基于Linux的网络时间同步系统设计与实现

发布时间：2017-10-18 15:14

  本文关键词：基于Linux的网络时间同步系统设计与实现

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【摘要】：随着社会经济的发展,我国电力事业扮演着越来越重要的角色,供电系统的规模逐渐扩大。在大型供电系统中,电网运行状态瞬息万变,发生故障时需要一个准确的时间基准,以方便维护人员进行分析。而且近些年智能电网的发展对电网中的时间同步提出了更高的要求。基于NTP协议的网络时间同步系统可以很好地解决电网的高精度对时和故障分析问题。本文在广泛调研研究现状的基础上,综合NTP协议对时和卫星授时的基本工作原理,根据其设计要求,结合电力系统时间同步系统的设计规范,秉承模块化结构化的设计理念,设计了一套适用于电力系统的基于Linux的网络时间同步系统。该系统支持网络时间协议,具备卫星导航报文和网络报文的处理能力,支持E2E和P2P两种网络连接。系统采用模块化设计,各个模块协同工作,保证了系统工作运行时的稳定性与可靠性。本文从硬件和软件两个方面进行了详细的描述。在硬件方面,本文设计的系统包括卫星时间接收模块、NTP核心实现模块和网络时间输出模块三个部分。其中卫星时间接收模块采用GPS/北斗卫星接收机；NTP核心实现模块采用ARM与CPLD组合的形式；网络时间输出模块采用NTP专用网络芯片。系统通过GPS/北斗卫星接收机采集卫星报文,经过高性能处理器ARM的统一调度和CPLD的专业化处理,使解析出的系统时间达到较高精度。另外,本文设计了完善的外围接口电路,用来给系统提供驱动支持和保护工作,并通过高精度的温补晶振设计方案提供自守时功能。在软件方面,考虑到Linux系统完全开源并完美支持的NTP协议的优点,采用在ARM处理器中嵌入Linux系统的方案。本文首先基于Linux系统的特性和移植方法进行了嵌入式系统的移植,包括U-Boot、内核和根文件系统的移植过程；其次,对于硬件组成中的模块进行相应的程序设计,具体包括NTP协议实现模块、BOA服务器模块、网络和串口通信模块等软件的具体实现方法；最后,本文设计软件看门狗模块以保证系统的安全可靠运行。大量的实验和测试数据表明,本文设计的网络时间同步系统具有对时精度高、实用性强、可靠性好等优点,满足了电力系统对于NTP同步时钟的要求,具有很好的推广应用价值。
【关键词】：NTP协议 时间同步 电力系统 软硬件设计
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM76;TP316.81
【目录】：

• 摘要8-10
• ABSTRACT10-12
• 第一章 绪论12-18
• 1.1 课题的研究背景及意义12-13
• 1.2 电网对时系统的研究现状13-15
• 1.3 课题的来源15
• 1.4 论文主要内容及组织结构15-18
• 第二章 NTP协议对时及卫星授时原理简介18-28
• 2.1 NTP协议介绍18-19
• 2.2 NTP协议基本原理19-22
• 2.2.1 NTP协议的对时原理19-21
• 2.2.2 NTP的对时算法21-22
• 2.3 NTP协议误差分析22-23
• 2.4 卫星授时原理简介23-27
• 2.4.1 GPS定位与授时23-25
• 2.4.2 北斗卫星授时原理简介25-27
• 2.5 本章小结27-28
• 第三章 网络时间同步系统整体设计28-32
• 3.1 系统概述28-29
• 3.2 系统工作流程介绍29-30
• 3.3 本章小结30-32
• 第四章 系统硬件电路设计32-44
• 4.1 GPS/北斗时间接收处理模块原理与硬件设计32-35
• 4.2 电源模块电路设计35-36
• 4.3 NTP协议实现模块硬件电路设计36-42
• 4.3.1 核心处理芯片简介37-38
• 4.3.2 电源电路简介38-39
• 4.3.3 时钟电路简介39
• 4.3.4 复位电路简介39-40
• 4.3.5 NORFLASH接口电路简介40-41
• 4.3.6 SDRAM电路简介41-42
• 4.4 精确时间输出模块设计42-43
• 4.5 本章小结43-44
• 第五章 系统软件设计44-60
• 5.1 嵌入式Linux系统介绍44-45
• 5.2 嵌入式Linux系统移植45-47
• 5.2.1 BootLoader移植45-46
• 5.2.2 Linux内核移植46
• 5.2.3 根文件系统制作46-47
• 5.3 系统程序实现方案简介47-48
• 5.4 串口通信程序实现48-50
• 5.5 NTP协议实现模块程序设计50-53
• 5.6 NTP网络数据处理程序设计53-55
• 5.6.1 NTP网络数据处理初始化53
• 5.6.2 NTP网络报文处理53-55
• 5.7 看门狗监控程序设计55-56
• 5.8 BOA服务器模块设计56-58
• 5.9 本章小结58-60
• 第六章 系统测试与分析60-66
• 6.1 系统测试平台搭建60-61
• 6.2 BOA服务器使用测试61-62
• 6.3 NTP授时精度测试62-65
• 6.3.1 客户端与服务器直连测试63-64
• 6.3.2 接入交换机进行测试64-65
• 6.4 本章小结65-66
• 第七章 总结与展望66-68
• 7.1 本文主要工作66-67
• 7.2 下一步工作展望67-68
• 参考文献68-72
• 致谢72-73
• 附件73

【参考文献】

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1 林涛;基于精确时钟协议的网络运动控制系统的研究[D];河北工业大学;2007年

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本文编号：1055639