基于STM32的SNTP授時(shí)服務(wù)器的研究與設計

摘要：針對工控領(lǐng)域對時(shí)間同步的要求，給出了以STM32和W5100為核心來(lái)搭建網(wǎng)絡(luò )硬件平臺，并在其上實(shí)現簡(jiǎn)單網(wǎng)絡(luò )時(shí)間協(xié)議(SNTP)，從而建立嵌入式授時(shí)服務(wù)器的設計與實(shí)現方法。該系統運行穩定，能夠實(shí)現網(wǎng)絡(luò )時(shí)間同步。
關(guān)鍵詞：STM32處理器；SNTP授時(shí)；簡(jiǎn)單網(wǎng)絡(luò )時(shí)間協(xié)議；時(shí)間同步

O 引言
隨著(zhù)信息技術(shù)和網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的飛速發(fā)展，網(wǎng)絡(luò )互連已經(jīng)滲透到國民經(jīng)濟的各行各業(yè)。而網(wǎng)絡(luò )時(shí)間同步也越來(lái)越受到重視，特別是局域網(wǎng)時(shí)間同步在國家安全和國民經(jīng)濟的諸多領(lǐng)域(如國防軍工、電信網(wǎng)、金融業(yè)、交通運輸、電子商務(wù)和電力系統等部門(mén))越發(fā)不可或缺。隨著(zhù)嵌入式技術(shù)的發(fā)展，嵌入式與網(wǎng)絡(luò )時(shí)間同步技術(shù)的結合，無(wú)疑具有良好的發(fā)展前景。

1 方案設計
目前網(wǎng)絡(luò )授時(shí)的實(shí)現方法有很多種，本文采用自行設計的嵌入式系統并在上面實(shí)現SNTP協(xié)議。從而完成網(wǎng)絡(luò )時(shí)間的同步。其系統框圖如圖l所示。

本系統采用C／S模型，分為網(wǎng)絡(luò )授時(shí)同步服務(wù)器和客戶(hù)端兩大部分，本文主要對網(wǎng)絡(luò )授時(shí)服務(wù)器部分進(jìn)行研究。
在網(wǎng)絡(luò )授時(shí)同步服務(wù)器中，處理器STM32f103由內部RTC模塊結合日歷算法來(lái)給出時(shí)間信息(年月日時(shí)分秒)，再從GPS獲取時(shí)間信息，并修正自己的時(shí)間，最后結合W5100芯片搭建出一個(gè)時(shí)間服務(wù)器。當客戶(hù)端向服務(wù)器發(fā)出請求時(shí)，便可同步地統一客戶(hù)端的時(shí)間信息，并達到ms級精度。網(wǎng)絡(luò )傳輸時(shí)需實(shí)現SNTP應用層協(xié)議，設計中通過(guò)構造SNTP協(xié)議包，并根據同步算法可計算出包交換的往返延遲。
本系統采用ST公司基于Cortex-M3內核的STM32系列處理器．Cortex-M3內核是專(zhuān)門(mén)用于設計高性能、低功耗、低成本、實(shí)時(shí)性嵌入式應用
系統的處理器核，它在提升性能的同時(shí)，又提高了代碼密度的Thumb-2指令集，同時(shí)也大幅度提高了中斷響應的緊耦合嵌套向量中斷控制器的性能。所有新功能都同時(shí)具有業(yè)界最優(yōu)的功耗水平。
TCP／IP協(xié)議棧的實(shí)現采用的固件芯片W5100是韓國WIZnet公司推出的固件網(wǎng)絡(luò )芯片，它集TCP／IP協(xié)議棧、以太網(wǎng)MAC和PHY為一體，可支
持TCP，UDP、ICMP、IGMP、IPv4、ARP，PPPoE、Ethemet等網(wǎng)絡(luò )協(xié)議；同時(shí)支持4個(gè)獨立的Socket通信，內部16 K字節的發(fā)送／接收緩沖區可
快速進(jìn)行數據交換，最大通信速率可達到25Mbps。此外，W5100還內嵌10BaseT／100BaseTX以太網(wǎng)物理層，可支持自動(dòng)應答(全雙工／半雙工
模式)，并提供多種總線(xiàn)(兩種并行總線(xiàn)和SPI總線(xiàn))接口方式，可以方便地與各種MCU連接。W5100器件的推出大大簡(jiǎn)化了硬件電路設計，可使微控制器在沒(méi)有操作系統支持的情況下，真正的實(shí)現單芯片接入Internet。