薛楠 李斌 杜建華 王曉華 胡靖宇

摘要：在航電網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，包含設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)、通信、時(shí)鐘等等各個(gè)功能模塊，每個(gè)功能模塊的穩(wěn)定性都影響整個(gè)航電網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，而大部分功能均是在驅(qū)動(dòng)軟件層實(shí)現(xiàn)，且通過(guò)和底層硬件交互達(dá)到使用要求[1]。對(duì)于時(shí)鐘功能模塊，最重要的子功能就是時(shí)鐘同步功能，即航電網(wǎng)絡(luò)的時(shí)鐘管理終端能實(shí)時(shí)并且準(zhǔn)確同步到時(shí)鐘服務(wù)器的相關(guān)時(shí)間信息，及時(shí)準(zhǔn)確的做出反應(yīng)[2]。該文引入了基于航電網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)時(shí)鐘同步功能原理和實(shí)現(xiàn)，能在很大程度上提高時(shí)鐘同步的精度和實(shí)時(shí)性，從而進(jìn)一步提高航電網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性和安全性。

關(guān)鍵詞：航電網(wǎng)絡(luò);時(shí)鐘同步;實(shí)時(shí)性

中圖分類號(hào)：TP309? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2019）21-0264-02

開(kāi)放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

1 引言

隨著科學(xué)研究和電子技術(shù)的日益進(jìn)步，航空電子網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模也不斷增大，同時(shí)航空電子應(yīng)用的復(fù)雜性也在不斷提高[3]。一個(gè)航空電子網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)就是由一系列功能模塊進(jìn)行綜合，主要功能模塊之間相互作用，進(jìn)一步生成總的系統(tǒng)功能，并且一些主要的功能模塊本身也可以進(jìn)一步分解為更多的次要的功能模塊或者其他設(shè)備，這些功能模塊或者其他設(shè)備之間相互作用和配合，支撐著總系統(tǒng)的運(yùn)作[4]。在所有的這些功能模塊或者設(shè)備中，有些模塊或者設(shè)備是需要保證其穩(wěn)定性，當(dāng)出現(xiàn)故障時(shí)要迅速恢復(fù)功能;而有些功能模塊或者設(shè)備是要優(yōu)先保證其實(shí)時(shí)性，即要在收到時(shí)間信息后迅速做出反應(yīng)。

在所有的航空電子網(wǎng)絡(luò)功能模塊中，時(shí)鐘功能模塊是一個(gè)重要性較高的模塊，它保證和支持著整個(gè)航空電子系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性。根據(jù)功能需要，當(dāng)終端設(shè)備收到管理器設(shè)備的時(shí)間信息后，要在第一時(shí)間做出回應(yīng)或者其他操作，這就必須要保證時(shí)間同步的準(zhǔn)確性和實(shí)時(shí)性，從而進(jìn)一步保證航空電子網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和安全性。因此，如何提高航空電子網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)時(shí)鐘功能的實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性已經(jīng)成為一個(gè)日益突出的問(wèn)題[5]。

本文提出一種基于航空電子網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的時(shí)鐘同步原理和實(shí)現(xiàn)，包括了日歷時(shí)間同步、實(shí)時(shí)時(shí)鐘同步和時(shí)鐘同步檢測(cè)機(jī)制，從原理設(shè)計(jì)到實(shí)現(xiàn)過(guò)程上很大程度上保證了時(shí)鐘同步的準(zhǔn)確性和實(shí)時(shí)性，提高整個(gè)航空電子網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的安全性和可靠性。

2 航電網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)時(shí)鐘同步功能分析和應(yīng)用

2.1 時(shí)鐘同步原理

在一般航空電子網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，時(shí)鐘同步功能的實(shí)現(xiàn)需要一個(gè)時(shí)鐘服務(wù)設(shè)備和一個(gè)或者多個(gè)時(shí)鐘終端設(shè)備來(lái)完成，并且只能有一個(gè)時(shí)鐘服務(wù)設(shè)備作為源。在本地根據(jù)系統(tǒng)時(shí)間或系統(tǒng)需要設(shè)置當(dāng)前或者系統(tǒng)需要的時(shí)鐘信息。

