CN101146109A - 时间同步系统、时间同步装置和提供时间同步装置的方法 - Google Patents

时间同步系统、时间同步装置和提供时间同步装置的方法 Download PDF

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Abstract

提供了一种时间同步装置、方法和系统。在一方面，该装置至少包括：每日时间时钟、可操作用于使用第一时间协议来接收至少第一时间信息的第一端口、可操作用于使用第二时间协议接收至少第二时间信息的第二端口、可操作用于接收至少定时信号的第三端口、以及时间戳寄存器，其可操作用于当从第三端口接收到定时信号或从第一端口接收到第一时间信息或者二者的组合时至少捕获每日时间时钟的当前值。

Description

时间同步系统、时间同步装置和提供时间同步装置的方法
技术领域
本公开一般涉及计算机系统中的定时信号，并且更具体地涉及一种用于在利用服务器时间协议(STP)的计算机系统中以同步时间实现精确度的系统和方法。
背景技术
诸如可从受让人国际商业机器公司处获得的zSerieseServer之类的大型机服务器设备使用协议用于在客户端和服务器计算机之间散布和同步时间，以便例如在计算机系统中提供系统完整性。过去，定时网络中的每日时间(Time-Of-Day，TOD)时钟是通过外部盒子(9037系统复用计时器)来同步的。9037定时网络中的每个中央处理复合体(CentralProcessing Complex，CPC)将它的TOD时钟步进(step)为来自9037的信号。简单来说，CPC是指一种系统，其可以包括一个或多个中央处理单元(CPU)和相关联的硬件单元，诸如主存储装置和扩展存储装置、TOD时钟、以及可被配置成在操作系统的控制下进行工作的信道。由9037广播的步进信号需要从9037到每个CPC的特殊的点到点链路(被称为外部时间参考(ETR)链路)。在共同所有的美国专利No.6,209,106中描述了实现ETR偏置值来对经逻辑分区的机器的逻辑分区进行同步的代表性的系统。
在诸如zSeries之类的主服务器设备中可以替代ETR作为时间协议的服务器时间协议(STP)实现了不包括公共步进信号的定时解决方案。定时信息是通过带有时间戳和其他定时信息的消息来传达的，而且每个CPC必须通过计算偏置并采取行动来调节TOD时钟而使它的TOD时钟与剩余的其他CPC保持一致。这与由NTP(网络定时协议)执行的行动相类似，不同之处在于，NTP通常是在软件层实现，那里时间戳可由控制程序来生成。eServer zSeries体系结构对TOD时钟有非常严格的需求；它可由任何问题程序查看，所有时间戳必须不同，时间戳必须不会显现为向后步进，并且即使当由在CPC内的不同CPU上运行的程序查看时，时间戳也必须显现为正在增加。为了对新的定时解决方案所需要的TOD时钟做出调节，TOD时钟的步进速率必须用非常精细的调节来加速或者减速，并且这些调节必须由CPC内的所有CPU同时观察到。
ETR体系结构提供了一种通过集中式时间参考在不同CPC中同步TOD时钟的方法，其接着可以在国际时间标准的基础上被精确地设置。可通过将ETR单元(例如9037)连接到外部时间源(ETS)来将ETR时间同步到国际时间。然而，相对于ETR所实现的国际时间标准，服务器时间协议(STP)没有任何简单的方法来获得相同的精确度级别。例如，在9037-1上，ETS通过RS-232接口被连接到9037控制台，而9037控制台通过通用接口总线(GPIB)连接到9037-1。这样实现了大约5毫秒的精确度，而对于许多客户而言这不可接受。在9037-2上，ETS通过RS-232接口直接连接到9037-2并且实现了大约1毫秒的精确度。使用9037-2，还添加了脉冲频率(pulse-per-second，PPS)同轴连接器。当将PPS连接与RS-232结合起来使用时，9037-2可与PPS信号同步到大约100微秒以内。
