CN110377106B - 一种时统卡虚拟化方法、系统及介质 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种时统卡虚拟化方法、系统及介质，本发明的时统卡虚拟化方法包括将插入宿主机H的物理时统卡C作为时钟源、宿主机H中虚拟机VM的虚拟时统卡VC分别作为授时对象，宿主机H的时统卡驱动程序D将时钟源输出的标准时间和中断脉冲信息发送到授时对象；虚拟机VM使用虚拟时统卡VC中的标准时间和中断脉冲信息进行对时或校验。使得宿主机上的时统卡脉冲中断和标准时间可以发送到虚拟机中的虚拟时统卡中同时为多台虚拟机提供中断脉冲和标准时间，为宿主机上的多台虚拟机提供精确授时。

Description

一种时统卡虚拟化方法、系统及介质
技术领域
本发明涉及在虚拟化环境或云计算环境中虚拟机中使用时统卡授时技术，具体涉及一种时统卡虚拟化方法、系统及介质。
背景技术
时统卡作为时统终端之一，可以输出准确的UTC(Coordinated Universal Time)时间，作为授时功能模块广泛应用于航天、航海等领域中。PCI-Express（PCI-E）由于其点对点的串行设计以及双通道高带宽的传输模式，具有较高数据的传输速率，因此时统卡一般使用PCI-E接口接入计算机，称之为PCI-E时统卡。PCI-E时统卡通过接受B码终端发来的信号，然后经FPGA进行解码，获得时间信息，并以1 pps（Pulse Per Second）脉冲为基准产生用户所需要的20 Hz、50Hz、100 Hz等中断脉冲信号，最后通过PCI-E桥接芯片与计算机进行数据交互，使得时统卡中的时间信息以及中断脉冲信息能够传到计算机终端或服务器中。pps一秒钟一个，其的作用是用来指示整秒的时刻，而该时刻通常是用pps秒脉冲的上升沿来标示。时统卡输出UTC时间，用户收到时是会有延时，为了精确授时，引入pps信号上升沿来标示UTC的整秒时刻，精度可以到纳秒级，并且没有累积误差。而随着虚拟化技术和云计算的飞速发展，越来越多的应用运行于云计算的虚拟机中，目前对于虚拟机中授时一般采用宿主机(host)上插入PCI-E时统卡进行授时，再通过网络对虚拟机进行授时的方法，不能直接在多台虚拟机中获得时统卡中断脉冲信号进行精度校准，具有较大的延迟。
发明内容
本发明要解决的技术问题：针对虚拟机无法直接使用时统卡授时的问题，提供一种时统卡虚拟化方法、系统及介质，本发明宿主机上的时统卡脉冲中断和标准时间可以发送到虚拟机中的虚拟时统卡中同时为多台虚拟机提供中断脉冲和标准时间，为宿主机上的多台虚拟机提供精确授时。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种时统卡虚拟化方法，实施步骤包括：
1）将插入宿主机H的物理时统卡C作为时钟源、宿主机H中虚拟机VM的虚拟时统卡VC分别作为授时对象，宿主机H的时统卡驱动程序D将时钟源输出的标准时间和中断脉冲信息发送到授时对象；
2）虚拟机VM使用虚拟时统卡VC中的标准时间和中断脉冲信息进行对时或校验。
优选地，步骤1）中宿主机H的时统卡驱动程序D将时钟源输出的标准时间和中断脉冲信息发送到授时对象具体是宿主机H的时统卡驱动程序D通过时统卡驱动程序D、虚拟时统卡VC之间的虚拟队列通道virt-queue实现的，所述虚拟队列通道virt-queue是由虚拟机VM启动时通过对应的vhost时统仿真设备VD所创建，所述vhost时统仿真设备VD用于在虚拟机VM启动时建立对应的虚拟队列通道virt-queue、在虚拟机VM关机时销毁对应的虚拟队列通道virt-queue。
优选地，步骤1）中插入宿主机H的物理时统卡C以1 pps脉冲信号为基准产生用户所需频率的中断脉冲信号。