當(dāng)時(shí)鐘服務(wù)設(shè)備設(shè)置日歷時(shí)鐘信息時(shí)，將外部傳入的日歷時(shí)間信息值以及此時(shí)的系統(tǒng)實(shí)時(shí)時(shí)鐘保存在本地硬件當(dāng)中作為時(shí)鐘基準(zhǔn)信息，然后將時(shí)鐘基準(zhǔn)信息發(fā)送至其他時(shí)鐘終端網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，終端設(shè)備收到時(shí)鐘服務(wù)設(shè)備的時(shí)鐘基準(zhǔn)信息時(shí)，同時(shí)將時(shí)鐘信息保存在本地的硬件中，時(shí)鐘信息和時(shí)鐘服務(wù)器中的時(shí)鐘基準(zhǔn)信息一致;當(dāng)時(shí)鐘服務(wù)器節(jié)點(diǎn)設(shè)置系統(tǒng)實(shí)時(shí)時(shí)鐘時(shí)，將外部傳入的實(shí)時(shí)時(shí)鐘值保存本地硬件中，并且硬件中實(shí)時(shí)時(shí)鐘值隨著時(shí)間不斷增加，時(shí)鐘服務(wù)設(shè)備將硬件中實(shí)時(shí)時(shí)鐘值發(fā)送至其他時(shí)鐘終端。時(shí)鐘終端收到時(shí)鐘服務(wù)設(shè)備的實(shí)時(shí)時(shí)鐘值后，將系統(tǒng)實(shí)時(shí)時(shí)鐘值保存至本地節(jié)點(diǎn)的硬件中。其中，時(shí)鐘服務(wù)設(shè)備在設(shè)置日歷時(shí)間時(shí)，僅在設(shè)置的時(shí)候發(fā)送一次時(shí)鐘基準(zhǔn)信息源語(yǔ)，而對(duì)于系統(tǒng)實(shí)時(shí)時(shí)鐘，不論設(shè)置與否時(shí)鐘服務(wù)設(shè)備均周期發(fā)送時(shí)鐘信息。

當(dāng)時(shí)鐘終端節(jié)點(diǎn)根據(jù)需要同步日歷時(shí)鐘信息時(shí)，在本地節(jié)點(diǎn)先讀取本地硬件中的時(shí)鐘信息值，然后再讀取系統(tǒng)實(shí)時(shí)時(shí)鐘值。由于本地硬件中的時(shí)間值是時(shí)鐘服務(wù)設(shè)備設(shè)置日歷時(shí)間時(shí)的時(shí)鐘基準(zhǔn)信息，故和系統(tǒng)管理設(shè)備設(shè)置的時(shí)鐘基準(zhǔn)信息一致，而系統(tǒng)實(shí)時(shí)時(shí)鐘值是一直在增加。故取終端本地節(jié)點(diǎn)硬件中的實(shí)時(shí)時(shí)鐘值和此時(shí)讀取的系統(tǒng)實(shí)時(shí)時(shí)鐘值的差值，并和硬件中的日歷時(shí)間進(jìn)行運(yùn)算，得出當(dāng)前的日歷時(shí)間信息;當(dāng)時(shí)鐘終端節(jié)點(diǎn)讀取系統(tǒng)實(shí)時(shí)時(shí)鐘時(shí)間時(shí)，直接讀取本地硬件值便可得到準(zhǔn)確的值。

本地實(shí)時(shí)時(shí)鐘可以用本設(shè)備開(kāi)始運(yùn)行之后計(jì)算，只要設(shè)備正常運(yùn)行，本地實(shí)時(shí)時(shí)鐘值一直增加，增加幅度和系統(tǒng)實(shí)時(shí)時(shí)鐘信息一致。針對(duì)時(shí)鐘同步檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)的方式可以用本地實(shí)時(shí)時(shí)鐘值和系統(tǒng)的實(shí)時(shí)時(shí)鐘值進(jìn)行差值計(jì)算。具體實(shí)現(xiàn)可以使用連續(xù)兩個(gè)周期同步到的兩個(gè)系統(tǒng)實(shí)時(shí)時(shí)鐘信息和當(dāng)時(shí)本地的實(shí)時(shí)時(shí)鐘做差值，將兩個(gè)差值再進(jìn)行差值計(jì)算。最終差值如果超過(guò)給定的范圍，則底層硬件上報(bào)給上層軟件提示信息，終端設(shè)備便可知當(dāng)前系統(tǒng)實(shí)時(shí)時(shí)鐘不穩(wěn)定。

