－5－2［R］.Newark：University of Delaware，1992：29.

［3］J Postel.RFC867—1983Daytime Protocol［S］.

［4］馮博琴，徐景民，李波.計(jì)算機(jī)時(shí)間同步問(wèn)題的研究［J］.西安交通大學(xué)學(xué)報(bào)，1999，33（5）.

［5］李明國(guó)，宋海娜，胡衛(wèi)東.Internet網(wǎng)絡(luò)時(shí)間協(xié)議原理與實(shí)現(xiàn)［J］.計(jì)算機(jī)工程，2002，28（2）.