图1示出公知的具有ETS和PPS的高可用度的ETR网络。为了提供高可用度，大多数ETR定时网络被设计成不具有任何单个故障点。图1示出两个ETR单元102、104，每个都连接到若干个服务器106、108，其中每个都被称为中央处理复合体(CPC)。被称为ETR信号的来自每个ETR 102、104的输出被连接到每个CPC 106、108上的ETR附属设施(EAF)端口110、112、114、116。为了避免任何单个故障点，高可用度的ETR网络100具有两个ETR 102、104，并且每个CPC具有到两个ETR的连接。某些ETR网络不具有所有这种冗余度。然而，所有CPC具有两个ETR端口，无论它们是否在高可用度的网络中。
外部时间源(ETS)单元118、120通过拨出、GPS或者其他机制来获得协调通用时间(UTC)。ETS单元118通过两个连接RS-232 122和可选的脉冲频率(PPS)124连接到ETR单元102，例如IBM 9037。类似地，ETS单元120通过两个连接RS-232 126和可选的脉冲频率(PPS)128连接到ETR单元104。RS-232连接122、126被用于传达时间信息而特殊的可选脉冲频率连接器124、128被用于获得高度精确的定时脉冲。不使用PPS信号时，精确度大约是+/-1.0毫秒。使用PPS信号时，精确度是+/-100微秒。ETR单元102、104通过特殊的ETR接口将被称为ETR信号的定时信息传达给每个CPC 106、108。这个接口的精确度是+/-2.0毫秒。
图2是示出公知的中央处理复合体(CPC)的细节的框图。例如，CPC200包括共享主存储装置202、若干CPU 204、每日时间(TOD)时钟206、具有两个端口208、210的ETR附属设施(EAF)。每个CPC内的TOD时钟206被设置并同步到ETR。TOD时钟可以步进到两个ETR中的任何一个或者从本地振荡器进行步进。前一情况被称作ETR步进模式，后一情况被称作本地步进模式。
图3是示出不带有PPS的ETR附属设施(EAF)的框图。它详细地说明了针对一个EAF端口的EAF。TOD时钟302随TOD时钟步进信号而递增。在本地步进模式中，这个信号来自本地振荡器304。在ETR步进模式中，这个信号得自于ETR信号306。ETR信号306驱动锁相环路(PLL)308，而双相转换器310将ETR信号转换成比特流。在于312处示出的模块处，比特流被并行化(deserialize)、符号被识别、并且数据被解码以获得四个不同的ETR数据字314(DW1-DW4)。被解码的符号中的一个是实时符号。对该实时符号的识别导致实时事件(OTE)。OTE使得第一级数据寄存器314的内容通过门被传送(gate)至第二级数据寄存器316并且还使得TOD时钟302的当前内容被传送至时间戳寄存器318。
如上面所描述，时间信息是通过RS-232接口从ETS被传达的。在9037-1中，定时信息从ETS被发送到9037控制台。在9037-2中，定时信息被直接从ETS发送到9037-2。使用STP时，9037控制台的作用由硬件维护控制台(HMC)来执行。因为不存在任何将RS-232接口直接连接到中央处理复合体(CPC)的位置，所以RS-232连接必须以连接到9037-1的相同的方式连接到HMC。从HMC到CPC的唯一可用的接口是服务接口。服务接口被设计成是灵活的但并不是快速的。它被用于在操作人员与系统间的所有通信，并且还被维护人员用于将更改安装到得到许可的内部代码。这个接口具有非常高的等待时间和变度(variance)。例如，对于HMC发起的拨出，估计出大约100毫秒的精确度是可获得的最好的精确度，这使得该精确度比9037-1差得多。
一个替代性的解决方案是用一种新的接口卡和新的协议来替代CPC内的ETR附属设施(EAF)，该新的接口卡将包括用于进行输入的RS-232和PPS接口，而该新的协议连接到CPU以访问这个信息。这种解决方案将包括定义和实现这种新接口的大量工作。可以考虑的另一个选择项是提供一种新的独立单元，其将包括用于进行输入的RS-232和PPS接口以及作为输出的当前ETR信号。这种方法将不需要对CPC的任何改变，因为当前EAF将保持不变。然而，设计、实现和制造这种单元将进行大量工作。此外，独立单元的价格将对客户呈现价格上的极大增长。另一个选择是使用直接来自CPC的标准输入/输出(I/O)通信路径以便经由网络时间协议(NTP)或其他定时机制来访问定时信息。然而，类似于其他选择项，这也将需要极大的设计工作，因为不存在任何可用于本机的I/O路径。
