GPS北斗校時服務器（時間同步裝置）助力橋梁檢測系統建設
GPS北斗校時服務器（時間同步裝置）助力橋梁檢測系統建設
京準電子科技官微——ahjzsz
一、系統概述
整個采集系統分散在橋梁的各個部位，橋梁按照區域劃分為若干區段，在主要幾個區段中安置著信號采集機站，每組采集機站均和GPS校時器相連，GPS PPS接收器接受GPS時鐘同步信號，做相應的處理得到時鐘同步信號和絕對時間戳并發送給PXI采集設備，采集設備接收處理后的GPS同步信號，達到同步整個分布式采集系統，
二、系統組成
1.所謂時鐘同步有以下2方面含義，只有2方面都達到同步，才能稱為真正的同步采集，
a) 資料采樣頻率的同步，包括采樣時鐘信號的脈沖同步以及相位同步，
b) 時間軸上的同步，即采樣點時間標簽的同步，
2.GPS PPS時鐘同步技術的系統組成
該系統主要由GPS接收器和NI PXI采集設備2大部分組成，結構如圖1：
圖1.GPS PPS時鐘同步系統組成圖
GPS校時器的輸入端連接著一個GPS信號接受天線，接受來自GPS衛星發送的時鐘信號，輸出端分為3部分：
10MPPS（Pulse Per Second）信號：用于同步采集系統，作為采集系統的采樣基頻，此信號不包含任何的時間資訊，僅僅為簡單的脈沖信號，脈沖間隔為10納秒，
1PPS（Pulse Per Second）信號：用于采集系統觸發采集使用，此信號是一個很簡單的，不包含任何時間資訊（年或月之類）的脈沖信號，以1PPS為例，每秒發生1次脈沖，每個脈沖的寬度通常為100毫秒，PPS信號是一種較為簡單的同步技術，但其效果卻不亞于任何復雜的同步時鐘信號，
絕對時間（GMT）信號：用于替代采集系統自身的時間標簽，此信號采用NEMA標準，表現形式為GMT時間，以字串方式顯示，例如“06.001…..”，其中第一部分為年份，第二部分為年中天數，第三部分為一天的具體時間，精確到秒級，
PXI采集設備采用NI PXI 1045 18槽機箱，NI PXI 8187主控制器為主，采集卡為NI PXI 6652、6602、4472B，其中：
PXI 6652時鐘同步模塊采用NI提供的SMB（類似BNC同軸電纜的介面）介面于GPS接收器的10M PPS輸出端相連，接收10M PPS時鐘信號，并且將此時鐘信號進行分頻，把分頻后的時鐘信號提供到PXI機箱背板，提供給高速同步采集卡PXI 4472B作為采樣時鐘頻率，
PXI 6602計數器采用接線端子板與GPS校時器的1 PPS輸出端相連，需要同時接入2個輸入埠，都接收1 PPS信號，第一個輸入端收到信號后，按1 PPS頻率進行計數，并設定采集時間，當達到采集的起始時間，PXI 6602提供觸發信號，觸發PXI 4472B開始采集；第二個輸入端的1 PPS頻率脈沖為4472B提供相位同步觸發脈沖，
PXI 8187控制器的標準RS232串口與GPS接收器的絕對時間輸出端相連，接收GPS接收器提供的絕對時間資訊，并計算每個采樣點的時間間隔＋觸發開始的絕對時間來獲取該采樣點的絕對時間標簽，
3.采用NI LABVIEW虛擬儀器撰寫可視性較高的資料采集及處理軟體，
因為分布式系統使用分布式演算法，所以它的同步機制比集中式系統更為復雜，在集中式系統中能夠做到的，在某一位置上能集收到系統的所有資訊，然后由某些行程檢測這些資訊，再做出同步決策，而這在分布式系統中常常是不可能做到的，分布式演算法一般有以下特點：
1)相關資訊分布在多臺機器上，
2)行程只根據本地可用的資訊做出決策，
3)應避免系統中單機失效，
4)沒有公共時鐘或其他精確的全域時間源，
前面三點都是說在處理程序中的單個點上無法收集到系統的所有資訊，例如，在做資源分配(以不會出現死鎖的方式分配I／O設備)時，通常不應將所有的IO請求發送給一個管理行程.管理行程檢查所有的I/O請求，根據其設備表中的資訊決定滿足請求或拒絕請求，在大系統中，將所有的請求發送給單個管理行程，會使這個行程的負擔過重，而且象這樣的單機失效會使整個系統變得不可靠，理想情況下，分布式系統應該比單機更可靠，如果分布式系統中某臺機器停止作業，剩余的機器應該能夠繼續完成系統功能，最不希望看到的是，由于某臺機器的失敗(如資源分配器)導致許多其他機器(如它的客戶)終止作業，為了在沒有集中控制的情況下實作同步，需要采取與傳統作業系統不同的方式，
上面列出的第4點也很重要，在集中式系統中，時間是很明確的，每個行程要知道當前時間，只要執行一個系統呼叫，作業系統內核就會回傳當前系統時間給行程，如果行程A查詢了系統時間，稍后行程B也去查詢系統時間，那么行程B得到的時間將在行程A得到的時間值之后(也可能相等)，肯定不會在此之前，分布式系統中，要達到這種時間的一致性不是件簡單的事，
作為一個簡單例子，考慮一下缺乏全域一致的時間對UNIX中make程式的意義，在UNIX中，大型程式通常分割成多個源檔案，這樣在修改某個檔案時只要編譯這一個檔案，而不是編譯所有的檔案，如果程式有一百個檔案，則不需因為有一個檔案發生了較大的變化而重新編譯所有檔案，從而大大加快了程式員作業的速度，
通常，make程式的作業方式很簡單，程式員在修改源檔案后，啟動nla~e，Make程式檢查源檔案及與它相應的目標檔案的最后修改時間，如果源檔案input．C的最后修改時間為2151，而相應目標程minput．o的最后修改時間為2150，make程式就可以確定在創建input．o后，修改了源檔案input．C，因此要重新編譯源檔案input．C，相反，如果output．c的最后修改時間為2144，而output,o的最后改時間為2145，就不需要重新編譯output，c了，Make程式遍歷所有的源檔案，找
出需要重新編譯的檔案，呼叫編譯器編譯這些檔案，
現在，想象在沒有全域—致時間的分布式系統中執行make程式，假設ouput．o的最后修改時間還是2144，隨即修改了源檔案output．c，但是由于編輯output．c的機器的時鐘慢，所以修改后output．c的最后時間被指定為2143，如圖11-1所示．這時，make程式就不會重新編譯output.c結果，生成的可執行檔案就包括由舊的源檔案生成的目標檔案和新的源檔案產生的目標檔案， 這樣，程式的運行就會存在問題，而程式員要在代碼中找到問題的出處，也是大傷腦筋的事，
上面我們看到，時間是人們考慮問題的基礎，時鐘之間的不同步會產生戲劇性的結果，因此，以“分布系統中的所有時鐘可能同步嗎?”這樣一個簡單問題開始研究同步是比較合適的，
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