如何在VxWorks下實現SNTP同步對時功能

摘要：本文闡述了在VxWorks嵌入式實時操作系統下如何實現SNTP（Simple Network Time Protocol）網絡時間協議的服務器端和客戶端的功能的開發，關鍵點為服務器端獲取可靠時鐘源的鉤子函數sntpsClockHook()的編寫。

關鍵詞：VxWorksSNTP服務器SNTP客戶端鉤子函數

中圖分類號：TP399 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X(2012)03(c)-0000-00

1 前言

SNTP是簡單網絡時間協議（Simple Network Time Protocol）的簡稱，是由網絡時間協議NTP（Network Time Protocol）簡化而來，是一種使Internet上的計算機保持時間同步的一種通信協議，可通過提供完全的機制來訪問國際標準時間，廣泛用于需要精確時間同步的場合。

VxWorks嵌入式實時操作系統的網絡組件（network components）支持SNTP網絡對時協議，用戶要在該系統下實現SNTP對時功能，并不需要關心協議本身，只需把SNTP客戶端和SNTP服務器端這兩個組件分別包括進來，再調用相應的VxWorks API函數，即可分別實現SNTP客戶端和服務器端的對時功能。

2 SNTP服務器的實現

SNTP 服務器端有兩種工作模式，主動模式（SNTP_ACTIVE）和被動模式（SNTP_PASSIVE），VxWorks操作系統啟動時會自動調用SNTP初始化函數sntpsInit( )，設置服務器的工作模式（SNTPS_MODE）、廣播時間間隔(SNTPS_INTERVAL)、目標IP地址（SNTPS_DSTADDR）和SNTP端口號(SNTP_PORT)等。

如果服務器工作模式選為被動模式（SNTP_PASSIVE），則服務器將等待來自客戶端的請求，并發送包含NTP時間戳的回應幀。如果選擇主動模式（SNTP_ACTIVE），則服務器端在固定的時間間隔周期性的發送NTP時間戳信息。

當采用主動模式時，SNTP服務器根據SNTPS_DSTADDR 和 SNTPS_INTERVAL的值來決定目標的IP地址和廣播的時間間隔。默認情況下，服務器每隔64秒廣播發送一次時間戳信息。SNTPS_DSTADDR 和 SNTPS_INTERVAL的值可以通過sntpsConfigSet()函數來進行設置。SNTP服務器工作在主動模式下時仍然響應客戶端的請求。

SNTP服務器需要獲得一個外部可靠的時鐘源，可通過調用API函數sntpsClockSet( )來獲取，其聲明為：

STATUS sntpsClockSet

(

FUNCPTRpClockHookRtn /* new interface to reference clock */

)

也就是說，sntpsClockSet( )通過安裝一個鉤子函數來獲取參考時鐘的值，該鉤子函數必須采用如下的接口方式：

STATUS sntpsClockHook (int request， void *pBuffer);

這個鉤子函數需要用戶自己編寫來獲取參考時鐘的值：如果request的值為SNTPS_ID，則pBuffer區域填寫根據RFC1769標準格式定義的32位參考標識符；如果request的值為SNTPS_RESOULTION，則pBuffer區域填寫32位的時鐘精度；如果request的值為SNTPS_TIME，則pBuffer區域填寫64位的NTP時間戳。最后還需調用API函數sntpsNsecToFraction( )將納秒級的時間戳轉化為NTP協議格式需要的小數部分。

sntpsClockHook()函數的正確編寫是實現SNTP時間服務器功能的關鍵，需要實現SNTPS_ID， SNTPS_RESOLUTION和SNTPS_TIME三個請求類型，客戶端決定用哪個類型進行請求，在系統啟動時應通調用API函數sntpsClockSet( )來掛接sntpsClockHook()函數。以下為sntpsClockHook函數的實現以及掛接方式：

STATUS sntpsClockHook(int request， void *buffer)

{

struct timespec timeval;

long value;

ULONG *pTime;

if (request == SNTPS_ID)

{

strcpy ((char *)buffer， \"pps\");

return (OK);

