Kylin İşletim Sistemi Platformunun Soft-Time Senkronizasyon Yöntemi Üzerine "Akademik Rapor" Araştırması
Özet:
Şu anda, ölçüm ve kontrol bilgisayar sistemlerinin yerelleştirme hızı giderek artıyor ve Kylin işletim sistemi platformu altında yazılım zamanlamasının keşfi hala emekleme aşamasında. Zamanlama sistemi için yazılım tabanlı bir tasarım planı önerilmiş ve ilgili teknik göstergeler test edilmiş ve doğrulanmıştır.Sonuçlar, yazılım zamanlama sisteminin performans göstergelerinin teknik gereksinimleri karşıladığını ve yazılım zamanlama sisteminin sonraki gelişimi için teknik destek sağladığını göstermektedir.
Çince alıntı biçimi: Li Yonggang, Li Xinquan, Guo Libing ve diğerleri.Kylin işletim sistemi platformunun yumuşak zaman senkronizasyon yöntemi üzerine araştırma.Elektronik Teknoloji Uygulaması, 2018, 44 (9): 129-133.
İngilizce alıntı biçimi: Li Yonggang, Li Xinquan, Guo Libing ve diğerleri.Kylin işletim sistemi üzerinde yazılım zaman senkronizasyon projesinin araştırılması.Elektronik Tekniğin Uygulanması, 2018, 44 (9): 129-133.
0 Önsöz
Geleneksel ağ zamanlama protokolleri, temel olarak IEEE 1588 ağ ölçüm ve kontrol sistemine dayalı Ağ Zaman Protokolünü (NTP) ve Hassas Zaman Protokolünü (PTP) içerir. NTP ağ zaman senkronizasyon yönteminin doğruluğu yalnızca 10 ms düzeyine ulaşabildiğinden, birçok sistem ve cihazda ortak çalışmayı gerçekleştirmek ve yüksek hassasiyetli ölçüm ve kontrolü hedeflemek zordur. PTP protokolü, bir IP / Ethernet mimari ağında mikrosaniyenin altında zaman senkronizasyonu sağlamak için fiziksel katman zaman etiketleri ve sınır saatleri gibi teknolojileri kullanır ve teorik doğruluk, NTP'den 10.000 kat daha doğrudur.
Havacılık ölçüm ve kontrol sisteminin yerelleştirme hızı artmış ve merkezi bilgisayar sistemi tamamen yerelleştirilmiştir. Şu anda, merkezi bilgisayar zaman birleşik sistemi, tek bir sistem arızası noktasıdır ve acil durum anahtarlaması uzun bir zaman alır, bu da görev gereksinimlerini karşılamaktan uzaktır ve zamana dayalı etkin yedekleme sorununu çözmek için etkili bir acil durum çözümü bulamamıştır. Kylin işletim sistemi platformu yazılım zaman sistemi, sistemdeki her düğümün zamanlamasını ve zaman senkronizasyonunu tamamlamak için IEEE 1588 standart PTP zaman senkronizasyon protokolünü temel alır, mevcut ortamdaki donanımın mevcut özelliklerinden tam olarak faydalanır, donanım mimarisinde önemli değişikliklerden kaçınır ve azalır Donanım satın alma maliyeti. Öte yandan, yazılım zaman sistemi, doğruluk sağlayan ve esnekliği artıran donanım zaman sisteminin darbe sinyali ve zamanlayıcı işlevlerini uygulamak için Kylin işletim sisteminin yüksek hassasiyetli zamanlayıcı mekanizmasını kullanır.
1 Yumuşak zaman senkronizasyon yöntemi tasarımı
1.1 Sistem topolojisi
Yazılım zaman sistemi, sistemdeki her bir düğümün zamanlamasını ve zaman senkronizasyonunu tamamlamak için IEEE 1588 standart PTP zaman senkronizasyon protokolünü temel alır, mevcut ortamdaki donanımın mevcut özelliklerinden tam olarak yararlanır, donanım mimarisinde önemli değişikliklerden kaçınır ve donanım tedarik maliyetlerini azaltır. Öte yandan, yazılım zaman sistemi, darbe sinyali ve zamanlayıcı işlevlerini uygulamak için işletim sisteminin zaman kesme mekanizmasını kullanır ve esnekliği artırırken doğruluğu sağlar. Topoloji Şekil 1'de gösterilmektedir.
(1) B kodu makinesi
B kodu makinesi, zaman senkronizasyon bilgisini üst katman saat kaynağından alır ve her B kodu terminaline dağıtır. Ve B kodu makinesi zaman bilgisinin ayarlanmasını destekler, böylece "zaman atlama" gibi fonksiyonları destekler.
