英创信息技术嵌入式主板精确校时方案分析介绍

在基于嵌入式主板的工业智能设备中，通常都要求设备具有校时的功能。对像电力自动化这样的行业，对校时的精度都有很高的要求，通常要求达到ms精度。为了实现这样精度的校时，一般需要GPS的支持，即由GPS模块向主板提供（1）包含绝对时间信息的串口数据，串口可以是RS232或RS485；（2）整分或整秒的脉冲，也称为PPS脉冲。在有了以上硬件支持的前提下，应用程序还需要按一定策略操作，才能实现高精度的校时。本文以英创公司的ARM9主板（其上运行Windows CE操作系统）为例，来介绍一种高精度对时方案，供客户在实际应用中参考。
        硬件连接上，把作为时间基准的GPS输出的串口信号接到英创ARM9主板的一个串口上，比方“COM3:”；把PPS信号作为中断信号，接到英创ARM9主板的ISA_IRQ管脚，注意ISA_IRQ是上升沿有效，因此有可能需要对PPS脉冲进行反相处理。校时的软件操作包括以下步骤：
        第1步，从“COM3:”串口读取GPS信息串，并解析出当前的时间参数，只需要保留到秒的精度，同时就可推算出下一个PPS脉冲所代表的整分或整秒时间，应用程序可方便的计算出这个时间，在CE中通常把时间表示为SYSTEMTIME格式。
        SYSTEMTIME SysTime; // CE通常用该变量表示时间
        第2步，当应用线程接收到ISA_IRQ中断事件时，把预先计算好的时间设置到系统中：
        SetSystemTime（&SysTime）；
        由于设置时间，涉及到系统内核的节拍数的调整，所以会占用一定的时间，一般会超过1ms。所以第2步的设置，只实现了粗校时。
        第3步，当后续的ISA_IRQ中断事件来到时，此时读出的时间：
        GetLocalTime（&SysTime）；
        应当是整秒的，即SysTime.wMilliseconds应为0，但实际情况不会为0。这时可计算出偏差的毫秒数： 
int nDeltaMilliseconds; 
if（SysTime.wMilliseconds > 500）
        nDeltaMilliseconds = 1000 - SysTime.wMilliseconds;
else
        nDeltaMilliseconds = -SysTime.wMilliseconds;
        第4步，应用程序在读取时间时，需要根据当前的nDeltaMilliseconds值进行校正：
FILETIME FileTime; // 时间单位= 100ns
GetLocalTime（&SysTime）; // 读取当前时间
SystemTimeToFileTime( &SysTime, &FileTime ); // 转换成FILETIME格式
// 做精确的ms校正
FileTime = （__int64）FileTime +（__int64）（nDeltaMilliseconds * 10）;
FileTimeToSystemTime( &FileTime, &SysTime ); // 转换回系统时间格式

由此得到的时间应当具有ms精度。
        第5步，通常nDeltaMilliseconds的绝对值都应当在几个ms的范围，若绝对值超过100ms，通常意味着需要重新进行标定，即从第一步重新开始。另外需要注意的是，在进行粗校时时，最好关闭所有的TCP连接，因为粗校时，可能会使系统的Tick值变小，而系统Tick值一般会作为TCP数据的时间标签，若TCP应答的时间标签小于数据发送的时间标签时，会造成TCP连接始终挂起。
        有关ISA_IRQ中断响应的相关编程可参考英创产品资料中的相关软件范例。建议客户在ISA_IRQ的范例代码的基础上，构建带精确校时功能的时间类class GPSTime；把ISA_IRQ接收线程发展成完成上述时间校正的有限状态机，最后为其他应用程序提供一个读取时间的API函数即可。