基于ARM的GPS同步授时系统设计
摘要：基于国际航海标准NMEA-0183为数据协议，以保证电力系统精准授时为目的，通过ARM微控制器STM32f103rbt6和高精度GPS接收模块NEO-5Q为核心控制数据采集和传输，实现了GPS同步授时的设计方案。系统采用GPS接收模块接收卫星发送的标准数据串，通过微控制器对GPIRMC最小定位信息中的时间数据进行筛选和处理，最后经上位机授时软件对本地计算机进行成功校时，保证了系统的可行性。
关键词：NMEA-0183；Codex-M3；STM32f103；CPS
时间同步在工业应用中是十分重要的基础工作，特别是对时间要求较高的电力系统。近年来，电力系统大多采用不同厂家的计算机监控系统、谐波分析系统、故障录波装置、微机保护、电能质量计费系统等，时间数据大多是设备提供自己独立的时钟，而时钟因产品质量差异，在对时精度上都会有一定的偏差，从而使整个系统不能在统一的时间基础上进行数据的分析和比较，给事故后采取正确的故障分析判断带来很大的困难。
由于电力系统传统的时间同步方法只能保证全系统时钟误差在毫秒级，很难达到目前要求的精度。GPS同步授时系统具有授时精度高、范围广、可靠性高全天候且又不受各种干扰影响的特点，因此，采用GPS同步授时系统比采用传统的时钟设备有着明显的优势，并且可广泛应用于对时统精度较高的行业中。
1 GPS同步授时系统原理
如图1所示，整个系统以Cortex-M3为内核的ARM微处理器
STM32f103rbt6为核心，并采用瑞士U-Blox公司NEO-5Q GPS数据接收模块接收卫星数据，微处理器从卫星数据中提取标准UTC时间码同时将其转换成标准北京时间码传输给本地计算机，最后由上位机授时软件对本地计算机进行校时，完成授时过程。
1．1 ARM微处理器STM32f103rbt6
STM32f103rbt6是意法半导体公司一款基于Conex-M3内核的32位微控制器，它主要应用于智能仪表、变频器、工控网络、高端家电和操作界面等领域。STM32f103系列微控制器开发简单，有丰富的语句代码库，与ARM7TDMI相比运行速度最多可快35％且代码最多可省45％。综合考虑选用了此款微控制器为本系统的核心。
该微控制器特点如下：
1)Cortex-M3内核、哈佛总线结构(可达90 DMIPS)；
2)20 K字节的SRAM，128 K字节的Flash；主频72 MHz，可在系统编程；
3)带唤醒功能的低功耗模式、内部RC振荡器、内置复位电路；
4)在待机模式下，典型的耗电值仅为2μA，非常适合电池供电的应
用；
5)3个16位通用的定时器，1个系统时间定时器：24位自减型。
1．2 NEO-5Q GPS接收模块
本系统选用较低功耗的NEO-5Q GPS超小型卫星接收模块，此芯片为多功能独立型GPS模组，以ROM为基础构架，成本低，体积小，最多可搜寻32个卫星频道，能够从接收到的信息中提取并输出2种时间信号：一是脉冲信号
1PPS，其脉冲前沿与国际标准时间的同步误差不超过1μs；二是经串口输出的时间信息，它在1PPS脉冲之间给出，用来说明一个1PPS脉冲对应的UTC时间(年、月、日、时、分、秒)。NEO-5Q有UART和USB2．0两种接口，数据全速传输可达12 Mbit／s，具有高精度时间信号、在恶劣环境下持续工作的优点，可以达到系统要求。
实验二 ARM汇编语言程序设计 一、实验目的 1.了解ARM汇编语言的基本框架，学会使用ARM的汇编语言编程 2.掌握ARM汇编指令 二、实验设备 1. EL-ARM-830教学实验箱，PentiumII以上的PC机，仿真器电缆。 2. PC操作系统WIN98或WIN2000或WINXP， ADS1.2集成开发环境，仿真器驱动程序。 三、汇编语言简介 1.ARM汇编的一些简要的书写规范 ARM汇编中，所有标号必须在一行的顶格书写，其后面不要添加“：”，而所有指令均不能顶格书写。ARM汇编对标识符的大小写敏感，书写标号及指令时字母大 小写要一致。在ARM汇编中，ARM指令、伪指令、寄存器名等可以全部大写或者全 部小写，但不要大小写混合使用。注释使用“；”号，注释的内容由“；”号起到此 行结束，注释可以在一行的顶格书写。 详细的汇编语句及规范请参照ARM汇编的相关书籍、文档。 2. ARM汇编语言程序的基本结构 在ARM汇编语言程序中，是以程序段为单位来组织代码。段是相对独立的指令或数据序列，具有特定的名称。段可以分为代码段的和数据段，代码段的内容为执 行代码，数据段存放代码运行时所需的数据。一个汇编程序至少应该有一个代码段，当程序较长时，可以分割为多个代码段和数据段，多个段在程序编译链接时最终形 成一个可执行文件。可执行映像文件通常由以下几部分构成： ◆ 一个或多个代码段，代码段为只读属性。 ◆ 零个或多个包含初始化数据的数据段，数据段的属性为可读写。 ◆ 零个或多个不包含初始化数据的数据段，数据段的属性为可读写。 链接器根据系统默认或用户设定的规则，将各个段安排在存储器中的相应位置。源程序中段之间的相邻关系与执行的映象文件中的段之间的相邻关系不一定 相同。 3. 简单的小例子 下面是一个代码段的小例子 AREA Init，CODE，READONLY ENTRY LDR R0, =0x3FF5000 LDR R1, 0x0f STR R1, [R0]