因此，理想的是提供一种系统和方法，用于优选地以STP来实现每日时间精确度，而不需要大量设计和实现的工作。
发明内容
提供了一种时间同步装置、方法和系统。该装置在一个方面至少包括：每日时间时钟、可操作用于使用第一时间协议来接收至少第一时间信息的第一端口、可操作用于使用第二时间协议来接收至少第二时间信息的第二端口、可操作用于接收至少定时信号的第三端口、以及时间戳寄存器，其可操作用于当从该第三端口接收该定时信号或从该第一端口接收该第一时间信息或者二者的组合时至少捕获每日时间时钟的当前值。
在另一方面，该第一端口可以包括可操作用于接收外部时间参考信号的端口而该第一时间信息可以包括高质量的时间信息。在另一方面，该第二端口可以包括服务接口而该第二时间信息可以包括通过正常质量接口接收到的时间信息。在另一方面，该第三端口包括脉冲频率信号接口而该定时信号包括脉冲频率信号。
时间同步系统在一个方面可以包括可操作用于直接连接到外部时间源的输出端口用于接收定时脉冲信号的中央处理复合体。控制台可以连接到外部时间源用于接收定时数据；控制台可以进一步连接到该中央处理复合体用于将定时数据传输到该中央处理复合体。中央处理复合体可以进一步可操作用于将它的时间同步到该定时数据和脉冲频率信号。在另一方面，该定时脉冲信号至少包括脉冲频率信号。在另一方面，控制台可以经由中央处理复合体上的服务器接口连接到中央处理复合体。
一种提供时间同步装置的方法在一个方面包括：提供每日时间时钟、提供第一端口用于使用第一时间协议来接收至少第一时间信息、提供第二端口用于使用第二时间协议来接收至少第二时间信息、提供第三端口用于接收至少定时信号、以及提供时间戳寄存器用于当从第三端口接收到定时信号或从第一端口接收到第一时间信息或者二者的组合时至少捕获每日时间时钟的当前值。
下面参考附图，详细描述其他特征以及各种实施例的结构和操作。在附图中，相同的参考数字指示相同或功能类似的单元。
附图说明
图1是图示了带有ETS、RS-232和PPS的高可用度的ETR网络的框图。
图2是示出公知的中央处理复合体(CPC)的细节的框图。
图3是示出不带有PPS的ETR附属设施(EAF)的框图。
图4图示了在本公开的一实施例中带有ETS、RS-232和PPS的STP网络。
图5图示了在本公开的一实施例中带有STP的中央处理复合体的图。
图6图示了在本公开的一实施例中带有PPS的ETR附属设施(EAFpp)。
图7图示了在本公开的一实施例中带有ETS、RS-232、PPS和STP的混合网络。
具体实施方式
图4图示了在本公开的一实施例中带有ETS、RS-232和PPS的STP网络。图4示出被转换到STP(服务器时间协议)以及带有被添加到ETR附属设施(EAFpp)的PPS的安装。在这种配置中，ETS单元402、404连接到硬件维护控制台(HMC)406、408。HMC 406、408通过连至STP引擎422、424的服务接口(SI)426、428连接到CPC 410、412。来自ETS 402、404的标准定时数据通过RS-232接口被传达到HMC 406、408，并且接着它被从HMC通过服务接口426、428传达到CPC 410、412。PPS信号被直接传达给EAFpp。不带有PPS的这种连接的精确度大约是+/-100毫秒。将可选的PPS信号添加到HMC将不会改善这种精确度，因为大多数错误是在HMC与STP引擎之间的通信中，也即在服务接口中。然而，PPS信号到EAFpp的连接提供了+/-100微秒的精确度。
HMC 406、408可以使用例如连至ETS 402、404的RS-232接口来获得日期和时间，或者它可直接执行拨出。一旦已经确定时间是在0.5秒以内，则EAF-PPS附件被用于以微秒的几分之一的精确度来确定时间。在获得日期和时间之后，接着只要PPS信号出现，那么就不必读取RS-232接口上的日期和时间或者执行拨出。然而，这可以例如偶尔作为预警的手段而被执行。
