基于STM32的SNTP授時服務器的研究與設計

摘要：針對工控領域對時間同步的要求，給出了以STM32和W5100為核心來搭建網絡硬件平臺，并在其上實現簡單網絡時間協議(SNTP)，從而建立嵌入式授時服務器的設計與實現方法。該系統運行穩定，能夠實現網絡時間同步。
關鍵詞：STM32處理器；SNTP授時；簡單網絡時間協議；時間同步

O 引言
隨著信息技術和網絡技術的飛速發展，網絡互連已經滲透到國民經濟的各行各業。而網絡時間同步也越來越受到重視，特別是局域網時間同步在國家安全和國民經濟的諸多領域(如國防軍工、電信網、金融業、交通運輸、電子商務和電力系統等部門)越發不可或缺。隨著嵌入式技術的發展，嵌入式與網絡時間同步技術的結合，無疑具有良好的發展前景。

1 方案設計
目前網絡授時的實現方法有很多種，本文采用自行設計的嵌入式系統并在上面實現SNTP協議。從而完成網絡時間的同步。其系統框圖如圖l所示。

本系統采用C／S模型，分為網絡授時同步服務器和客戶端兩大部分，本文主要對網絡授時服務器部分進行研究。
在網絡授時同步服務器中，處理器STM32f103由內部RTC模塊結合日歷算法來給出時間信息(年月日時分秒)，再從GPS獲取時間信息，并修正自己的時間，最后結合W5100芯片搭建出一個時間服務器。當客戶端向服務器發出請求時，便可同步地統一客戶端的時間信息，并達到ms級精度。網絡傳輸時需實現SNTP應用層協議，設計中通過構造SNTP協議包，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內核是專門用于設計高性能、低功耗、低成本、實時性嵌入式應用
系統的處理器核，它在提升性能的同時，又提高了代碼密度的Thumb-2指令集，同時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。所有新功能都同時具有業界最優的功耗水平。
TCP／IP協議棧的實現采用的固件芯片W5100是韓國WIZnet公司推出的固件網絡芯片，它集TCP／IP協議棧、以太網MAC和PHY為一體，可支
持TCP，UDP、ICMP、IGMP、IPv4、ARP，PPPoE、Ethemet等網絡協議；同時支持4個獨立的Socket通信，內部16 K字節的發送／接收緩沖區可
快速進行數據交換，最大通信速率可達到25Mbps。此外，W5100還內嵌10BaseT／100BaseTX以太網物理層，可支持自動應答(全雙工／半雙工
模式)，并提供多種總線(兩種并行總線和SPI總線)接口方式，可以方便地與各種MCU連接。W5100器件的推出大大簡化了硬件電路設計，可使微控制器在沒有操作系統支持的情況下，真正的實現單芯片接入Internet。