(2) PTP saat sunucusu
PTP saat sunucusu, B kodu iletim sisteminde B kodu zaman bilgisini alan ve çözen bir B kodu terminali olarak hareket eder. Aynı zamanda, PTP alanında, PTP saat sunucusu aynı zamanda PTP ana saati olarak hizmet eder ve çözülen B kodu zaman bilgisi, PTP ana saatine ayarlanacak ve daha sonra PTP alanında PTP sınır saati aracılığıyla iletilecek ve senkronize edilecektir.
(3) PTP anahtarı
PTP anahtarı, IEEE 1588 standardını destekleyen bir Ethernet anahtarıdır. PTP alanındaki sınır saati (BC) olarak, PTP anahtarı, Ethernet çerçeve alışverişinin belirsizliğinin zamanlama doğruluğu üzerindeki etkisini büyük ölçüde azaltır. PTP anahtarı, PTP saat sunucusunun PTP çerçevesini işler ve bunu her terminal düğümüne gönderir, böylece her düğümün zaman senkronizasyonunu gerçekleştirir.
(4) Terminal düğümü
Terminal düğümü, PTP protokolünü destekleyen bir ağ kartı ve bir PTP hizmet programı ile donatılmış iş uygulamaları için bir çalışma platformudur ve işletim sistemi çekirdeği gerçek zamanlı bir çekirdek gerektirir. PTP alanında, terminal düğümü, alandaki saat bilgisini alan ve senkronize eden bir bağımlı saat görevi görür. Aynı zamanda, terminal düğümünün işletim sistemi, görevlerin doğru ve senkronize bir şekilde yürütülmesini sağlamak için uygulamalar için zamanlayıcı ve darbe sinyali işlevleri sağlar. Ek olarak, terminal düğümü ağ kartı saatine dayanır ve belirli bir zamanı tutma becerisine sahiptir.
1.2 Yumuşak zaman sistem mimarisi
Yazılım zaman sistemi, PTP protokol yığınının yanı sıra PTP bağımlı saat yönetimi, darbe sinyalleri ve zamanlayıcılar gibi işlevleri uygulamak için terminal düğümünde konuşlandırılmıştır Ana modüller Şekil 2'de gösterilmektedir.
(1) Yazılım zaman sistemi hizmet programı
Yazılım sisteminin çekirdek dışı yönetim programı, yazılım sisteminin çeşitli modüllerinin yüklenmesinden ve PTP hizmetinin yapılandırılmasından ve yönetiminden sorumludur.
(2) Zamanlayıcı arayüzü
Çekirdek yüksek hassasiyetli saate dayalı bir zamanlayıcı çağrı API'si sağlayın ve tek seferlik zamanlama işlevini destekleyin.
(3) Darbe sinyali arayüzü
API'yi çağırmak için programlanabilir darbe sinyali sağlayın.
(4) Zaman bilgisi arayüzü
API'yi çağırmak için senkronizasyon saati bilgisi sağlayın.
(5) Darbe sinyal modülü
Programlanabilir darbe sinyali tetikleme işlevi, işletim sisteminin yüksek hassasiyetli saatine bağlı olarak gerçekleştirilir ve talepte açıklanan çoklu darbe sinyali frekansları desteklenir.
(6) PTP saat modülü
Ağ kartı cihazının donanım saatine bağlı olarak, zaman tutmayı ve ağ kartı saatinin okuma ve ayarlama işlevini gerçekleştirir.
2 Yazılım zaman sistemi senkronizasyon testi doğrulaması
PTP protokolüne dayalı olarak yumuşak zaman sisteminin zaman senkronizasyon performansının kapsamlı testi, temelde darbe kesme sinyali (Saat) tetikleme gecikmesi (Gecikme) ve zamanlama doğruluğu sapması (Ofset) iki bölüm içerir. Zamanlama doğruluğu sapmasını (Ofset) test ederken, veriyi daha ikna edici hale getirmek için ana saatten sapmayı test etmek gerekir.Ancak ana saatten ağ kartına sapma test yazılımı tarafından test edilemediği için PTP tanıtılmıştır. Zaman senkronizasyon panosu bir köprü ve kıyaslama olarak kullanılır, yani PTP zaman senkronizasyon panosu ile ana saat arasındaki sapmayı ve ağ kartı ile PTP zaman senkronizasyon panosu arasındaki sapmayı ayrı ayrı test eder ve ardından ağ kartı ile ana saat arasındaki sapmayı hesaplar.