GPS/北斗光纤拉远授时系统有效解决TD-SCDMA基站选址难题 中国移动建设运营的第三代移动通信TD-SCDMA-SCDMA网络是严格要求同步的 TD-SCDMAD系统，目前基站的时间同步由单一GPS授时系统实现。传统GPS授时系统， 由于拉远距离、工程施工和抗干扰能力等受限因素，限制了TD-SCDMA系统采用BBU+RRU 光纤拉远分布式基站的优势发挥，在TD-SCDMA站址选择日益困难的现状下，进一步加剧 基站选址的难度，已经成为TD-SCDMA站址选址的瓶颈。 在TD-SCDMA网络工程建设中，TD-SCDMA站址选择成为基站建设的重点问题，需主 要克服以下几点：首先，GPS天线与基站BBU侧的接收机通过射频馈线连接，射频馈线较 粗而且韧性差不易弯曲，其工程施工的难度限制了BBU与天面的拉远距离，极大地降低了BBU机房选址的灵活性；其次，射频馈线的信号衰减性限制了GPS射频信号的传输距离，拉远距离为百米之外就需要增加线路补偿放大器，加装放大器既增加了故障维护点又加大了施工难度，进一步加大新增站址的BBU机房选址灵活性；另外，GPS卫星系统属于美国军方，将使TD-SCDMA系统的正常运行受制于人，非常情况下，卫星系统一旦关闭或受干扰，TD-SCDMA系统将工作紊乱和瘫痪，整网安全存在很大隐患。 在TD-SCDMA网络建设过程中，GPS授时系统的替代解决方案一直是中国移动研究的 课题之一，大唐移动与中国移动持续加强创新合作，面对网络工程建设中的实际问题，推出了GPS/北斗双模一体化光纤拉远授时系统解决方案。该方案采用GPS/北斗双模一体化设计，相比传统GPS授时系统在拉远距离、工程实施、抗干扰能力、美化天面外观、安装维护便 捷性等方面有明显的优势，可实现TD-SCDMA系统天线和GPS/北斗天线的共抱杆安装，给GPS/北斗天线布放及基站选址提供了极大的灵活性，有效解决了网络建设中的基站选址难题，满足运营商快速建网的需求。 GPS/北斗光纤拉远授时系统解决工程施工难题 针对传统GPS单一授时系统普遍存在的传输距离受限、施工困难、易受干扰及安全隐 患的问题，为适应更广泛的布站场景，本方案采用GPS/北斗双模一体化设计，并且采用光 纤拉远的方法有效解决工程施工中传输距离受限和施工困难的难题。一体化GPS/北斗光纤 拉远授时系统方案，就是在天面部分将GPS/北斗天线与接收机进行一体化设计，接收机输 出的PPS与TOD信息通过光纤拉远的方法传输给基站机房内的BBU，BBU时钟恢复模块恢复PPS和TOD信息，并且传送到BBU需要同步的模块。基站设计不再需要考虑接收机的类型（GPS/北斗）、型号、厂家、尺寸等一系列问题，只需要基站和拉远接收机有相同的标 准接口和时间传输机制（如图1所示）。
#include "reg52.h" #define LEDPORT P0 sbit D1=P3^4; sbit D2=P3^5; sbit D3=P3^6; sbit D4=P3^7; sbit LED=P2^5; sbit CLK=P2^1; sbit IO=P2^2; sbit RST=P2^3; sbit ACC0=ACC^0; sbit ACC7=ACC^7; unsigned char flash; unsigned char dp=0xff; bit rev_start,rev_stop; unsigned char code tab[]={0xA0,0xBE,0x64,0x2C,0x3A,0x29,0x21,0xBC,0x20,0x28,0xff};//数码管码表 unsigned char buf[80]; //请把GPS那货发来的数据放到我的肚子里 void TimerInit() { TMOD=0x21; TH0 = 0xF1; //4ms左右 TL0 = 0x9A; EA=1; ET0=1; TR0=1; SCON = 0x50; //使用串行工作方式1，10位异步收发8位数据，波特率可变（由T1的溢出率控制） TH1 = 0xFD; //9600波特率的初值 TL1 = TH1; //9600波特率的初值 ES = 1; TR1 = 1; } void inputbyte(unsigned char ucDa) { unsigned char i; ACC = ucDa;
for(i=8; i>0; i--) { IO = ACC0; //相当于汇编中的RRC CLK = 1; CLK = 0; ACC = ACC >> 1; } } unsigned char outputbyte(void) { unsigned char i; for(i=8; i>0; i--) { ACC = ACC >>1; //相当于汇编中的RRC ACC7 = IO; CLK = 1; CLK = 0; } return(ACC); } /******************************************************************** * * 名称: v_W1302 * 说明: 先写地址，后写命令/数据 * 功能: 往DS1302写入数据 * 调用: v_RTinputbyte() * 输入: ucAddr: DS1302地址, ucDa: 要写的数据 * 返回值: 无 ***********************************************************************/ void write(unsigned char ucAddr, unsigned char ucDa) { RST = 0; CLK = 0; RST = 1; inputbyte(ucAddr); //地址，命令 inputbyte(ucDa); //写1Byte数据 CLK = 1; RST =0; } /******************************************************************** * * 名称: uc_R1302
