WinCE系統的Internet時間自動同步軟件設計

秦園春，李建軍

（安徽廣播電視臺 淮北發射臺，淮北 235000）

1 概 述

在Windows XP及其相鄰版本的桌面操作系統和服務器操作系統中，微軟公司都設計了Internet時間自動同步功能。該功能是通過Internet網絡向架設在網絡上的時間服務器獲取時間信息，再自動校準自己的系統時間，從而使自己的系統時間與時間服務器提供的時間同步。在設計基于該系統的應用軟件時，只要使用API函數GetSystemTime（）就可以間接地獲取較為準確的時間信息。隨著嵌入式系統在工業控制領域的迅速普及，WinCE操作系統以其方便靈活的文件系統和豐富多彩的操作界面，贏得了人們的廣泛關注。在當前以嵌入式系統為主流的工業控制系統中大都集成了網絡功能，WinCE操作系統雖然提供了對TIC／IP協議的全面支持，但是它無法像桌面操作系統或服務器操作系統那樣提供時間自動同步功能。

隨著廣播電視數字化進程的推進和設備固態化的普及，筆者所處的廣播電視傳輸發射設備的控制也都由傳統的MCS－51系列單片機向ARM嵌入式系統轉變，許多設備都采用了嵌入式控制。在控制領域，尤其在信息傳輸過程中，時間信息往往又作為一個統一的基準，起著至關重要的作用。在日后的設備遠程監控和技術革新中，只要涉及到嵌入式控制軟件的設計，不可避免地涉及到時間同步問題。

鑒于此，我們在研究和分析了網絡時間服務器的相關協議后，結合嵌入式WinCE系統和Internet網絡的特點，設計了這一具有自動校準系統時間功能的Internet時間同步軟件。

2 Internet時間服務器

Internet時間服務器是一種利用Internet網絡把標準時間信息傳遞給用戶的裝置。它的時間信息來自于上一級（或層）時間服務器或原子鐘等高精度時間源。它可以提供高精準度國際標準時間UTC（Universal Time Coor－dinated）。標準時間信息通過TCP／IP網絡傳輸給用戶。

在Internet上有3個不同的時間服務，每一個都由Request For Comment（RFC）定義為Internet日期時間標準。這3個標準分別為 RFC－867、RFC－868和 RFC－1305。其中的RFC－868和RFC－1305是可以提供ms級精度的時間標準，采用的是網絡時間協議（Network Time Protocol，NTP）。在桌面操作系統和服務器操作系統中廣泛使用的時間同步標準是RFC－867，它采用的是Daytime協議。雖然它只能提供秒級精度的時間，但是，作為一般工業控制的時鐘依據已經足夠了，GetSystemTime（）也只是秒級的時間精度。這里采用Daytime協議。

2.1 Daytime協議

Daytime協議（RFC867Daytime Protocol）規范了一個ARPA Internet community上的標準。在ARPA Internet上都應當采用和實現這個標準。它的作用就是向用戶返回當前標準的時間和日期。

（1）基于TCP的daytime服務

daytime服務是基于TCP的應用，服務器在TCP端口13監聽，連接一旦建立就向對方返回ASCII形式的日期和時間。本設計就采用這種服務。

（2）基于UDP的daytime服務

daytime服務也可以使用UDP協議，它的端口也是13，不過UDP是用數據報傳送當前時間的。

2.2 Daytime格式

NIST Internet Time Service（ITS）所公布的Daytime格式如下：

JJJJJ YR－MO－DA HH：MM：SS TT L H msADV UTC（NIST）OTM

其中，“YR－MO－DA HH：MM：SS”代表“年－月－日 時：分：秒”；H表示服務器的工作狀態，0為正常，1為異常；JJJJJ為修改后的朱利安日期（MJD）。其他項在本設計中沒有用到，就不再解釋。

通過對Internet時間服務器連接后的返回數據分析，可以得到：第7、8兩個字節為年份；10、11兩個字節為月份；13、14兩個字節為日期；16、17兩個字節為時；19、20兩個字節為分；22、23兩個字節為秒；第30字節是服務器的工作狀態。

