CN115102659B - 一种基于外部中断的网络时间数据分发服务方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及网络授时技术领域，特别涉及一种基于外部中断的网络时间数据分发服务方法和系统，通过获取外部时间源信息，判别时码信息有效性，将外部时间源获取1秒脉冲作为外部中断信号，利用中断响应函数，修改系统时间Tsys为外部时间源时间，利用系统定时器，将定时器周期的系统时间Tsys生成网络时间Tn，若网络时间Tn发生秒级变化，向DDS节点用户输出此时刻的网络时间Tn。利用外部时间源获取1秒脉冲触发中断响应并调整系统时间的方式实现高精度网络时间数据分发服务，实现网络时间授时精度与外部时间源时间信息的同步，实现方法简单，无需配置其他硬件资源，为DDS节点实时交换数据提供精确时间戳。

Description

一种基于外部中断的网络时间数据分发服务方法和系统
技术领域
本发明涉及网络授时技术领域，特别涉及一种基于外部中断的网络时间数据分发服务方法和系统。
背景技术
随着网络通信技术的发展，网络在人们的生活和工作中起到至关重要的作用，各型网络终端通过网络进行数据传输和交互，传递信息和资源。时间作为基础物理量，其准确性决定了各型网络终端的数据传输量和交互时序。
数据分发服务（DDS）是一种实时的通信服务标准规范，基于实时发布-订阅协议，定义了以数据为中心的发布-订阅机制，提供了一个与平台无关的数据传输模型，能可靠实时的交换DDS节点用户数据。在分布式DDS网络结构下，传统的网络时间授时技术和NTP授时技术误差为毫秒级，无法承载DDS节点用户数据交互需求，PTP授时技术需要专用的PHY芯片进行时间戳解算，成本较高，实现较为复杂。
有鉴于此，需要提出一种基于外部中断的网络时间数据分发服务方法和系统，通过数据分发服务（DDS）实现高精度网络授时。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决现有技术的不足，提出一种实现方法简单，无需配置其他硬件资源，为DDS节点实时交换数据提供精确时间戳的基于外部中断的网络时间数据分发服务方法和系统。
本发明是通过以下技术方案予以实现：
本发明一方面提供了一种基于外部中断的网络时间数据分发服务方法，包括如下步骤：
S1，从外部时间源获取1秒脉冲和时码信息；
S2，判定时码信息的有效性；
S3，将1秒脉冲作为外部中断信号，利用中断响应函数，修改系统时间Tsys为外部时间源时间；
S4，设置系统定时器周期为20ms，每个系统定时器周期触发将系统时间Tsys生成网络时间Tn，其中n为系统定时器周期数；
S5，将Tn转化为秒，取Tn为整秒tn，若tn-tn-1=1，向数据分发服务节点用户输出此时刻的网络时间Tn，实现网络时间数据分发服务。
步骤S1中外部时间源获取1秒脉冲的上升沿为准时点，时码信息代表此准时点的时码。
步骤S1中外部时间源信息发送频率为1Hz。
步骤S2中判定时码信息的有效性的判断标准为：时码信息月日时分秒数值满足公历规定的月日时分秒的取值范围，并且1分钟内的时码信息秒位连续。
步骤S3将1秒脉冲作为外部中断信号，利用中断响应函数，修改系统时间Tsys为外部时间源时间的方法为，接收到1秒脉冲上升沿为中断响应函数的中断事件，通过LINUX系统settimeofday函数，将有效的上1秒时码信息分解为整秒时间和微秒时间，将整秒时间加1s，将微秒时间设置为中断响应函数命令处理时间，将整秒时间和微秒时间写入系统时间Tsys。
本发明另一方面提供了一种数据分发服务系统，应用上述基于外部中断的网络时间数据分发服务方法，包括：时间同步模块、授时模块。时间同步模块从外部时间源获取1秒脉冲和时码信息并进行同步，授时模块用于配置数据分发服务订阅分发机制，将网络时间Tn分发至数据分发服务网络节点用户。
所述时间同步模块以FPGA为处理平台，接收外部时间源获取1秒脉冲和时码信息，并判断时码信息的有效性。
