基于GPSD的高精度校時系統(tǒng)
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2 系統(tǒng)設(shè)計實現(xiàn)
2．1 硬件平臺
GPSD綜合校時方案需要的硬件設(shè)備分為三個部分：GPS天線、GPS接收器和與GPS接收器連接的計算機，其相應(yīng)的功能和應(yīng)用如下：
(1)GPS天線用于接收GPS信號。本文采用的是磁吸式GPS天線，使用時要水平放置，最好置于開闊地，如天窗、窗臺、陽臺等；
(2)GPS接收器由電源、GPS接收和電平轉(zhuǎn)換三個模塊構(gòu)成如圖2所示。GPS接收模塊采用JRC(Japan Radio Company)設(shè)計的G591芯片，該芯片支持多達(dá)210 PRN通道，輸出數(shù)據(jù)為NMEA0183協(xié)議的串行數(shù)據(jù)，波特率為9 600 b／s，適用于各種相關(guān)開發(fā)。在本設(shè)計中，G591主要用來獲取時間信息和PPS信號，不涉及定位導(dǎo)航；電源模塊采用的是AMS(Advanced Monolithie Systems)設(shè)計的AMS1117-3．3芯片，該芯片輸出電壓為3．3 V，最大輸出電流為1 A，用來給G591和MAX232供電；電平轉(zhuǎn)換模塊主要采用MAXIM公司設(shè)計的MAX232芯片，該芯片負(fù)責(zé)把G591輸出的CMOS電平轉(zhuǎn)換成RS 232電平，供串口讀取。本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/193820.htm
(3)計算機設(shè)備用于處理GPS數(shù)據(jù)，要求支持串口和網(wǎng)口等設(shè)備，以實現(xiàn)GPS數(shù)據(jù)接收和校時輸出。
硬件平臺搭建好了之后，本文對PPS信號和NMEA0183串行數(shù)據(jù)進(jìn)行了相應(yīng)的調(diào)試。對PPS信號的調(diào)試采用的是硬件方式，使用示波器來觀察GPS接收器是否有秒脈沖信號輸出，若天線和接收器工作正常，會檢測到PPS端有脈寬為100 ms的秒脈沖輸出；對NMEA數(shù)據(jù)的調(diào)試采用的是軟件方式，使用Windows操作系統(tǒng)自帶的超級終端或Linux操作系統(tǒng)的minicom等工具來讀取串口，檢測數(shù)據(jù)是否正常，正確的輸出結(jié)果是NME A0183串行數(shù)據(jù)。
若由于天線或氣象原因，G591模塊沒有接收到信號，則不會產(chǎn)生PPS信號，同時NMEA0183語句中的GPRMC語句的標(biāo)志位也會變成無效。
2．2 軟件平臺
2．2．1 安裝過程
本文使用的是Ubuntu 11．04操作系統(tǒng)，內(nèi)核版本是2．6．38；需要的軟件包有setserial，gpsd，gpsd-cli-ents，python-gps，ntp。在終端中使用Ubuntu自帶的apt-get命令安裝這些軟件包，然后分別作出相應(yīng)的設(shè)置：
(1)setserial的版本是2．17，該軟件是用來對串口進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)置。為了能夠讓串口識別PPS信號，要對setserial的配置文件修改。在autoserial．conf中對接收GPS數(shù)據(jù)的串口添加low_latency關(guān)鍵字。
(2)gpsd的版本是2．95。安裝完成后，使用dpkgreconfigure命令要對gpsd重新進(jìn)行配置，使其能夠開機自動運行，讀取串口數(shù)據(jù)。此外gpsd的調(diào)試方法也十分簡便。如果放在后臺執(zhí)行，可以通過系統(tǒng)日志文件查看其工作狀況；gpsd也可以在前臺運行，通過進(jìn)入調(diào)試模式來檢查時間信息和PPS信號的捕獲情況，詳見gpsd的使用說明。
(3)ntp的版本是4．2．6。安裝完成后，要對NTP的配置文件ntp．conf進(jìn)行修改。NTP服務(wù)器的正確配置決定了最終的時間同步結(jié)果。本設(shè)計選用的時間服務(wù)器只有GPS時鐘源，具體配置如下：
Linux操作系統(tǒng)從2．6．34版本開始支持PPS中斷源，而本文采用的方案是通過共享內(nèi)存的方式傳遞時間信息，會與PPS中斷源發(fā)生沖突，所以要禁止掉內(nèi)核響應(yīng)PPS。127．127．28．1對應(yīng)于NTP定義的一個內(nèi)存段地址，gpsd進(jìn)程就是通過這個地址向NTP傳遞時間信息。
2．2．2 結(jié)果
NTP服務(wù)器安裝后的調(diào)試工作可以通過參照系統(tǒng)和NTP的日志文件，以及查看串口狀態(tài)等操作來進(jìn)行。本文總結(jié)了NTP服務(wù)器正常工作的必要條件：正確的配置、可用的網(wǎng)絡(luò)、有效的GPS信號、沒有其他進(jìn)程占據(jù)GPS時鐘源使用的串口。當(dāng)NTP服務(wù)器正常工作時，使用其自帶的ntpq程序可以查看NTP的工作狀態(tài)，即校時的效果。如果GPS設(shè)備正常工作，NTP服務(wù)器幾秒鐘后就能鎖定GPS時鐘源，輸出結(jié)果如下所示：
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