秦園春，李建軍

（安徽廣播電視臺 淮北發(fā)射臺，淮北 235000）

1 概 述

在Windows XP及其相鄰版本的桌面操作系統(tǒng)和服務器操作系統(tǒng)中，微軟公司都設計了Internet時間自動同步功能。該功能是通過Internet網(wǎng)絡向架設在網(wǎng)絡上的時間服務器獲取時間信息，再自動校準自己的系統(tǒng)時間，從而使自己的系統(tǒng)時間與時間服務器提供的時間同步。在設計基于該系統(tǒng)的應用軟件時，只要使用API函數(shù)GetSystemTime（）就可以間接地獲取較為準確的時間信息。隨著嵌入式系統(tǒng)在工業(yè)控制領域的迅速普及，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注。在當前以嵌入式系統(tǒng)為主流的工業(yè)控制系統(tǒng)中大都集成了網(wǎng)絡功能，WinCE操作系統(tǒng)雖然提供了對TIC／IP協(xié)議的全面支持，但是它無法像桌面操作系統(tǒng)或服務器操作系統(tǒng)那樣提供時間自動同步功能。

隨著廣播電視數(shù)字化進程的推進和設備固態(tài)化的普及，筆者所處的廣播電視傳輸發(fā)射設備的控制也都由傳統(tǒng)的MCS－51系列單片機向ARM嵌入式系統(tǒng)轉變，許多設備都采用了嵌入式控制。在控制領域，尤其在信息傳輸過程中，時間信息往往又作為一個統(tǒng)一的基準，起著至關重要的作用。在日后的設備遠程監(jiān)控和技術革新中，只要涉及到嵌入式控制軟件的設計，不可避免地涉及到時間同步問題。

鑒于此，我們在研究和分析了網(wǎng)絡時間服務器的相關協(xié)議后，結合嵌入式WinCE系統(tǒng)和Internet網(wǎng)絡的特點，設計了這一具有自動校準系統(tǒng)時間功能的Internet時間同步軟件。

2 Internet時間服務器

Internet時間服務器是一種利用Internet網(wǎng)絡把標準時間信息傳遞給用戶的裝置。它的時間信息來自于上一級（或層）時間服務器或原子鐘等高精度時間源。它可以提供高精準度國際標準時間UTC（Universal Time Coor－dinated）。標準時間信息通過TCP／IP網(wǎng)絡傳輸給用戶。

在Internet上有3個不同的時間服務，每一個都由Request For Comment（RFC）定義為Internet日期時間標準。這3個標準分別為 RFC－867、RFC－868和 RFC－1305。其中的RFC－868和RFC－1305是可以提供ms級精度的時間標準，采用的是網(wǎng)絡時間協(xié)議（Network Time Protocol，NTP）。在桌面操作系統(tǒng)和服務器操作系統(tǒng)中廣泛使用的時間同步標準是RFC－867，它采用的是Daytime協(xié)議。雖然它只能提供秒級精度的時間，但是，作為一般工業(yè)控制的時鐘依據(jù)已經(jīng)足夠了，GetSystemTime（）也只是秒級的時間精度。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ARPA Internet community上的標準。在ARPA Internet上都應當采用和實現(xiàn)這個標準。它的作用就是向用戶返回當前標準的時間和日期。

（1）基于TCP的daytime服務

daytime服務是基于TCP的應用，服務器在TCP端口13監(jiān)聽，連接一旦建立就向對方返回ASCII形式的日期和時間。本設計就采用這種服務。

（2）基于UDP的daytime服務

daytime服務也可以使用UDP協(xié)議，它的端口也是13，不過UDP是用數(shù)據(jù)報傳送當前時間的。

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：分：秒”；H表示服務器的工作狀態(tài)，0為正常，1為異常；JJJJJ為修改后的朱利安日期（MJD）。其他項在本設計中沒有用到，就不再解釋。

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

2.3 時間服務器地址

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

◆ 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時間服務器獲取時間信息

WinCE支持TCP／IP通信協(xié)議，同時還支持套接字（Socket）的應用。通過調用Socket的API函數(shù)可以完成網(wǎng)絡通信程序的編寫。本設計就是通過套接字與Internet時間服務器建立連接來獲取時間信息的。

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時間服務器發(fā)出連接請求。

對于wsd、sin以及后面程序要用到的hostinfo等，要進行如下定義：

WSADATA wsd；

PHOSTENT hostinfo；

struct sockaddr＿in sin；

struct hostent＊host＝NULL；

LPCSTR ip；

SOCKET hSocket；

連接Internet時間服務器的具體程序為：

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時間服務器的地址，13為提供時間服務的端口號。連接成功返回為空。連接成功以后還需要向它發(fā)出GET請求報文，之后就可以接收Internet時間服務器返回的時間信息了。

發(fā)送GET請求報文：

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時間服務器返回的時間信息：

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

這樣，服務器返回的時間信息便保存到szRecv里。

4 自動校準系統(tǒng)時間

4.1 時間服務器選擇策略

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

圖1 時間服務器選擇策略

4.2 校準系統(tǒng)時間

SetSystemTime（）是設置系統(tǒng)時間的函數(shù)，它只有一個參數(shù)，是一個SYSTEMTIME結構。只要把接收到的時間信息賦值給這個結構的對應成員，再執(zhí)行這個函數(shù)，就可以同步WinCE系統(tǒng)時間了。

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字符轉換成整數(shù)的子程序。為了避免時間同步程序在連接時間服務器及通信過程中出現(xiàn)阻塞，對WinCE其他程序產生影響，將這部分程序專門開辟一個線程來進行處理。在這個線程中，程序將按用戶設置的時間間隔來自動同步系統(tǒng)時間。

結 語

嵌入式系統(tǒng)的時間同步在自動控制和通信領域占有特別重要的地位。本文在從Internet時間服務器的Daytime協(xié)議入手，詳細地介紹了連接時間服務器獲取時間信息的實現(xiàn)機理和實現(xiàn)方法。由于在連接時間服務器時，采用了自己設計的時間服務器選擇策略，使得自動同步時間的成功率大為提高。將它定制到WinCE內核中，隨系統(tǒng)啟動后，便可以完成嵌入式WinCE系統(tǒng)的時間自動同步。同樣地，這種設計方法也可以運用到WinCE的應用軟件中。

［1］陳華鵬.簡單網(wǎng)絡時間協(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.計算機時間同步問題的研究［J］.西安交通大學學報，1999，33（5）.

［5］李明國，宋海娜，胡衛(wèi)東.Internet網(wǎng)絡時間協(xié)議原理與實現(xiàn)［J］.計算機工程，2002，28（2）.