所述授时模块以ARM为处理平台，接收时间同步模块发送的1秒脉冲作为外部中断信号，通过中断更新ARM系统时间为外部时间源时码时间，生成网络时间Tn。
所述授时模块通过实时发布订阅协议进行数据分发服务，利用数据分发服务中间件向数据分发服务节点用户发布网络时间数据。
本发明的有益效果是：
1、本发明提供了一种基于外部中断的网络时间数据分发服务方法，通过获取外部时间源信息，判别时码信息的有效性，将外部时间源获取1秒脉冲作为外部中断信号，利用中断响应函数，修改系统时间Tsys为外部时间源时间，利用20ms的系统定时器，将定时器周期的系统时间Tsys生成网络时间Tn，若网络时间Tn发生秒级变化，向数据分发服务（DDS）节点用户输出此时刻的网络时间Tn。利用外部时间源获取1秒脉冲触发中断响应并调整系统时间的方式实现高精度网络时间数据分发服务，实现网络时间授时精度与外部时间源时间信息的同步，实现方法简单，无需配置其他硬件资源。
2、本发明提供了一种基于外部中断的网络时间数据分发服务系统，包括：时间同步模块、授时模块。时间同步模块从外部时间源获取时间源获取1秒脉冲和时码信息并进行同步，授时模块用于配置DDS订阅分发机制，将高精度网络时间Tn分发至DDS网络节点用户。利用FPGA和ARM处理平台，可完成DDS订阅分发机制下的网络时间Tn同步功能，为DDS节点实时交换数据提供精确时间戳。
附图说明
图1为本发明的基于外部中断的网络时间数据分发服务方法流程示意图。
图2为本发明的基于外部中断的网络时间数据分发服务系统结构示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和最佳实施例对本发明作进一步的详细说明。
参考图1，一种基于外部中断的网络时间数据分发服务方法，包括如下步骤：
步骤1，从外部时间源获取1秒脉冲（1PPS）和时码（TOD）信息；
步骤2，判定时码（TOD）信息的有效性；
步骤3，将1秒脉冲（1PPS）作为外部中断信号，利用中断响应函数，修改系统时间Tsys为外部时间源时间；
步骤4，设置系统定时器周期为20ms，每个系统定时器周期触发将系统时间Tsys生成网络时间Tn，其中n为系统定时器周期数；
步骤5，将Tn转化为秒，取Tn为整秒tn，若tn-tn-1=1，向DDS节点用户输出此时刻的网络时间Tn，实现网络时间数据分发服务。
作为优选，外部1秒脉冲（1PPS）电气特性符合RS-422A 标准，上升沿有效，上升沿时间小于10ns。
作为优选，外部时刻（TOD）信息电气特性符合RS-422A 标准，采用NMEA-0183通信数据格式。
作为优选，外部1秒脉冲（1PPS）的上升沿代表准时点，时码（TOD）信息代表此准时点的时刻，外部时间源信息发送频率为1Hz，外部时间源时码（TOD）信息滞后准时点200微秒。
所述时码（TOD）信息月日时分秒数值满足公历规定的月日时分秒的取值范围，即月取1（含）到12（含）间的正整数，时取0（含）到23（含）间的正整数，分取0（含）到59（含）间的正整数，秒取0（含）到59（含）间的正整数。同时，所述时码（TOD）信息在1min内的时码（TOD）信息秒位连续时，判定时码（TOD）信息有效。
作为优选，判定时码（TOD）信息有效后，LINUX系统接收到1PPS上升沿为中断响应函数的中断事件，进入中断函数，此时本中断时的TOD信息还未到来，取有效的上1秒时码（TOD）信息分解为tv_sec(整秒时间)和tv_usec(微秒时间)，将整秒时间加1s，将微秒时间置为中断响应函数命令处理时间。
作为优选，中断响应函数命令处理时间由进入中断至退出中断时打印的时间戳计算得出。
作为优选，通过LINUX系统settimeofday函数，将整秒时间和微秒时间合并后写入系统时间Tsys。
系统时间Tsys按照系统时钟进行运行，每秒种随外部时间源信息进行校正。
参考图2，基于上述方法，提出了一种基于外部中断的网络时间数据分发服务系统，包括：时间同步模块、授时模块。
作为优选，时间同步模块从北斗3号接收机获取1秒脉冲（1PPS）和时码（TOD）信息并进行同步。