2.1 Senkron test yöntemi
Yazılım zaman senkronizasyon performansını PTP protokolüne dayalı olarak test ederken, yüksek hassasiyetli ana saatin, yani PTP zaman sunucusunun, PCIe arayüzü tabanlı PTP yüksek hassasiyetli zaman senkronizasyon kartının ve zaman test cihazının kullanılması gerekir. Yüksek hassasiyetli ana saat, yani PTP zaman sunucusu, Beidou / GPS / IRIG-B / PTP / yer, vb. Gibi çeşitli giriş sinyallerini destekler. Opsiyoneldir ve yazılım yapılandırmasını destekler. 16 kanal (bir eklenti seçin) veya 32 kanal (iki eklenti seçin) ile donatılmış B kodu zaman sinyali çıkış arayüzü; aynı zamanda, standart olarak Gigabit Ethernet anahtarı veya PTP anahtarı ile kullanılabilen 2 fiziksel ve tamamen izole PTP zaman sinyali çıkış arayüzü ile donatılmıştır. Genişletme, 1.000'den fazla müşteriyi destekler.
PCIe arayüzüne dayalı PTP yüksek hassasiyetli zaman senkronizasyon kartı, PCIe arayüzü aracılığıyla sunucuya doğrudan zaman sağlar. IEEE 1588-2008 zaman hizmet protokolünü destekleyin. Bellek I / O haritalama ve tescilli işletim sistemi zaman senkronizasyon algoritmaları sayesinde, endüstri lideri uygulama zamanlama doğruluğu elde edilir; uygulamalar belleğe erişerek saniyede 1 milyondan fazla okuyabilir ve okuma süresi doğruluğu 600 ns'den daha iyidir. Zaman senkronizasyonu performans test programı Şekil 3'te gösterilmektedir.
2.2 Yumuşak zaman sistemi test sonuçlarının analizi
2.2.1 Yazılım zaman senkronizasyon testi
PTP ağ kartı ve PTP kartının zamanını karşılaştıran bir test programı tasarlayın Önce ağ kartı zamanı t1'i, ardından PCIe PTP kartı zamanı t2'yi ve sonra ağ kartı zamanı t3'ü alın. Ağ kartı ile kart 2 = t3-t2 arasındaki farkı ve bu sefer kart ve ağ kartını getirmek için gereken süreyi hesaplayın 3 = t3-t1.
PCIe PTP kartı ile PTP ağ kartı arasındaki zaman sapmasının test sonuçları Şekil 4 ila Şekil 6'da gösterilmektedir.
Sonuçlara göre testte 2'nin 10 s'den büyük olması mümkündür. Sonuçları daha iyi gözlemlemek için, zamana göre hizalanmış sonuçları sıralayabilir ve Şekil 7 ve Şekil 8'de gösterildiği gibi, 210 s'den büyük olduktan sonra yalnızca 2 ve 3 ve 3- 2 sonuçlarını görüntüleyebilirsiniz.
Şekil 4'ten Şekil 6'ya kadar görülebileceği gibi, ağ kartı ile PCIe PTP kartı arasındaki sapma bazen 20 s'yi aşabilir, ancak şu anda yazılımın yürütülmesi de uzun zaman alacaktır. Yazılımın getirdiği hata ile ağ kartı ve PCIe PTP kartı arasındaki zaman sapması arasındaki ilişkiyi daha net görebilmek için, test sonuçları yazılım yürütme süresine göre sıralanır ve Şekil 9-11 elde edilir.
Şekil 9'dan Şekil 11'e kadar, yazılım yürütme süresi 4 s olduğunda, ağ kartı ile PCIe PTP kartı arasındaki sapmanın yaklaşık 2 s olduğu görülebilir.
Özetle, ağ kartı eşleşmesini değerlendirmek için PCIe PTP kartı kullanılırken, belirli bir hata ortaya çıkmasına rağmen, ağ kartı ile PCIe PTP kartı arasındaki sürenin maksimum sapması yaklaşık 2 s, artı PCIe PTP kartının ağ kartına 1 s sapmasıdır, o zaman Ağ kartının GPS'e maksimum sapması yaklaşık 3 s'dir ve bu, sunucunun yüksek hassasiyetli zaman senkronizasyonu için yumuşak zaman sistem indeksinin gereksinimlerini karşılayan zaman indeksinin gerektirdiği 20 s'den daha düşüktür.
2.2.2 Yazılım zamanı sistem zamanı kesinti testi
Test programını kullanarak, yazılım zaman sistemini 1 sn, 16 ms, 20 ms, 50 ms, 256 ms kesinti gecikmesi olarak çıkarın, veri istatistikleri sonuçları Şekil 12, 16 ms, 20 ms, 50 ms, 256 ms, 1 sn'de gösterilmektedir. Kesinti gecikmeleri Şekil 13, Şekil 14, Şekil 15, Şekil 16 ve Şekil 17'de gösterilmektedir.