浅议基站IP网络授时系统 摘要：随着IP（Internet Protocol）网络的发展，大部分通信网络都实现了IP传输，但由于IP网络是异步网络，IP 网络中的设备无法通过物理链路获取时钟，因此需要为网络设备提供一种新的获取时钟的同步方式。 关键字：授时系统 前言：IP 网络同步主要应用于无线基站的同步，包括WCDMA（Wideband Code Division Multiple Access）中NodeB/AP（Access Preamble）基站设备的频率同步；GSM（Global System for Mobile communications）中BTS（Base Transceiver Station）基站设备的频率同步，CDMA2000、TD-SCDMA（Time Division-Synchronous Code Division Multiple Access）和WiMAX中us级别的高精度时间同步。为满足业务设备的高精度时间和时钟同步需求，本文以SYNLOCK T6020设备为例，分析授时系统在不同组网环境（不同的传送网、不同的网络规模）下，高精度时间和时钟同步系统的应用。 1.系统结构 SYNLOCK T6020 主要由频率同步模块、分频鉴相模块、时间恢复模块、锁相模块、1588 处理模块、接口转换模块、CPU 模块、GPS（Global Positioning System）/PPS 时间同步接口、FE/GE 接口、维护接口等组成。 接口转换模块将GE数据转换成FE数据，提供给CPU处理；同时将非1588信息和1588的general信息提供给CPU处理，并发送CPU的网络协议。 维护接口模块通过维护串口和维护网口，主用板将设备链接到集中维护终端。 2.同步定时接口 1）卫星接口 SYNLOCK T6020 提供GPS卫星接口。设备的GPS 接口是1.5G的射频接口，而卫星卡和设备单板的接口是TTL（Transistor-Transistor Logic）的PPS与TTL串口，单板通过这些串口信息可计算出时间和位置信息。 在观测到三颗卫星的情况下，可以得到三个方程组，求解出接收站的三维位置信息。如果观测到四颗以上的卫星，则可以计算出本地时间。 2）1588 接口 IEEE 1588（PTP）的基本功能是使分布式网络内设备的时间与服务器精确
基于ARM的GPS同步授时系统设计 摘要：基于国际航海标准NMEA-0183为数据协议，以保证电力系统精准授时为目的，通过ARM微控制器STM32f103rbt6和高精度GPS接收模块NEO-5Q为核心控制数据采集和传输，实现了GPS同步授时的设计方案。系统采用GPS接收模块接收卫星发送的标准数据串，通过微控制器对GPIRMC最小定位信息中的时间数据进行筛选和处理，最后经上位机授时软件对本地计算机进行成功校时，保证了系统的可行性。 关键词：NMEA-0183；Codex-M3；STM32f103；CPS 时间同步在工业应用中是十分重要的基础工作，特别是对时间要求较高的电力系统。近年来，电力系统大多采用不同厂家的计算机监控系统、谐波分析系统、故障录波装置、微机保护、电能质量计费系统等，时间数据大多是设备提供自己独立的时钟，而时钟因产品质量差异，在对时精度上都会有一定的偏差，从而使整个系统不能在统一的时间基础上进行数据的分析和比较，给事故后采取正确的故障分析判断带来很大的困难。 由于电力系统传统的时间同步方法只能保证全系统时钟误差在毫秒级，很难达到目前要求的精度。GPS同步授时系统具有授时精度高、范围广、可靠性高全天候且又不受各种干扰影响的特点，因此，采用GPS同步授时系统比采用传统的时钟设备有着明显的优势，并且可广泛应用于对时统精度较高的行业中。 1 GPS同步授时系统原理 如图1所示，整个系统以Cortex-M3为内核的ARM微处理器 STM32f103rbt6为核心，并采用瑞士U-Blox公司NEO-5Q GPS数据接收模块接收卫星数据，微处理器从卫星数据中提取标准UTC时间码同时将其转换成标准北京时间码传输给本地计算机，最后由上位机授时软件对本地计算机进行校时，完成授时过程。 1．1 ARM微处理器STM32f103rbt6 STM32f103rbt6是意法半导体公司一款基于Conex-M3内核的32位微控制器，它主要应用于智能仪表、变频器、工控网络、高端家电和操作界面等领域。STM32f103系列微控制器开发简单，有丰富的语句代码库，与ARM7TDMI相比运行速度最多可快35％且代码最多可省45％。综合考虑选用了此款微控制器为本系统的核心。 该微控制器特点如下： 1)Cortex-M3内核、哈佛总线结构(可达90 DMIPS)； 2)20 K字节的SRAM，128 K字节的Flash；主频72 MHz，可在系统编程； 3)带唤醒功能的低功耗模式、内部RC振荡器、内置复位电路； 4)在待机模式下，典型的耗电值仅为2μA，非常适合电池供电的应
GPS卫星授时器常用的同步方式 关键词：卫星授时,GPS卫星授时器 卫星授时是通过导航卫星来进行发播或转播标准时间信号的授 时手段。凭借授时成本低，精度高，实现简单等特点获得广泛的应用。目前常用导航卫星有中国的北斗导航系统和美国的GPS。卫星授时与定位是结合在一起的，一般用户在获得自身精确定位基础上即可实现精确授时。 GPS卫星授时器一般由天线、射频单元、信号处理单元、数据处理单元和输出接口单元组成。 目前GPS卫星授时器有多种时间同步接口标准实现时间的传递。对于广域分布式网络而言，采用卫星授时接收机得到标准时间后，需要将这个时间发布给系统的每个部分。 常用的时间同步接口有时间编码，典型的时间码如IRIG-B码，有直流码和交流码之分。交流码（AC）信号是进行了调制，传输距离较远。在短距离内也常用到时间报文接口，通过RS232串口传递时间。光纤优于不受电磁干扰，目前也成为常用的时间传递手段。 NTP网络时间同步采用网络协议来实现计算机的时间同步，目前得到越来越广泛的应用。通过网络上确定若干网点作为时钟源网站，以此来为实现与UTC时间的同步，为用户提供统一、标准的时间传递服务。互联网上时间同步的复杂性，这一点在NTP时间协议设计的最开始就考虑到了，做了专门的处理。因此目前在实际应用当中当时钟源有效的情况下可以实现时间的校正跟踪，假如发生网络故障的情况