作为优选，所述时间同步模块以FPGA为处理平台，接收外部1秒脉冲（1PPS）和时码（TOD）信息，并判断时码（TOD）信息的有效性。
作为优选，授时模块用于配置DDS订阅分发机制，将网络时间Tn分发至DDS网络节点用户。
作为优选，所述授时模块以ARM为处理平台，接收时间同步模块发送的1秒脉冲（1PPS）作为外部中断信号，通过中断更新ARM系统时间为外部时间源时码（TOD）时间，生成网络时间Tn。所述授时模块通过实时发布订阅协议进行数据分发服务（DDS），利用DDS中间件向DDS节点用户发布网络时间数据。
综上所述，本发明提出了一种基于外部中断的网络时间数据分发服务方法和系统，利用外部高精度1PPS触发中断响应并调整系统时间的方式实现高精度网络时间数据分发服务，实现网络时间授时精度与外部1秒脉冲源时间信息的同步，实现方法简单，无需配置其他硬件资源。可完成DDS订阅分发机制下的网络时间同步功能，为DDS节点实时交换数据提供精确时间戳。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，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的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种基于外部中断的高精度网络时间数据分发服务方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1，从外部时间源获取1秒脉冲和时码信息；
S2，判定时码信息的有效性；
S3，将1秒脉冲作为外部中断信号，利用中断响应函数，修改系统时间Tsys为外部时间源时码信息：接收到1秒脉冲上升沿为中断响应函数的中断事件，通过LINUX系统settimeofday函数，将有效的上1秒时码信息分解为整秒时间和微秒时间，将整秒时间加1s，将微秒时间设置为中断响应函数命令处理时间，将整秒时间和微秒时间写入系统时间Tsys；
S4，设置系统定时器周期为20ms，每个系统定时器周期触发将系统时间Tsys生成网络时间Tn，其中n为系统定时器周期数；
S5，将Tn转化为秒，取Tn为整秒tn，若tn-tn-1=1，向数据分发服务网络节点用户输出此时刻的网络时间Tn，实现网络时间数据分发服务。
2.根据权利要求1所述的一种基于外部中断的高精度网络时间数据分发服务方法，其特征在于，步骤S1中外部时间源获取1秒脉冲的上升沿为准时点，时码信息代表此准时点的时码。
3.根据权利要求2所述的一种基于外部中断的高精度网络时间数据分发服务方法，其特征在于，步骤S1中外部时间源时码信息发送频率为1Hz。
4.根据权利要求1所述的一种基于外部中断的高精度网络时间数据分发服务方法，其特征在于，步骤S2中判定时码信息的有效性的判断标准为：时码信息月日时分秒数值满足公历规定的月日时分秒的取值范围，并且1分钟内的时码信息秒位连续。
5.一种数据分发服务系统，应用权利要求1至4任一项所述的基于外部中断的高精度网络时间数据分发服务方法，其特征在于，包括：时间同步模块、授时模块，时间同步模块从外部时间源获取1秒脉冲和时码信息并进行同步，授时模块用于配置数据分发服务订阅分发机制，将网络时间Tn分发至数据分发服务网络节点用户。
6.根据权利要求5所述的数据分发服务系统，其特征在于，所述时间同步模块以FPGA为处理平台，接收外部时间源获取1秒脉冲和时码信息，并判断时码信息的有效性。
7.根据权利要求5所述的数据分发服务系统，其特征在于，所述授时模块以ARM为处理平台，接收时间同步模块发送的1秒脉冲作为外部中断信号，通过中断更新ARM系统时间为外部时间源时码信息，生成网络时间Tn。
8.根据权利要求5至7任一项所述的数据分发服务系统，其特征在于，所述授时模块通过实时发布订阅协议进行数据分发服务，利用数据分发服务中间件向数据分发服务网络节点用户发布网络时间数据。
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