优选地，步骤1）中之前还包括插入宿主机H的物理时统卡C使用外部时间参考源S的1pps脉冲信号来同步内置的1pps脉冲信号，使得物理时统卡C产生中断脉冲的上升沿时刻与外部时间参考源S的上升沿时刻相同。
优选地，步骤1）中虚拟机VM使用虚拟时统卡VC中的标准时间和中断脉冲信息进行对时或校验具体是指虚拟机VM中的操作系统或应用程序在中断脉冲发生时刻通过调用虚拟时统卡VC的驱动接口获得中断脉冲发生时刻的标准时间。
本发明还提供一种时统卡虚拟化系统，包括计算机设备，该计算机设备被编程或配置以执行所述时统卡虚拟化方法的步骤。
本发明还提供一种时统卡虚拟化系统，包括计算机设备，该计算机设备的存储介质上存储有被编程或配置以执行所述时统卡虚拟化方法的计算机程序。
本发明还提供一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质上存储有被编程或配置以执行所述时统卡虚拟化方法的计算机程序。
本发明还提供一种时统卡虚拟化系统，包括宿主机H和插入宿主机H的物理时统卡C，所述宿主机H上配置有虚拟机VM，所述虚拟机VM上配置有虚拟时统卡VC，所述宿主机H上配置有时统卡驱动程序D，所述宿主机H被编程或配置以执行所述时统卡虚拟化方法的步骤，或所述宿主机H的存储介质上存储有被编程或配置以执行所述时统卡虚拟化方法的计算机程序。
优选地，所述物理时统卡C的外部授时接口上还连接有外部时间参考源S。
和现有技术相比，本发明具有下述优点：
1、本发明的时统卡虚拟化方法包括将插入宿主机H的物理时统卡C作为时钟源、宿主机H中虚拟机VM的虚拟时统卡VC分别作为授时对象，宿主机H的时统卡驱动程序D将时钟源输出的标准时间和中断脉冲信息发送到授时对象；虚拟机VM使用虚拟时统卡VC中的标准时间和中断脉冲信息进行对时或校验。使得宿主机上的时统卡脉冲中断和标准时间可以发送到虚拟机中的虚拟时统卡中同时为多台虚拟机提供中断脉冲和标准时间，为宿主机上的多台虚拟机提供精确授时。
2、使用本发明，可以在虚拟化环境或云计算环境中，使用虚拟时统卡对虚拟机进行授时；使用本发明，可以使用一张物理时统卡同时对多个操作系统提供时统卡授时服务，并且授时精度与一个操作系统使用一张物理时统卡进行授时精度近似。
3、本发明的时统卡虚拟化方法不仅可以适用于PCI-E接口的时统卡，此外还可以适用于其它接口类型的时统卡，例如USB等类型的接口的时统卡等。
附图说明
图1为本发明实施例方法的基本流程示意图。
图2为本发明实施例系统的授时结构示意图。
图3为本发明实施例系统的系统架构示意图。
图4为本发明实施例的中断脉冲产生和标准时间对应图。
图5为本发明实施例系统的工作流程示意图。
具体实施方式
下文将以某PCI-E接口的时统卡为例，对本发明时统卡虚拟化方法、系统及介质进行进一步的详细说明。毫无疑问，本发明时统卡虚拟化方法、系统及介质也可以适用于其它接口类型的时统卡，例如USB等类型的接口的时统卡等。
如图1所示，本实施例时统卡虚拟化方法的实施步骤包括：
1）将插入宿主机H的物理时统卡C作为时钟源、宿主机H中虚拟机VM的虚拟时统卡VC分别作为授时对象，宿主机H的时统卡驱动程序D将时钟源输出的标准时间和中断脉冲信息发送到授时对象；本实施例中，物理时统卡C为PCI-E接口，因此PCI-E接口物理时统卡C的插在宿主机H的PCI-E插槽中。
2）虚拟机VM使用虚拟时统卡VC中的标准时间和中断脉冲信息进行对时或校验。