下也依然能维持时间的稳定。保证网络在一定时间内保持精准的时间同步，因此采用基于UDP/IP的层次式时间分布模型的NTP机制可满足不同的互联网环境。推荐的相关gps卫星授时器型号为SYN2151型。 随着对时间同步精度要求的提高，ntp网络授时ms级别精度在许多对同步精度要求更高的领域已经无法满足需求。这种情况IEEE 1588 PTP受到许多用户的关注，PTP的全称是“网络测量和控制系统的精密时钟同步协议标准”。以SYN2411型IEEE1588主时钟为例，ptp授时精度高，可达到ns级别但是必须有硬件电路支持才可以使用需要主从搭配。ptp协议里面有两种对时方式，一种是mac方式，一种是udp模式，精度是一样的，常用的是udp模式。 时间报文是指由授时设备在接收到基准时间源后对时间信息进 行提取校正并按照一定格式输出的时间信息。例如SYN2306C型GPS 北斗授时导航接收机，时间报文一般与秒脉冲结合在一起使用，其授时原理如图所示，一般报文信息在秒脉冲脉冲后某一个时间间隔内输出，报文消息中包含了秒脉冲对应的时刻，秒脉冲的上升时间一般小于5ns，利用秒脉冲精度的上升沿可提供数ns级的授时精度。 目前时间报文中NEMA协议应用最为广泛，NEMA协议中与时间有关的命令主要有GGA、GLL、RMC等命令。 本文章版权归西安同步所有，尊重原创，严禁洗稿，未经授权，
北京中新创科技有限公司研制开发的网络时间服务器DNTS-3是一种小型的、可独立工作的基于NTP/SNTP协议的时间服务器，DNTS-3从GPS地球同步卫星上获取标准时钟信号信息，将这些信息在网络中传输，网络中需要时间信号的设备如计算机，控制器等设备就可以与标准时钟信号同步。标准的时钟信息通过TCP/IP网络传输，DNTS-3支持多种流行的时间发布协议，如NTP,time/UDP,还可支持可设置的UDP端口的中新创科定义的时间广播数据包。NTP和time/UDP的端口号分别固定于RFC-123和RFC-37指定的123和37。 DNTS-3使用非常简单，只需将GPS卫星接收天线输出接于DNTS-3的天线输入BNC口上，DNTS-3的网络口接于HUB上，整个网络就能时间同步了。 DNTS-3含内置接收机，只需将天线装置在无遮挡的户外，最佳的安装位置是楼顶；如需装在建筑物的外墙上请尽可能远离墙壁，以保证卫星信号的准确接收。 DNTS-3接收天线有10米，15米，30米户外接收天线和5米吸顶天线可供用户根据实际情况选择，中新创科可提供墙装支架。 DNTS-3采用19英寸标准机箱，1U高度，220V交流电源或-48V电源可选。 详细参数 支持协议 ARP,IP,UDP,ICMP,SNMP,TCP,TFTP,NTP/SNTP,time/UDP 网络口 10Base-T 1个RJ45座 串行口 DB9(male) RS-232/RS-422 接收机内置GPS接收机，内置晶体时钟 安装 19英寸,1U，带液晶时间显示面板 串行波特率 9600,8,O,1,NMEA0183输出 校时精度 1～10毫秒(依赖于网络负载) 协议兼容性以太网V2.0/IEEE 802.3,令牌环网802.2LLC 输入电源 220V,约300mA 使用环境 0℃ to +50℃ 质保 3年
第3章NTP网络授时系统服务器硬件设计 3.1 服务器端硬件系统结构图 NTP服务器的硬件设计，按照最小设计的原则，以保证整个硬件的尺寸符合要求，只提供系统所必须的功能，如串口、以太网口等。系统结构如图3-1所示： 图3-1 NTP服务器硬件实现框图 3.2 系统硬件选型 3.2.1 芯片选型 根据前面的需求分析和硬件总体设计，结合实际应用和实现的需要，选择以下硬件芯片，如表3-1所示。 表3-1 NTP服务器芯片选型
3.2.2 S3C4510B简介 本系统选择了ARM架构的Samsung的S3C4510B处理器作为整个服务器硬件的核心。 ARM(Advanced RISC Machines)架构是面向低预算市场设计的第一款RISC 微处理器，除了RISC的一些特点外，ARM体系结构还采用了一些特别的技术，在保证提高性能的前提下尽量缩小芯片的面积，并降低功耗。 ARM微处理器具有体积小、低功耗、低成本、高性能的特点，支持Thumb(16位)/ARM（32位）双指令集，大量使用存储器而使指令执行速度更快，寻址方式灵活简单，执行效率高，指令长度固定等优点，主要应用在工业控制、无线通讯、网络应用、消费电子、成像产品、安全产品、存储产品、汽车行业等领域[10]。 S3C4510B是Samsung公司生产的基于以太网应用的高性价比16/32位RISC 微控制器，内含一个由ARM公司设计的16/32位ARM7TDMI RISC处理器核[11]。另外，S3C4510B的片内外围功能模块主要包括： ——2个带缓冲描述符（Buffer Descriptor）的HDLC通道 ——2个UART通道 ——2个GDMA通道 ——2个32位定时器 ——18个可编程的I/O口 S3C4510B的片内逻辑电路包括： ——中断控制器 ——DRAM/SDRAM控制器 ——系统管理器 ——ROM/SRAM和FLASH控制器