图5是图示了在本公开的一实施例中带有STP的中央处理复合体的图。图5详细示出安装有STP和PPS的CPC。在一实施例中，每个CPC具有STP引擎，其在STP网络中监视并控制定时。EAFpp端口510、512可操作用于接收ETR信号和PPS信号。端口EAFpp端口510、512可以只接收ETR或只接收PPS或者同时接收ETR和PPS信号。STP引擎502控制TOD时钟508是在ETR步进模式还是在本地步进模式，并且当在ETR步进模式时选择待使用的EAF端口(例如510或512)。通过STP链路506，STP引擎与其他CPC中的STP引擎交换定时消息。它计算STP网络中的TOD时钟之间的差异并且使用这个信息来调节TOD时钟操纵(steering)514。在共同所有的、申请中的名为“System and Method forTOD-clock Steering”的申请号为11/223,886的美国专利申请中更加详细地描述了TOD时钟操纵，该专利是在2005年9月9日提出申请的，在此通过引用将其整体内容和公开引入，就如同全部在这里阐述过一样。STP引擎502即使是在本地步进模式中也可从来自EAF端口510、512的时间戳寄存器和EAF二级数据寄存器中读取信息。当PPS信号连接到EAF时，STP引擎502可读取时间戳寄存器以确定在PPS信号到达的时刻物理时钟的值。图5示出连接进EAF端口中的每个端口的ETR信号和PPS信号，但是在某些配置中，没有任何信号被连接。也即，尽管CPC可以包括两个EAFpp端口510、512和服务接口(SI)504，但是不是所有端口和接口510、512、504需要同时被使用或者连接到外部设备。相反，使用本公开的CPC，各种连接配置都是可能的。例如，某些CPC可以只针对ETR信号使用EAFpp端口，某些CPC可以只针对PPS信号使用EAFpp端口，某些CPC可以同时针对ETR和PPS信号使用EAFpp端口，以及某些CPC可以不使用EAFpp端口。
STP引擎502通过服务接口504与硬件维护控制台(HMC)进行通信。HMC将诸如配置信息、状态信息和时间信息之类的信息传达给CPC。配置信息的例子可以包括但是不限于：网络标识符(ID)、这个CPC在网络中所起的作用，诸如优选的、备份、判优器、本地时钟服务器等等。状态信息的例子可以包括但是不限于：ETS附件类型和操作状态等等。时间信息的例子可以包括但是不限于：年、月、日、小时、分钟、秒、闰秒、本地时区等等。HMC可以从诸如操作员、ETS、拨出之类的各种源、从位于网络中的一个或多个CPC中的STP引擎获得所述信息以及其他信息。服务接口504可以包括但是不限于在RS-232中的所有可用信息。
图6图示了在本公开的一实施例中带有PPS的ETR附属设施(EAFpp)。来自ETS的PPS信号602被直接连接到EAFpp 600。这个信号与OTE 604进行或操作以形成时间戳事件(TSE)606。通过信号TSE606，TOD时钟608的当前值通过门被传送至时间戳寄存器610。在一实施例中，时间戳寄存器610可以针对ETR信号和PPS信号二者被使用。这种设计允许针对STP引擎的一个功能在若干不同的配置中读取寄存器610，所述配置包括但是不限于在图4和图7中所示出的配置。例如，当PPS被附接时，可以不需要针对STP引擎的额外的指令。TOD时钟608提供对实时的高分辨率的测量，适合用于指示日期和每日时间。它可以是64比特无符号的二进制计数器。概念上，TOD时钟608被递增，以致每2-12微秒(1/4096微秒)就向低位比特位置(比特63)加1。实际的TOD时钟的实现可能不提供完整的64比特计数器，但是通过以相应地更低的速率来递增更高位比特位置来维持等同的步进速率(比特位置进行改变的速率)。
图7图示了在本公开的一实施例中例如部分地移植到STP的带有ETS、RS-232、PPS和STP的混合网络。在HMC 706、708和带有PPS的ETR附属设施(EAFpp)的这种混合组合中，HMC 706、708例如通过分别连接至STP引擎714、716的服务接口726、728被分别连接到CPC702、704。EAFpp 718、720被扩展到包括PPS连接。PPS信号被直接传达给EAFpp 718、720。ETR单元710、712通过RS-232接口从ETS接收定时信息并且从可选的脉冲频率连接接收定时脉冲。ETR单元710、712将定时信息传达给每个CPC 702、704。
