便携式NTP测试仪设计与实现

发布时间：2017-04-21 06:38

  本文关键词：便携式NTP测试仪设计与实现，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着现代社会的快速发展,国防、经济、工业、通信、电力等各个领域对时间的精度、准确度要求越来越高,网络授时已成为时间传递的重要手段。其中,网络时间服务器在网络授时中扮演重要角色。然而,新生产的NTP时间服务器必须用NTP测试仪经过严格测试、标定后才能投放市场。此外,一般NTP服务器需要长时间的工作,一些因素可能会造成服务器的性能指标降低,影响其授时精度,从而需要NTP测试仪对服务器进行定期检测。传统的NTP测试仪体积大、功耗高、不利于携带,为了能够满足电力、电信、军事演习等野外作业环境。所以,需要开发一款便携式NTP测试仪,使其能够方便携带、运行稳定、适用各种环境,同时能对NTP时间服务器的授时准确度进行有效的检测。本文提出了ARM+FPGA组合系统的架构设计方案,主要以ARM微处理器为核心,FPGA为协处理器,包含GPS/BDS授时模块、网络控制器模块、RS232串口、LCD触摸屏等外设,利用嵌入式技术,采用模块化设计思想进行系统开发。解决了异构处理器间数据的高速并行通信、高精度本地钟在硬件中的实现、NTP时间戳的精确记录、网络通信、人机交互等多项难点问题。本文主要研究内容及工作包含以下几个方面:(1)介绍NTP时间服务器授时原理,重点介绍NTP协议、客户机/服务器工作模型,以及开发过程中一些相关技术。(2)介绍便携式NTP测试仪的硬件设计方案,详细阐述ARM、FPGA对各项事务的分工处理、异构处理器间的数据通信,并完成了原理图和PCB板的设计、硬件电路调试等工作。(3)介绍便携式NTP测试仪的软件设计方案,重点介绍了uC/OS-II实时操作系统的移植,以及人机交互模块、本地时钟模块、网络任务模块、数据处理模块等系统软件各模块的工作流程,完成了系统软件各任务模块的开发、调试工作。(4)设计了相关的实验对便携式NTP测试仪的性能指标进行对比测试,利用现有的Time-Acc007时间综合测试仪与本系统进行性能的对比测试,并最终得到本系统的性能指标优于2μs的测量精度。
【关键词】：便携式 NTP测试仪 ARM FPGA GPS/BDS
【学位授予单位】：中国科学院研究生院(国家授时中心)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB939
【目录】：

• 致谢3-4
• 摘要4-5
• ABSTRACT5-13
• 1 绪论13-19
• 1.1 研究背景与意义13-14
• 1.1.1 研究背景13-14
• 1.1.2 研究意义14
• 1.2 国内外研究现状14-17
• 1.3 研究内容17
• 1.4 论文结构安排17-19
• 2 NTP概述及相关技术19-27
• 2.1 NTP协议介绍19-23
• 2.1.1 NTP授时原理20-21
• 2.1.2 NTP工作模式21
• 2.1.3 NTP报文格式21-23
• 2.2 时间源介绍23-24
• 2.3 μC/OS-II操作系统介绍24-25
• 2.4 本章小结25-27
• 3 系统总体设计27-31
• 3.1 系统需求分析27-28
• 3.1.1 功能需求27-28
• 3.1.2 性能需求28
• 3.2 系统设计方案28-29
• 3.3 系统工作原理29-31
• 4 系统硬件设计31-53
• 4.1 板级系统31-32
• 4.2 芯片级系统32-33
• 4.3 系统单元器件模块选取33-50
• 4.3.1 CPU最小系统33-39
• 4.3.2 本地钟39-42
• 4.3.3 时钟源42-44
• 4.3.4 网络单元44-47
• 4.3.5 存储器单元47-48
• 4.3.6 人机交互单元48-50
• 4.4 PCB板50-51
• 4.5 本章小结51-53
• 5 系统软件设计53-69
• 5.1 μC/OS-II操作系统53-57
• 5.1.1 μC/OS-II移植53-55
• 5.1.2 任务间通信55-57
• 5.2 系统软件结构57-67
• 5.2.1 人机交互模块59-60
• 5.2.2 本地时钟模块60-63
• 5.2.3 网络任务模块63-65
• 5.2.4 数据处理模块65-67
• 5.3 本章小结67-69
• 6 实验测试69-75
• 6.1 测试设备69
• 6.2 测试环境69
• 6.3 测试方法69-70
• 6.4 数据处理方法70
• 6.5 实验结果70-73
• 6.5.1 比对实验一70-72
• 6.5.2 比对实验二72-73
• 6.6 实验结论73-75
• 7 总结与展望75-77
• 7.1 总结75
• 7.2 展望75-77
• 参考文献77-79
• 作者简介及在学期间发表的学术论文与研究成果79

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本文编号：319705