GPS授时系统设计 摘要：使用GPS25一LVS OEM板(接收机)接收卫星信号，通过串口异步通信把数据传送给89C51单片机，单片机通过并口控制LED显示，从而实现GPS准确授时．同时，介绍了GPSOEM板输出的数据形式，并采用NMEA_0183格式中最常用的“$GPGGA”格式输出，由“$G —PGGA”数据输出格式可编写出相关的接收程序． 关键词：GPS授时；0EM板；秒脉冲 0 引言 时间信号的准确与否，直接关系到人们的日常生活、工业生产和社会发展．人们对时间精度的要求也越来越高．天文测时所依赖的是地球自转，而地球自转的不均匀性使得天文方法所得到的时间(世界时)精度只能达到9 10-．因此“原子钟”广 10-，“原子钟”精度可达12 泛运用到精密测量和日常生活、生产领域．GPS接收机授时系统是利用接收机接收卫星上的“原子钟”时间信号，然后把数据传输给单片机进行处理并显示出时间，由此可制作出GPS精密时钟．目前已有专门用于授时的授时型接收机，可以提供ns级的精确时间，但由于其价格昂贵，多数用户难以接受，因此无法普及．本文采用具有定时功能的GPS 0EM板的串口输出的协调世界时进行授时，可提供经济、实用、准确的公众时间，避免了因时钟不准确给生活、生产带来的不便．． 0.1 GPS系统简介
1973年12 月，美国国防部组织陆海空三军联合研制新一代的卫星导航系统：“Navigation Satellite Timing and Ranging/Global Positioning System”，意为“卫星测时测距导航全球定位系统”，简称 GPS。原系美国国防部军事系统中的一个组成部分，现已广泛应用于航海、航天、测量、通信、导航、智能交通等诸多领域。它是新一代精密卫星定位系统，是现代科学技术迅速发展的结晶。 GPS 是一种全球性、全天候的卫星无线电导航系统，可连续、实时地为无限多用户提供。由于 GPS 定位技术具有精度高、速度快、成本低的显著优点，因而己成为目前世界上应用范围最广、实用性最强的全球精密授时、测距和导航定位系统。这个系统向全球范围内的用户提供高精度的三维位置和精密时间信息。 0.2 GPS系统的组成 GPS 系统主要由 3 大部分组成，即空间星座部分、地面控制部分和用户设备部分（图 0-1）。 图 0-1 GPS 系统的组成 （1）、空间星座部分
gps授时系统的应用 将局域网上各种需要同步时钟的设备的时间信息基于GPS时间 偏差限定在足够小的范围内，这种时钟系统便就叫做GPS授时系统。有源同步和无源同步 任何时间应用系统都应该具有维持时间增长和缩减，该应用系统的用户获取时间的事实上已经成为世界上大多数时间应用系统的基 本唯一途径就是访问系统的时间保持体系该时间保时间标准，用户计算机内部的时间同步必须与有源实践同步，即必须引访问系统时间保持体系的过程就是用户将自己的时入GPS的时间信号才显得有绝对的意义，在这里，我钟与内部时间基准同步的过程。由于该系统的内部们将计算机网络中能够起到维持时间增长、保持时间时间基 准与外部时间没有关联，同步过程仅限于内稳定的体系称之为时间服务器部。所以，我们可称之为无源同步或相对同步。 世界协调时与国际原子时保持一致，国际时间管理局将分布在世界25个国家的10多个原子时标经过加权平均以后得到的时间，并且，世界所有官方的标准时间系统都遵从UTC的跳秒。 UTC时间被称为绝对标准时间，用于研究时，同时也被称为自然的物理时间。GPS信号中的高精密时间信号主要由每颗卫星上装载的两个艳原子钟和两个铆原子钟来维持，并且通过地面控制站与UTC保持同步。GPS的时间信号事实上已经成为世界上大多数时间应用系统的基本时间标准，所以研究计算机网络的时间同步必须研究有源同步，即必须引入GPS的时间信号才显得有绝对的意义，在这里，我们
将计算机网络中能够起到维持时间增长、保持时间稳定的体系称之为GPS授时系统。 时间传递方法 从GPS到时间服务器的传递 从GPS将PTS信号通过计算机网络时间服务器传递到网络时间客户单元必须经过两个步骤:即先从GPS到时间服务器的直接时间传递,和从时间服务器到时间客户单元的网络协议传递。 直接时间传递技术主要包括3种类型6种方式第1种类型是编码型,主要有串行口RS232C时间编码和IRIG一B时统编码两种方式。 其共同特征是将年月日时分秒毫秒等时间信息以二进制、BCD或者ASCll编码方式定义到被传递的电平位和字节中去通常以异步方式传递,连接使用标准接口,使用相对方便简洁。 第2种类型是脉冲型,主要有1pps，lppm，lpph种方式,它们都是周期脉冲定时信号,这些脉冲信号都有着固定的上升沿宽度和脉冲宽度要求,并且其上升沿都严格与UTC保持优于lus的同步准确度。 第3种类型是频率参考信号,往往是一种伴生调制信号。 gps授时系统产品 GPS授时系统在先有的时钟服务器的基础上，又大幅度提高授时系统的各项性能指标，使得减少故障率及提高工作效率。基本上完全可以和国外先进的GPS授时系统相媲美。 GPS授时系统接收GPS卫星和北斗卫星授时时间信号，将标准UTC 时间信息通过网络传输，为网络设备提供精确、标准、安全、可靠和
cmp r0,#5 bcs aaa add r0,r0,#1 aaa nop cmp r0,#5 addcc r0,r0,#1 bl指令完成两个功能：将子程序的返回地址保存在LR即R14同时将PC的值改为目标子程序的第一条指令的地址。 Start: Mov r0,#10 Mov r1,#3 Bl doadd Mov r1,r1,r0 Doadd Add r0,r0,r1 Mov pc,lr .end 用汇编程序实现IF语句的功能： Mov r0,#15 Mov r1,#12 Cmp r0,r1