Şekil 12'de ikinci satır, mikrosaniye cinsinden maksimum gecikmeyi temsil eder; üçüncü satır ise test sayısını temsil eder. Tablodan da görülebileceği gibi, 1 Hz zamanlayıcı 84330 kez test edilmiştir ve maksimum gecikme 242 s'dir.
Yumuşak zaman sistem zamanlayıcısının genel test sonuçları, yumuşak zaman sisteminin 1 s zamanlayıcısının maksimum gecikmesinin 242 s olduğunu, 16 s zamanlayıcının maksimum gecikmesinin 239 s olduğunu, 20 ms zamanlayıcının maksimum gecikmesinin 200 s olduğunu ve 50 ms zamanlayıcının maksimum gecikmesinin 298 s olduğunu göstermektedir. 256 ms zamanlayıcı maksimum 160 s gecikmeye sahiptir. Yumuşak zaman sisteminin çeşitli zamanlayıcılarının test sonuçlarına bakıldığında, gecikmelerin% 99,9'u 100 s'dir. Sert zaman sistemi, her bir zamanlayıcı testi için tüm gecikme verilerine sahip değildir. 10 Hz üzerindeki zamanlayıcı testinin maksimum gecikmesinin, endeksin gerektirdiği 1 ms'lik maksimum gecikme gereksinimini aşan 1 ms'yi aştığı görülebilir.
3 Sonuç
Kylin işletim sistemi platformunun yazılım zaman sisteminin anahtar teknolojisi üzerine araştırma, yerel platformdaki yazılım zaman sisteminin anahtar teknolojisinin uygulanabilirliğini doğrulayabilir ve çekirdek yazılım ve donanımın yerelleştirilmesine yönelik genel talebi karşılayabilir; yazılım zaman sistemi, araştırma gemisinin merkezi makinesinde konuşlandırılabilir ve çalıştırılabilir. Ortam, donanım zaman yönetimi panosunun işlevini gerçekleştirmek için yazılım teknolojisi aracılığıyla, yalnızca ölçüm gemisi merkezi makine zamanının sıcak yedekleme sorununu çözmekle kalmaz, aynı zamanda yazılım geliştirme, bakım ve test ihtiyaçlarını karşılamak için yazılım geliştirme ve test platformu bilgisayar odasında esnek ve uygun bir şekilde yerleştirilebilir.
Bu makale ilk kez, mevcut genel yazılım zamanlama anahtarı teknolojisinin yerel platform zamanlama sistemi yapımına tanıtıldığını, donanım zamanlama kontrol panosunun işlevini değiştirdiğini ve gelecekte deniz ölçüm ve kontrol yazılım sistemi için bir optimizasyon ve yükseltme olan Kylin işletim sisteminde PTP zaman senkronizasyon teknolojisinin gerçekleştirilmesini incelemeyi önermektedir. Aktif olarak keşfedin.
Referanslar
Ren Hong, Wang Zhilin, Luo Chunzhe Zaman tabanlı hassas ölçüm ekipmanlarının tasarımı ve araştırması Elektronik teknoloji uygulaması, 2009 (10): 131-134.
Shen Yingchun Deniz komuta ve kontrol sisteminin zamanlama teknolojisi üzerine araştırma Gemi Elektronik Mühendisliği, 2005 (2): 42-44.
Sun Dong, Sun Junliang, Li Liandeng.C / S Modu Yazılım Zaman Sisteminin Araştırma ve Geliştirilmesi Telekomünikasyon Teknolojisi, 2006, 46 (1): 165-167.
Jin Xiangli Güç sistemi otomasyonunda GPS zaman senkronizasyon fonksiyonunun uygulaması Shanxi Electric Power, 2010 (2): 36-38.
Zhang Jiubin, Zhang Pizhuang, Du Kunkun.Kablosuz Dağıtılmış Test Sisteminin Zaman Birleştirme Teknolojisi Araştırması, Nükleer Elektronik ve Algılama Teknolojisi, 2010, 30 (3): 380-384.
yazar bilgileri:
Li Yonggang1, Li Xinquan2, Guo Libing1, Li Xiangming1, Mao Wen1
(1. Çin Uydu Deniz İzleme ve Kontrol Departmanı, Jiangyin 214431, Jiangsu; 2. Havacılık ve Uzay Mühendisliği Üniversitesi, Pekin 101400)
İş teklifleri
