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基于W5100的NTP时间服务器的研究与实现

作　者: 孙林
导　师: 胡永辉; 侯雷
学　校: 中国科学院研究生院（国家授时中心）
专　业: 通信与信息系统
关键词: 网络时间协议时间同步嵌入式系统 W5100 GPS
分类号: TP393.05
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 64次
引　用: 1次
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内容摘要

随着网络在人们的工作和生活中发挥着越来越大的作用，信息技术和网络技术日益广泛地应用于各个行业和领域，而其中的很多关键技术和应用都要基于时间同步技术来实现。特别是局域网时间同步技术在国民经济和国家安全等诸多领域变的越来越不可或缺，例如电信业、交通运输、电子商务、金融业、电力系统、国防军工等领域，因此人们对局域网时间同步精度提出了更高的要求。本文提出了一种基于W5100的百兆网络NTP时间服务器设计方案，为客户端提供高精度的时间信息，从而实现客户端与服务器时间同步的功能。首先，本文简单介绍了NTP时间服务器的相关知识，结合网络时间系统的特点和计算机系统时间同步的要求，分析了系统硬件和软件需求，提出了系统的硬件和软件设计方案。其次，本文提出了一种基于W5100的NTP时间服务器的设计架构，完成了设计方案的建立、芯片的选型，对各个模块的功能、结构和工作原理进行了相应的功能验证和性能分析。硬件设计具体采用32位ARM STM32F103RBT6芯片作为微处理器芯片，以高集成度芯片W5100作为网络接口芯片，并集成了GPS卫星接收模块，设计开发了具有多通信端口的NTP时间服务器电路板模块。再次，完成了NTP时间服务器端的软件部分设计，本设计的软件设计部分是基于ARM微处理器芯片的中断处理机制来进行的。使用RealView MDK进行了软件开发，结合KeilμVision4集成开发软件和RealView编译器进行软件的编写，编译、仿真和软硬件联调测试的工作。从而实现了NTP时间服务器的授时服务功能。最后，通过测试表明，本文所设计的NTP时间服务器应用情况良好，这种设计方案既有工程应用的价值，也有一定的理论意义。

全文目录

致谢  3-4
摘要  4-5
ABSTRACT  5-6
目录  6-9
图表目录  9-11
1 绪论  11-15
  1.1 研究背景  11-12
  1.2 国内外研究现状  12-13
  1.3 课题来源  13
  1.4 文章主要工作  13-14
  1.5 文章组织结构  14-15
2 NTP 协议简析及相关技术介绍  15-21
  2.1 关于 NTP 协议  15-19
    2.1.1 NTP 工作原理介绍  16
    2.1.2 NTP 工作模式介绍  16-17
    2.1.3 NTP 报文格式介绍  17-19
  2.2 时间源简析  19-21
3 NTP 时间服务器硬件设计  21-37
  3.1 NTP 时间服务器设计目标及硬件需求  21
    3.1.1 NTP 时间服务器设计目标  21
    3.1.2 NTP 时间服务器硬件需求  21
  3.2 NTP 时间服务器硬件设计方案  21-22
  3.3 服务器硬件设计结构框图  22-24
  3.4 NTP 时间服务器主要器件选型  24-30
    3.4.1 时间源部分  24-25
    3.4.2 数据处理及控制部分  25-27
    3.4.3 网络接口部分  27-30
  3.5 NTP 时间服务器硬件电路设计  30-37
    3.5.1 数据处理及控制电路设计  30
    3.5.2 网络接口电路设计  30-32
    3.5.3 RJ45 接口设计  32
    3.5.4 存储器 EEPROM 接口设计  32-33
    3.5.5 复位电路设计  33
    3.5.6 电源电路设计  33-34
    3.5.7 JTAG 接口设计  34-35
    3.5.8 RS232 串行接口设计  35-37
4 NTP 时间服务器软件设计  37-53
  4.1 NTP 时间服务器软件需求  37
  4.2 NTP 时间服务器软件设计方案  37-38
  4.3 系统开发平台简介  38-39
    4.3.1 关于 RealView MDK  38
    4.3.2 软件开发环境  38-39
  4.4 关于 NTP 时间服务器实验板  39-41
    4.4.1 服务器的工作原理  39-40
    4.4.2 套接字简述  40
    4.4.3 基于 UDP 的套接字的 socket 编程  40-41
  4.5 GPS 时钟源模块  41-44
    4.5.1 GPS 数据接收  41-42
    4.5.2 本地时钟实现的程序设计  42-44
  4.6 服务器的软件设计流程  44-53
    4.6.1 STM32 初始化程序设计  44-45
    4.6.2 网络通信参数加载程序设计  45
    4.6.3 W5100 初始化程序设计  45-46
    4.6.4 网络数据处理程序设计  46-47
    4.6.5 NTP 协议程序设计过程  47-48
    4.6.6 NTP 时间服务器软件代码的编译、下载和移植  48-53
5 NTP 时间服务器的使用方法及测试性能分析  53-63
  5.1 NTP 时间服务器的使用方法  53-59
    5.1.1 NTP 时间服务器硬件配置  53-54
    5.1.2 NTP 时间服务器串口配置  54
    5.1.3 实验板与计算机的连接  54
    5.1.4 设置本机 IP 地址  54-55
    5.1.5 DOS 状态下的“ping”命令  55
    5.1.6 NTP 时间服务器实验板的校时测试  55-59
  5.2 NTP 时间服务器的测试平台的搭建和性能分析  59-61
  5.3 NTP 时间服务器的测试结果分析  61-63
6 总结与展望  63-65
  6.1 课题总结  63
  6.2 课题展望  63-65
参考文献  65-67
个人简介及硕士期间发表的学术论文与研究成果  67-69

基于W5100的NTP时间服务器的研究与实现

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