Movhi r2,#100 Movls r2,#50 用汇编程序实现FOR循环的功能：Mov r0,#0 Mov r1,#10 Mov r2,#0 L1: cmp r0,r1 Bhs l2 Add r2,r2,#1 Add r0,r0,#1 B l1 L2: .end 用汇编语言实现WHILE循环While(x<=y) X=x*2; mov r0,#1 mov r1,#20 b l2 l1: mov r0,r0, lsl #1 l2: cmp r0,r1 bls l1 end
用汇编语言实现计算算术功能：n equ 100 .global _start -start: .arm arm_code: Ldr sp,=0x40003f00 Adr r0,thumbcode+1 Bx r0 .ltorg .thumb Thumb_code: Ldr r0,=n Bl sum_n B thumb_code Sum_n: Push {r1-r7,lr} Movs r2,r0 Beq sum_end Cmp r2,#1 Beq sum_end Mov r1,#1
北斗卫星导航和授时系统的地位和作用各国对自主建设卫星导航和授时系统的必要性，均有充分认识。 一、空间战略发展的需要 卫星导航系统是空间战略系统的重要组成部分，也是大国综合实力的体现。同时，卫星上天需要轨道位置，系统运行也需要频率资源。目前这些资源的大部分，已被美国的GPS和俄罗斯的格罗纳斯所占据，在剩余的资源中，按照“先用先赢”的国际法原则，北斗系统先建成，就先占用，而欧盟的伽利略系统由于只发射了４颗卫星，已注定在这场空间资源争夺赛中败下阵来。我们在空间战略上，已抢占了主动把握了先机。 二、国家安全的战略需要 2003年3月20日，伊拉克战争爆发，美军大批轰炸机、巡航导弹猛扑巴格达，炸弹和导弹一一精准命中目标，迅速摧毁了伊军作战力量。其中，指引方向和提供定位的，正是美军卫星导航系统—GPS。我们使用他国的卫星导航和授时系统，将在诸多方面受困：一是使用权上受制于人。伊拉克战争期间，我国的一艘远洋货轮就因拒绝了美军拦截检查，船用GPS导航仪遭信号关闭，被迫停驶。二是使用精度上受制于人。目前，世界上应用最广泛是美国的GPS系统，但其高精度的军用信号就连英国、法国等国也享用不到。所以，欧盟联合研制了自己的卫星导航系统—伽利略系统。三是易受电子欺骗。在战时，敌人可通过GPS系统注
入定位和时间误差，实施欺骗，这将导致导弹失准，指控失调、作战失败的灾难性后果。美、俄等国明确规定，国家安全系统不允许使用国外导航定位和授时服务。 三、社会经济发展的需要 卫星导航系统作为重要的空间基础设施，具有巨大的社会经济效益，有力地促进了国家经济建设，推动了社会发展。目前，已在测绘、电信、水利、气象、煤炭、交通、渔业、勘探、农业、森林防火和应急救援等各个领域发挥着重要作用。同时导航系统本身就是一个巨大的市场，而目前全球95%的市场份额被GPS所占据。
实验二ARM汇编语言程序设计 实验目的 1、了解ARM汇编语言程序的结构特点 2、了解ARM汇编语言程序的编写方法 3、掌握用ARM汇编语言设计简单程序 实验仪器设备及软件 ARM实验箱，计算机，ADS程序开发软件 实验原理 1、存储空间的格式 ARM920将存储空间视为从0开始由字节组成的线性集合，字节0-3中保存了第一个字，字节4-7中保存了第二个字，依此类推。字节还可以按小端格式或大端格式排列。ARM实验箱中存储器的配置见附录C。 2、ARM的寄存器 ARM状态下任何时刻都可以看到16个通过寄存器（r0-r15），1或2个状态寄存器(CPSR,SPSR)，在特权模式下会切换到具体模下的寄存器组。每个寄存器都是32位的，并且每个通用寄存器都可以作为数据处理的源数据或目标数据寄存器。因此可以编写出更精简的程序。 3、ARM指令的条件执行 状态寄存器中的N，Z，C，V是数据处理指令影响的标志。几乎每条ARM指令可以根据状态位或状态位的逻辑运算有条件执行。条件执行的指令后缀参考教材。 4、桶形移器 ARM的桶形移位器，使ARM指令的中第二个操作数非常录活。利用移位器，一条ARM 指令可以完成更多功能。移位操作有： LSL 逻辑左移 LSR 逻辑右移 ASL 算术左移 ASR 算术右移 ROR 循环右移 RRX 带扩展循环右称 实验内容 1、把内存中ramaddr开始的ramword个字清零 （1）用后变址法 ramaddr equ 0x31000000 ramword equ 64 clrram mov r0,#0 mov r1,#ramword ldr r2,=ramaddr clrram1 str r0,[r2]，#4 subs r1,r1,#1
GPS授时系统编辑 GPS授时系统是针对自动化系统中的计算机、控制装置等进行校时的高科技产品，GPS授时产品它从GPS卫星上获取标准的时间信号，将这些信息通过各种接口类型来传输给自动化系统中需要时间信息的设备（计算机、保护装置、故障录波器、事件顺序记录装置、安全自动装置、远动RTU），这样就可以达到整个系统的时间同步。 中文名GPS授时系统 外文名GPS time transfer system 设备计算机、保护装置 机组分散控制系统(DCS) 目录 1前言 2简介 1前言 编辑 随着计算机和网络通信技术的飞速发展，火电厂热工自动化系统数字化、网络化的时代已经到来。这一方面为各控制和信息系统之间的数据交换、分析和应用提供了更好的平台、另一方面对各种实时和历史数据时间标签的准确性也提出了更高的要求。 使用价格并不昂贵的GPS时钟来统一全厂各种系统的时钟，已是目前火电厂设计中采用的标准做法。电厂内的机组分散控制系统(DCS)、辅助系统可编程控制器(PLC)、厂级监控信息系统(SIS)、电厂管理信息系统(MIS)等的主时钟通过合适的GPS时钟信号接口，得到标准的TOD(年月日时分秒)时间，然后按各自的时钟同步机制，将系统内的从时钟偏差限定在足够小的范围内，从而达到全厂的时钟同步。 2简介 编辑 一、GPS时钟及输出 1.1 GPS时钟