}

if (request == SNTPS_RESOLUTION)

{

if (clock_getres (CLOCK_REALTIME， timeval) == -1)

return (ERROR);

value = timeval.tv_nsec;

*((ULONG *)buffer) = (ULONG)value;

}

if (request == SNTPS_TIME)

{

if (clock_gettime (CLOCK_REALTIME， timeval) == -1)

return (ERROR);

pTime = (ULONG *)buffer;

/* Copy number of seconds since 1900 to timestamp. */

*pTime++ = timeval.tv_sec + SNTP_UNIX_OFFSET;

/* Convert nanoseconds to fractional part and copy to timestamp */

*pTime = sntpsNsecToFraction (timeval.tv_nsec);

}

return (OK);

}

STATUS sntpsConfig (void)

{

if (sntpsClockSet ((FUNCPTR)sntpsClockHook) != OK)

return(ERROR);

return(OK);

}

其中，clock_getres()是獲取系統相對時間精度的API函數，clock_gettime()是獲取系統相對時間的API函數，sntpsNsecToFraction()是將單位為納秒的時間轉換成NTP時間戳格式所需要的小數部分。

SNTP服務器端的時間精度取決于時鐘源的時鐘精度，在此由于采用的時鐘源為操作系統時間，故取決于操作系統的時間精度。對于VxWorks嵌入式操作系統，這個精度由硬件上時鐘芯片的精度來決定。

3 SNTP客戶端的實現

SNTP客戶端的實現相對要簡單一些，只需調用API函數sntpcTimeGet()即可，其函數聲明為：

STATUS sntpcTimeGet

(

char *pServerAddr， /* server IP address or hostname */

u_int timeout， /* timeout interval in ticks */

struct timespec * pCurrTime/* storage for retrieved time value */

)

SNTP服務器發送的時間首先被轉化為格林尼治標準時間1970年1月1日0時0分以來所經過的時間，再存放在該函數的參數pCurrTime指針指向的地址區域。參數pServerAddr為服務器的IP地址，如果該參數為NULL，則sntpcTimeGet()函數偵聽來自SNTP服務器以廣播模式發送的時間消息，否則，該函數向指定的服務器發送請求，并將服務器返回的時間信息提取出來，存放在pCurrTime指針指向的地址區域。如果客戶端在參數timeout規定的時間內未接收到時間消息，則該函數返回ERROR值，否則返回OK。一般來說，SNTP服務器在廣播方式下每隔64秒到1024秒發送一次對時消息。

以下為API函數sntpcTimeGet()的使用方法：

struct timespec tspec;

STATUS sntpc_status= ERROR;

STATUS settime_status= ERROR;

time_t li_curr_time = 0;

sntpc_status = sntpcTimeGet(NULL， SNTP_TIMEOUT， tspec);

if (sntpc_status != OK)

{

printf(\"sntpcTimeGet failed\\");

printf(\"Returned sntpc_status: %i errno: %s\\"， sntpc_status， strerror(errno));

}

else

{

/*Set clock to received date and time*/

settime_status = clock_settime(CLOCK_REALTIME， tspec);

if (settime_status != OK)

{

printf(\"clock_settime failed\\");

printf(\"Returned settime_status: %i errno: %s\\"， settime_status， strerror(errno));

}

else

{

printf(\"Successfull set the system clock.\\");

}

}

其中，clock_settime()為設置VxWorks系統時間的API函數。

4 結語

本文從客戶端和服務器端兩方面詳細介紹了在嵌入式實時操作系統VxWorks下如何實現SNTP同步對時功能，著重闡述了服務器端獲取可靠時鐘源的鉤子函數sntpsClockHook()的編寫方法，供大家參考。總的來說，用戶通過調用VxWorks系統提供的API函數，即可輕松實現VxWorks下的SNTP對時，避免直接編寫相對比較繁瑣的SNTP協議。

參考文獻

[1] VxWorks API Reference: OS Libraries.

[2] 張揚，于銀濤，VxWorks 內核、設備驅動與BSP開發詳解，人民郵電出版社，2009.