本实施例中，步骤1）中宿主机H的时统卡驱动程序D将时钟源输出的标准时间和中断脉冲信息发送到授时对象具体是宿主机H的时统卡驱动程序D通过时统卡驱动程序D、虚拟时统卡VC之间的虚拟队列通道virt-queue实现的，虚拟队列通道virt-queue是由虚拟机VM启动时通过对应的vhost时统仿真设备VD所创建，vhost时统仿真设备VD用于在虚拟机VM启动时建立对应的虚拟队列通道virt-queue、在虚拟机VM关机时销毁对应的虚拟队列通道virt-queue。本实施例中，虚拟机VM具体是指采用qemu虚拟机程序创建的qemu虚拟机，qemu虚拟机进程启动时，其vhost时统仿真设备VD会在时统卡驱动D与虚拟时统卡VC驱动间建立虚拟队列通道virt-queue，时统卡驱动D可通过虚拟队列通道virt-queue将中断脉冲和标准时间发送到虚拟机VM中的虚拟时统卡VC中；可同时启动多个qemu虚拟机进程，为每个虚拟机建立时统卡驱动D与虚拟时统卡VC驱动的虚拟队列通道virt-queue，为多台虚拟机提供标准时间和中断脉冲，进行授时精度校验；方法中，在虚拟机中进行授时时，操作系统或应用程序可在中断脉冲发生时刻，通过调用虚拟时统卡VC驱动接口，获得中断脉冲发生时刻的标准时间。
本实施例中，步骤1）中插入宿主机H的物理时统卡C以1 pps脉冲信号为基准产生用户所需频率的中断脉冲信号。
本实施例中，步骤1）中之前还包括插入宿主机H的物理时统卡C使用外部时间参考源S的1pps脉冲信号来同步内置的1pps脉冲信号，使得物理时统卡C产生中断脉冲的上升沿时刻与外部时间参考源S的上升沿时刻相同。
本实施例中，步骤1）中虚拟机VM使用虚拟时统卡VC中的标准时间和中断脉冲信息进行对时或校验具体是指虚拟机VM中的操作系统或应用程序在中断脉冲发生时刻通过调用虚拟时统卡VC的驱动接口获得中断脉冲发生时刻的标准时间。
如图2和图3所示，本实施例的时统卡虚拟化系统，包括宿主机H和插入宿主机H的物理时统卡C，所述宿主机H上配置有虚拟机VM，所述虚拟机VM上配置有虚拟时统卡VC，所述宿主机H上配置有时统卡驱动程序D，所述宿主机H被编程或配置以执行前述时统卡虚拟化方法的步骤，或所述宿主机H的存储介质上存储有被编程或配置以执行前述时统卡虚拟化方法的计算机程序。
本实施例中，物理时统卡C的外部授时接口上还连接有外部时间参考源S，物理时统卡C接收外部时间参考源S的B码信号和1pps信号，获得标准时间并存在时间寄存器中。物理时统卡C内置晶振，并以1 pps（Pulse Per Second）脉冲为基准产生用户所需要的20 Hz、100 Hz等中断脉冲信号。可以使用外部时间参考源S的1pps信号来同步时统卡内置1pps脉冲，使得时统卡产生中断脉冲的上升沿时刻与外部时间参考源S的上升沿时刻相同。
图3是虚拟时统卡授时结构示意图。如图3所示，vhost时统卡仿真设备VD位于宿主机H的内核层（Kernel），虚拟机VM位于宿主机H的用户层（User），物理时统卡C通过PCI-E插槽连接到宿主机H，由时统卡驱动D负责驱动。vhost时统卡仿真设备VD负责建立和销毁时统卡驱动和虚拟时统卡VC之间的虚拟队列通道virt-queue。时统卡驱动D把标准时间和中断脉冲信息通过虚拟队列通道virt-queue发送到虚拟时统卡VC，虚拟机VM使用虚拟时统卡VC中的标准时间和中断脉冲信息进行对时和校验。
图4是中断脉冲产生和标准时间对应图。设中断脉冲以X HZ的频率产生，以每个脉冲的上升沿作为脉冲时刻的开始，设标准时间为Y，则脉冲产生的时间间隔为1/XHz(s)秒，故第二个脉冲发生的标准时间为Y+1/XHz(s)，第三个脉冲发生的标准时间为Y+2/XHz(s)，第n个脉冲发生的标准时间为Y+n/XHz(s)。