全球定位系统(Global Positioning System，GPS)由一组美国国防部在1978年开始陆续发射的卫星所组成，共有24颗卫星运行在6个地心轨道平面内，根据时间和地点，地球上可见的卫星数量一直在4颗至11颗之间变化。 GPS时钟是一种接受GPS卫星发射的低功率无线电信号，通过计算得出GPS时间的接受装置。为获得准确的GPS时间，GPS时钟必须先接受到至少4颗GPS卫星的信号，计算出自己所在的三维位置。在已经得出具体位置后，GPS时钟只要接受到1颗GPS 卫星信号就能保证时钟的走时准确性。 作为火电厂的标准时钟，我们对GPS时钟的基本要求是：至少能同时跟踪8颗卫星，有尽可能短的冷、热启动时间，配有后备电池，有高精度、可灵活配置的时钟输出信号。 1.2 GPS时钟信号输出 目前，电厂用到的GPS时钟输出信号主要有以下三种类型： 1.2.1 1PPS/1PPM输出 此格式时间信号每秒或每分时输出一个脉冲。显然，时钟脉冲输出不含具体时间信息。 1.2.2 IRIG-B输出 IRIG(美国the Inter-Range Instrumentation Group)共有A、B、D、E、G、H几种编码标准(IRIG Standard 200-98)。其中在时钟同步应用中使用最多的是IRIG-B编码，有bc电平偏移(DC码)、1kHz正弦载波调幅(AC码)等格式。IRIG-B信号每秒输出一帧(1fps)，每帧长为一秒。一帧共有100个码元(100pps)，每个码元宽10ms，由不同正脉冲宽度的码元来代表二进制0、1和位置标志位(P)，见图1.2.2-1。 为便于理解，图1.2.2-2给出了某个IRIG-B时间帧的输出例子。其中的秒、分、时、天(自当年1月1日起天数)用BCD码表示，控制功能码(Control Functions，CF)和标准二进制当天秒数码(Straight Binary Seconds Time of Day，SBS)则以一串二进制“0”填充(CF和SBS可选用，本例未采用)。 1.2.3 RS-232/RS-422/RS-485输出 此时钟输出通过EIA标准串行接口发送一串以ASCII码表示的日期和时间报文，每秒输出一次。时间报文中可插入奇偶校验、时钟状态、诊断信息等。此输出目前无标准格式，下图为一个用17个字节发送标准时间的实例： 1.3电力自动化系统GPS时钟的应用
利用中国国家授时中心的时间服务器IP地址同步更新Windows系统电脑时间 大家都知道计算机电脑的时间是由一块电池供电保持的，而且准确度比较差经常出现走时不准的时候。通过互联网络上发布的一些公用网络时间服务器NTP server，就可以实现自动、定期的同步本机标准时间。依靠Windows系统默认的Windows或NIST等境外的时间服务器同步时间，总存在着访问堵塞、时间延迟大（同步精度低）等因素的影响。现在中国的国家授时中心发布了一个时间服务器地址，大家可以用国人自己的标准时间！ 方法一、采用系统自带的时间同步功能 以Vista操作系统为例（WinXP相同）。 单击系统托盘下方的时间，单击弹出窗口里的“更改日期和时间设置”，弹出“日期和时间”对话框，选择“Internet时间”选项卡，单击“更改设置”按钮，弹出“Internet时间设置”对话框，在服务器地址栏输入国家授时中心服务器的IP地址：210.72.145.44，单击“立即更新”按钮，同步完成后点击“确定”按钮退出，OK。 方法二、修改注册表，提高时间同步精度 由于系统默认的时间同步间隔是7天，我们无法自由选择，使得这个功能在灵活性方面大打折扣。其实，我们也可以通过修改注册表来手动修改它的自动同步间隔以提高同步精度，以下以Vista系统为例（WinXP 相同）。 1. 在“开始”菜单→“运行”项下（或按Win+R）输入“Regedit”进入注册表编辑器。 2. 展开[HKEY_LOCAL_MACHINE\SYSTEM\CurrentControlSet\Services\W32Time\Parameters]分支，双击NtpServer将键值修改为国家授时中心服务器的IP地址：210.72.145.44，然后点击“确定”按钮保存。 （注：若已用过方法一，此步可以省略） 3. 展开 [HKEY_LOCAL_MACHINE\SYSTEM\CurrentControlSet\Services\W32Time\TimeProviders\NtpClient]分支，并双击SpecialPollInterval键值，将对话框中的“基数栏”选择到“十进制”上，输入框中显示的数字正是自动对时的间隔(以秒为单位)，比如默认的604800就是由7(天)×24(时)×60(分)×60(秒)计算来的。设定时间同步周期（建议设为900=15分钟，3600=1小时，86400=24小时等周期值），填入对话框，点击确定保存关闭对话框。 中国国家授时中心: https://www.doczj.com/doc/4f9500858.html,/stime.asp