2.2 時(shí)鐘同步過(guò)程拓?fù)?/p>

在設(shè)置時(shí)鐘信息時(shí)，需要注意時(shí)鐘數(shù)據(jù)參數(shù)的合法性，并且在設(shè)計(jì)時(shí)鐘讀取方案上，需要注意日歷時(shí)間達(dá)到邊界時(shí)的處理，才能保證時(shí)鐘信息的準(zhǔn)確性。時(shí)鐘服務(wù)設(shè)備設(shè)置日歷時(shí)間和終端獲取日歷時(shí)間流程如圖1所示：

時(shí)鐘服務(wù)設(shè)備設(shè)置系統(tǒng)實(shí)時(shí)時(shí)鐘或時(shí)鐘終端讀設(shè)備取系統(tǒng)實(shí)時(shí)時(shí)鐘流程如圖2所示：

對(duì)于實(shí)時(shí)時(shí)鐘差值檢測(cè)，需要連續(xù)兩次讀取系統(tǒng)實(shí)時(shí)時(shí)鐘和本地實(shí)時(shí)時(shí)鐘進(jìn)行差值計(jì)算，并根據(jù)兩次計(jì)算的差值再計(jì)算差值，最終的差值和預(yù)先設(shè)定的范圍值進(jìn)行對(duì)比，具體例程如圖3所示：

2.3 時(shí)鐘同步應(yīng)用分析

在航電網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，顯示控制設(shè)備節(jié)點(diǎn)的作用非常關(guān)鍵，其要在第一時(shí)間同步到系統(tǒng)管理設(shè)備的日歷時(shí)間或?qū)崟r(shí)時(shí)鐘時(shí)間，并同步顯示當(dāng)前時(shí)間下的系統(tǒng)應(yīng)用信息。若顯示控制設(shè)備節(jié)點(diǎn)同步到的系統(tǒng)管理端的日歷時(shí)間或?qū)崟r(shí)時(shí)鐘時(shí)間稍有延時(shí)，就不能保證第一時(shí)間處理關(guān)鍵信息，甚至導(dǎo)致某些重要信息丟失，從而分析人員不能準(zhǔn)確的、實(shí)時(shí)的捕獲到系統(tǒng)信息，這種情況下會(huì)嚴(yán)重影響整個(gè)航電網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的安全性和可靠性。使用上文提出的航電網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)時(shí)鐘同步原理和實(shí)現(xiàn)滿足高實(shí)時(shí)性時(shí)鐘同步的要求，通過(guò)系統(tǒng)實(shí)時(shí)時(shí)鐘周期同步機(jī)制以及日歷時(shí)間設(shè)置實(shí)時(shí)同步機(jī)制可以高精度、高效率完成系統(tǒng)管理端到時(shí)鐘終端的時(shí)鐘同步過(guò)程，并且實(shí)時(shí)時(shí)鐘差值檢測(cè)計(jì)算可以使終端實(shí)時(shí)感知到系統(tǒng)管理端系統(tǒng)實(shí)時(shí)時(shí)鐘時(shí)間信息的改變，提高了時(shí)鐘同步功能的穩(wěn)定性和安全性。因此，本文提出了時(shí)鐘同步原理可以提高航電網(wǎng)絡(luò)時(shí)鐘同步的準(zhǔn)確性和實(shí)時(shí)性，進(jìn)而提高整個(gè)系統(tǒng)安全性和可靠性。

3 結(jié)束語(yǔ)

在所有航電網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，時(shí)鐘同步模塊功能都是必不可少的一部分，而且隨著航電網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)復(fù)雜性的提高和應(yīng)用性的廣泛，系統(tǒng)對(duì)實(shí)時(shí)性的要求更加嚴(yán)格。一個(gè)擁有穩(wěn)定性、實(shí)時(shí)性的系統(tǒng)，才能保證其在正常運(yùn)作時(shí)的安全性[6]。本文重點(diǎn)指出了系統(tǒng)實(shí)時(shí)性的關(guān)鍵性，說(shuō)明了時(shí)鐘同步功能模塊對(duì)于系統(tǒng)實(shí)時(shí)性的重要性影響，并且提出了一種基于航電網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)時(shí)鐘同步功能的原理和實(shí)現(xiàn)方式。因此，本文提出的時(shí)鐘同步原理可作為航電網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)時(shí)鐘管理設(shè)計(jì)模式，可以很大程度上提高航電網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)性和穩(wěn)定性，并且提高整個(gè)系統(tǒng)的安全性和可靠性。

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