基于STM32的SNTP授时服务器的研究与设计

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                    ???? 摘要：针对工控领域对时间同步的要求，给出了以STM32和W5100为核心来搭建网络硬件平台，并在其上实现简单网络时间协议(SNTP)，从而建立嵌入式授时服务器的设计与实现方法。该系统运行稳定，能够实现网络时间同步。
　　0 引言
　　随着信息技术和网络技术的飞速发展，网络互连已经渗透到国民经济的各行各业。而网络时间同步也越来越受到重视，特别是局域网时间同步在国家安全和国民经济的诸多领域(如国防军工、电信网、金融业、交通运输、电子商务和电力系统等部门)越发不可或缺。随着嵌入式技术的发展，嵌入式与网络时间同步技术的结合，无疑具有良好的发展前景。
　　1 方案设计
　　目前网络授时的实现方法有很多种，本文采用自行设计的嵌入式系统并在上面实现SNTP协议。从而完成网络时间的同步。其系统框图如图l所示。



　　图2中，T1为客户方发送查询请求时间(以客户方时间系统为参照)，T2为服务器收到查询请求时间(以服务器时间系统为参照)，T3为服务器回复时间信息包时间(以服务器时间系统为参照)，T4为客户方收到时间信息包时间(以客户方时间系统为参照)，D1为请求信息在网上传播所消耗的时间，D2为回复信息在网上传播所消耗的时间。假设请求和回复在网上的传播时间相同，即：δ1=δ2，则可得出如下公式：



　　图3中，U为跳跃指示器，可警告在当月最后一天的最终时刻插入的迫近闺秒(闺秒)。VN表示版本号。Mode为模式，该字段包括以下值：
　　O(预留)；1(对称行为)；3(客户机)；4(服务器)；5(广播)；6(NTP控制信息)。Stratum用于对本地时钟级别的整体识别。Poll表示有符号整数表示连续信息间的最大间隔。Precision表示有符号整数，表示本地时钟精确度。Root Delay为有符号固定点序号，表示主要参考源的总延迟，如很短时间内的15到16间的分段点。Root Dispersion为无符号固定点序号表示相对于主要参考源的正常差错，如很短时间内的位15到16间的分段点。
　　Reference Identifier为识别特殊参考源。Originate Timestamp是向服务器请求分离客户机的时间，采用64位时标(Timestamp)格式。? Receive Timestamp是向服务器请求到达客户机的时间。也采用64位时标(Timestamp)格式。Transmit Timestamp是向客户机答复分离服务器的时间。采用64位时标(Timestamp)格式。
　　3 硬件设计
　　图4所示为W5100部分的电路图，图中给出了W5100与STM32的连接方式及其外围电路。



　　4 SNTP服务器的软件设计
　　SNTP服务器的软件设计主要可分为两个部分：W5100的驱动设计和SNTP协议的软件实现。其软件流程图如图6所示。



　　首先，利用ST公司提供的固件库可初始化STM32的系统配置，把SPI接口配置为两线单向全双工传输、主模式，以8位数据帧的格式进行传输；同时配置RTC模块产生秒脉冲，再与日历算法结合得到自身的系统时间，然后通过GPS的秒脉冲PPS修正系统时间。再通过配置W5100公共寄存器和端口寄存器来完成它的基本设置、网络信息以及端口存储器信息的没置，使之为UDP服务器模式。此后，W5100处于*状态，一旦W5100的SOCKET端口有中断事件，W5100将触发STM32的外部中断，STM32若检测到SoekRecvflag发生改变，则立即开始SNTP协议的解析。
　　接收SNTP协议包后，便可记录收到报文的时间T2，然后从报文中解析出时间戳T1，再将T1、T2封装成新的报文进行发送，同时发送时再记录一个发送时间T3。
　　5 结束语
　　本文基于STM32和W5100搭建了一个网络服务器硬件平台，并在其上实现了SNTP同步时间报文。经测试，本系统运行稳定，并可实现对客户端PC机的时钟同步。通过该系统可有效解决工业控制等领域的时间不同步问题。