基于单片机的GPS授时系统设计分析 摘要随着科学技术的进步，增强型单片机的出现，使很多领域发生的革命，其作用使仪表向微型化、智能化、数字化发展，同时也提高仪表的精度、速度和自动化程度。本文通过GPS授时原理的分析，设计出了利用单片机把GPS 的时间信号转化成GPS时间并显示在显示屏上的过程，既经济又有效，同时也为生产生活提供精确时间。 关键词GPS授时；单片机；精确时间 0 引言 随着人类在各行各业取得进步，科学技术也得到最大限度的发展，原子钟的使用可以使时间精度达到纳秒级，同时精确的时间也为科学技术的发展提供最基本的保障。GPS授时系统就是利用一定的接收设备接收卫星上的原子钟的精确时间信号，传送给单片机，单片机处理后并发往显示设备，为人们的生产生活提供精确的时间。 GPS全球定位系统是通过美国通讯卫星高精度、可连续、实时定位模式下的定位系统，它可以同时向用户发送用户的三维坐标和精确定时。能为全球性、全能性（陆地、海洋、航空与航天）、全天候性优势的导航定位、定时、测速系统等服务。GPS由三个系统组成：空间卫星系统、地面监控系统和用户接收系统。 目前，单片机主要应用于工业领域，单片机除了具有数值计算能力，还有相当强大的控制功能，用于实时监测和实时控制，在各个领域具有非常重要的作用。 本文利用单片机和普通的接收机设计GPS授时系统，获得精确的GPS时间,既可以对设备进行精确控制，也可以使系统内的所有设备时间同步，比之当前价格昂贵的授时型接收机经济、实用，更容易使公众接受。 1 GPS授时系统原理 GPS系统分3大部分：一是空间卫星系统，有工作卫星21颗，备用卫星3颗；二是地面监控系统，主控站1个，注入站3个，监测站5个；三是GPS用户接收系统，包括接收机、单片机、显示屏。 1.1空间卫星系统 GPS系统中有工作卫星21颗，备用卫星3颗．每颗卫星上都有4台高精度原子钟（铆钟和艳钟各2个），这也是GPS卫星的核心设备。它发射出标准频率，为GPS定位提供精度非常高的时间信号。这些卫星都是等间隔地分布在6个轨道面上，轨道面夹角为60°，这样分布方式可以保证了地球上的所有位置均有4颗以上的GPS卫星同时存在。GPS卫星定位精度高，虽然在地面无线电波定位精度受到的干扰比较大，而且受电离层和对流层的影响，但是通过人们对电离层和对流层的传播规律的认识，也找到了解决办法，建立起了误差修正模型，可以获得精确的时间信息。 1.2地面监控系统 地面监控系统包括主控站、监测站和注入站，主控站位于加利福尼亚州科罗拉多的Falcon空军基地联合航天工作中心．主控站主要接收GPS卫星信号，以及协调和管理所有地面监控系统的工作。 1.3 GPS用户系统 GPS用户接收系统主要有用户接收机、控制部分（单片机）和显示设备。接收机接收GPS卫星发送的星历参数和时间信号，然后把这些数据传送给单片机，
嵌入式系统中精确的卫星定位授时与同步 要：介绍卫星定位、授时与同步的特点与基本原理；详细阐述现代卫星信号接收体系的硬软件设计思想以及如何在系统设计中嵌入应用导航卫星实现的精确的物体定位、时钟授时和同步数据采集控制。 关键词：LNA RF 基带处理芯片组一体化模块卫星定位授时与同步 利用导航卫星，进行物体定位、时钟授时与同步数据采集控制，可以达到传统测量控制手段所不及的精确程度。这种卫星定位授时同步技术在航空航海、陆上交通、科学考察、极地探险、地理测量、气象预报、设备巡检、系统监控等方面的应用日益广泛。近年来，很多厂商,如Atmel、ST、Motorola、Maxim、NEC、Fijitsu、Conexant等，相继推出了许多相关卫星定位授时同步的芯片组与模块，为设计出稳定可靠、简洁便携的仪表仪器，提供了很多有效的便捷途径。本文对现有的卫星信号接收芯片组或模块如何构成各种结构紧凑、成本低廉、简单易用、性能优良的卫星信号接收通道，怎样嵌入到不同的实际应用系统中实现精确的物体定位、时钟授时或同步数据采集控制的各种类型设计进行综合阐述。 1 卫星定位授时同步概述 卫星定位授时同步技术中的关键部件是人造地球导航卫星组。目前，主要的导航卫星组有美国的全球卫星定位系统GPS、俄罗斯的全球导航卫星系统GLONASS(Global Navigat ion System)、中国的北斗导航系统和欧盟的伽利略全球导航系统Galileo。这几种导航卫星系统的特征与应用状况如表1所列。
卫星导航系统通常由三部分组成：导航卫星、地面监测校正维护系统和用户接收机或收发机。对于北斗局域卫星导航系统，地面监测中心要帮助用户一起完成定位授时同步。本文重点阐述的是用户接收或收发部分的嵌入式硬软件应用设计。 在民用方面，GPS、GLONASS和北斗的定位精度是米级，卫星授时时钟精度是毫秒级，数据同步能力在1 μs以下。未来的Galileo导航卫星系统，其民用定位授时同步精度是GPS的10倍左右。上述几种导航卫星系统中，GPS是能够进行全方位、全天候、长时期卫星定位授时同步的最好的卫星导航设备。目前，美国与俄罗斯一道正在维护GLONA SS，共同构成GPS + GLONASS系统，卫星数目倍增，卫星定位授时同步的精度、范围、效率和可靠性将会得到更进一步的提高。 2 卫星定位授时同步的基本原理 卫星导航基于多普勒效应的多普勒频移规律：fΔ=λ/ν式中，fΔ为运行物体之间的电磁波信号频率变化，λ是其信号电磁波的波长，ν是其相对速度。 上式说明所接收卫星信号的多普勒频移曲线与卫星轨道有一一对应关系。也就是说，只要获得卫星的多普勒频移曲线，就可确定卫星的轨道。反之，已知卫星运行轨道，根据所接收到的多普勒频移曲线，便能确定接收体的地面位置。 全球卫星导航的基本原理是：卫星发射导航电文，其中包括测距精度因子、开普勒参数、轨道摄动参数、卫星钟差参数νti、大气传播迟延修正参数等。地面接收机根据码分多址C DMA(Code Division Multiple Access)或频分多址FDMA(Frequency Division Multiple A ccess)的特点区分各导航卫星，接收并识别相应的导航电文，测量发来信号的传播时间Δti，