在这种配置中，CPC 702、704可以使用ETR信号或者PPS信号。这种配置对于测试是有用的，因为它允许PPS信号被用于校验混合网络的精确度。在转换到只有STP的配置之前到PPS的连接还允许在最终转换之前校验该PPS连接。
通常，由ETR发出的OTE 604每隔220微秒(1.048576秒)出现，而PPS 602每1.00000秒出现。因此，同时将PPS 602和ETR连接到EAF并且以非常小的干扰从两者中读取信息是可能的。这两个信号每隔214(16,384)秒或者大约每四个半小时就重合一次。给定至少三个时间戳，确定每个时间戳值表示哪一个输入是非常简单的编程任务。
上面所描述的实施例是说明性的例子并且不应当被理解成本发明受限于那些特定的实施例。因此，在不偏离在权利要求书中定义的本发明的精髓和范围的条件下，本发明的技术人员可以实现各种改变和修改。

Claims (20)

1.一种时间同步装置，包括：
每日时间时钟；
可操作用于使用第一时间协议来接收至少第一时间信息的第一端口；
可操作用于使用第二时间协议来接收至少第二时间信息的第二端口；
可操作用于接收至少定时信号的第三端口；以及
时间戳寄存器，可操作用于当从所述第三端口接收到所述定时信号或从所述第一端口接收到所述第一时间信息或者二者的组合时至少捕获所述每日时间时钟的当前值。
2.根据权利要求1所述的装置，其中所述第一端口包括可操作用于接收外部时间参考信号的端口。
3.根据权利要求1所述的装置，其中所述第一时间信息包括高质量的时间信息。
4.根据权利要求1所述的装置，其中所述第二端口包括服务接口。
5.根据权利要求1所述的装置，其中所述第二时间信息包括通过正常质量接口所接收到的时间信息。
6.根据权利要求1所述的装置，其中所述第三端口包括脉冲频率信号接口。
7.根据权利要求1所述的装置，其中定时信号包括脉冲频率信号。
8.根据权利要求1所述的装置，进一步包括可操作用于连接到服务器时间协议网络的一个或多个接口。
9.根据权利要求1所述的装置，其中所述第二端口与所述第三端口结合起来使用。
10.根据权利要求1所述的装置，进一步包括可操作用于与网络中的一个或多个其它处理器进行时间同步的引擎。
11.一种时间同步系统，包括：
可操作用于直接连接到外部时间源的输出端口用来接收定时脉冲信号的中央处理复合体；以及
连接到所述外部时间源用于接收定时数据的控制台，所述控制台还连接到所述中央处理复合体用于将所述定时数据传输到所述中央处理复合体，
所述中央处理复合体进一步可操作用于将它的时间同步到所述定时数据和脉冲频率信号。
12.根据权利要求11所述的系统，其中所述定时脉冲信号至少包括脉冲频率信号。
13.根据权利要求11所述的系统，其中所述控制台经由所述中央处理复合体上的服务器接口连接到所述中央处理复合体。
14.一种用于提供时间同步装置的方法，包括
提供每日时间时钟；
提供第一端口用于使用第一时间协议来接收至少第一时间信息；
提供第二端口用于使用第二时间协议来接收至少第二时间信息；
提供第三端口用于接收至少定时信号；以及
提供时间戳寄存器用于当从所述第三端口接收到所述定时信号或从所述第一端口接收到所述第一时间信息或者二者的组合时至少捕获所述每日时间时钟的当前值。
15.根据权利要求14所述的方法，其中所述第一端口包括可操作用于接收外部时间参考信号的端口。
16.根据权利要求14所述的方法，其中所述第一时间信息包括高质量的时间信息。
17.根据权利要求14所述的方法，其中所述第二端口包括服务接口。
18.根据权利要求14所述的方法，其中所述第二时间信息包括通过正常质量接口接收到的时间信息。
19.根据权利要求14所述的方法，其中所述第三端口包括脉冲频率信号接口。
20.根据权利要求14所述的方法，其中所述定时信号包括脉冲频率信号。
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