如图5所示，PCI-E时统卡使用PCI-E插槽接入宿主机H，通过接受外部时间参考源的B码和1pps获得标准时间，并同步中断脉冲上升沿时刻；同时时统卡以1 pps（Pulse PerSecond）脉冲为基准产生用户所需要的20 Hz、100 Hz等中断脉冲信号，并根据中断脉冲信息计算中断脉冲产生的标准时间。Qemu启动虚拟机时，vhost时统卡仿真设备VD将会在时统卡驱动D与虚拟时统卡驱动VC间建立虚拟队列通道virt-queue，当中断脉冲发生时，时统卡驱动把中断脉冲和标准时间输入虚拟队列通道virt-queue，虚拟队列通道virt-queue立即通知虚拟时统卡驱动来获取中断脉冲和标准时间，虚拟时统卡获得中断脉冲和标准时间后，以中断处理通知操作系统或应用读取时间寄存器，获得中断脉冲发生时刻的标准时间，进行授时。宿主机H可同时启动多个qemu虚拟机进程，建立多个虚拟机VMn，并为每个虚拟机建立时统卡驱动D与虚拟时统卡VC驱动的虚拟队列通道virt-queue，同时为多台虚拟机提供标准时间和中断脉冲，进行授时精度校验。
此外，本实施例还提供一种时统卡虚拟化系统，包括计算机设备，该计算机设备被编程或配置以执行前述时统卡虚拟化方法的步骤。
此外，本实施例还提供一种时统卡虚拟化系统，包括计算机设备，该计算机设备的存储介质上存储有被编程或配置以执行前述时统卡虚拟化方法的计算机程序。
此外，本实施例还提供一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质上存储有被编程或配置以执行前述时统卡虚拟化方法的计算机程序。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种时统卡虚拟化方法，其特征在于实施步骤包括：
1）将插入宿主机H的物理时统卡C作为时钟源、宿主机H中多个虚拟机VM的虚拟时统卡VC分别作为授时对象，宿主机H的时统卡驱动程序D将时钟源输出的标准时间和中断脉冲信息发送到授时对象；
2）虚拟机VM使用虚拟时统卡VC中的标准时间和中断脉冲信息进行对时或校验；
步骤1）中宿主机H的时统卡驱动程序D将时钟源输出的标准时间和中断脉冲信息发送到授时对象具体是宿主机H的时统卡驱动程序D通过时统卡驱动程序D、虚拟时统卡VC之间的虚拟队列通道virt-queue实现的，所述虚拟队列通道virt-queue是由虚拟机VM启动时通过对应的vhost时统仿真设备VD所创建，所述vhost时统仿真设备VD用于在虚拟机VM启动时建立对应的虚拟队列通道virt-queue、在虚拟机VM关机时销毁对应的虚拟队列通道virt-queue；步骤2）中虚拟机VM使用虚拟时统卡VC中的标准时间和中断脉冲信息进行对时或校验具体是指虚拟机VM中的操作系统或应用程序在中断脉冲发生时刻通过调用虚拟时统卡VC的驱动接口获得中断脉冲发生时刻的标准时间。
2.根据权利要求1所述的时统卡虚拟化方法，其特征在于，步骤1）中插入宿主机H的物理时统卡C以1 pps脉冲信号为基准产生用户所需频率的中断脉冲信号。
3.根据权利要求1所述的时统卡虚拟化方法，其特征在于，步骤1）中之前还包括插入宿主机H的物理时统卡C使用外部时间参考源S的1pps脉冲信号来同步内置的1pps脉冲信号，使得物理时统卡C产生中断脉冲的上升沿时刻与外部时间参考源S的上升沿时刻相同。
4.一种时统卡虚拟化系统，包括计算机设备，其特征在于，该计算机设备被编程或配置以执行权利要求1～3中任意一项所述时统卡虚拟化方法的步骤。
5.一种计算机可读存储介质，其特征在于，该计算机可读存储介质上存储有被编程或配置以执行权利要求1～3中任意一项所述时统卡虚拟化方法的计算机程序。
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GR01 Patent grant
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