2.3 時間服務器地址

用戶可以輸入自己已知的時間服務器地址（優先選用）。這里還置入了一些目前較為穩定可靠的時間服務器地址：

◆ 129.6.15.28

◆ 132.163.4.101

◆ 132.163.4.102

◆ 132.163.4.103

◆ 128.138.140.44

◆ 129.6.15.29

◆ 129.43.244.18

3 連接Internet時間服務器獲取時間信息

WinCE支持TCP／IP通信協議，同時還支持套接字（Socket）的應用。通過調用Socket的API函數可以完成網絡通信程序的編寫。本設計就是通過套接字與Internet時間服務器建立連接來獲取時間信息的。

首先需要用“WSAStartup（MAKEWORD（2，2），＆wsd）”加載套接字，用“socket（AF＿INET，SOCK＿STREAM，0）”創建套接字；然后由“connect（hSocket，（struct sockaddr＊）＆sin，sizeof（sin））”向internet時間服務器發出連接請求。

對于wsd、sin以及后面程序要用到的hostinfo等，要進行如下定義：

WSADATA wsd；

PHOSTENT hostinfo；

struct sockaddr＿in sin；

struct hostent＊host＝NULL；

LPCSTR ip；

SOCKET hSocket；

連接Internet時間服務器的具體程序為：

WSAStartup（MAKEWORD（2，2），＆wsd）；

hSocket＝socket（AF＿INET，SOCK＿STREAM，0）；

sin.sin＿addr.s＿addr＝inet＿addr（ip）；

sin.sin＿family＝AF＿INET；

sin.sin＿port＝htons（13）；

connect（hSocket，（struct sockaddr＊）＆sin，sizeof（sin）））

程序中的ip就是需要連接的Internet時間服務器的地址，13為提供時間服務的端口號。連接成功返回為空。連接成功以后還需要向它發出GET請求報文，之后就可以接收Internet時間服務器返回的時間信息了。

發送GET請求報文：

wsprintf（szBuff，"GET／HTTP／1.1＼r＼n"）；

send（hSocket，szBuff，strlen（szBuff），0）；

wsprintf（szBuff，"User－Agent：WinceNetTime.EXE＼r＼n"）；

send（hSocket Cs，szBuff，strlen（szBuff），0）；

wsprintf（szBuff，"Host："）；

strcpy（szBuff，szLocalIp）；

strcpy（szBuff，"：13＼r＼n＼r＼n"）；

send（hSocket，szBuff，strlen（szBuff），0）；

接收Internet時間服務器返回的時間信息：

szRecv（hSocket，szRecv，sizeof（szRecv），0）；

這樣，服務器返回的時間信息便保存到szRecv里。

4 自動校準系統時間

4.1 時間服務器選擇策略

由于Internet時間服務器可能存在工作狀態不正常、域名變更、Internet網絡阻塞等狀況，在自動同步時間時采用了如圖1所示的時間服務器選擇策略。

圖1 時間服務器選擇策略

4.2 校準系統時間

SetSystemTime（）是設置系統時間的函數，它只有一個參數，是一個SYSTEMTIME結構。只要把接收到的時間信息賦值給這個結構的對應成員，再執行這個函數，就可以同步WinCE系統時間了。

SYSTEMTIME tm；

szBuff［0］＝szRecv［7］；szBuff［1］＝szRecv［8］；szBuff［2］＝0；

tm.wYear＝2000＋atoi（szBuff）；

szBuff［0］＝szRecv［10］；szBuff［1］＝szRecv［11］；szBuff［2］＝0；

tm.wMonth＝atoi（szBuff）；

szBuff［0］＝szRecv［13］；szBuff［1］＝szRecv［14］；szBuff［2］＝0；

tm.wDay＝atoi（szBuff）；

szBuff［0］＝szRecv［16］；szBuff［1］＝szRecv［17］；szBuff［2］＝0；

tm.wHour＝atoi（szBuff）；

szBuff［0］＝szRecv［19］；szBuff［1］＝szRecv［20］；szBuff［2］＝0；

tm.wMinute＝atoi（szBuff）；

szBuff［0］＝szRecv［22］；szBuff［1］＝szRecv［23］；szBuff［2］＝0；

tm.wSecond＝atoi（szBuff）；

SetSystemTime（＆tm）；

程序中的atoi（）是ASCII字符轉換成整數的子程序。為了避免時間同步程序在連接時間服務器及通信過程中出現阻塞，對WinCE其他程序產生影響，將這部分程序專門開辟一個線程來進行處理。在這個線程中，程序將按用戶設置的時間間隔來自動同步系統時間。

結 語

嵌入式系統的時間同步在自動控制和通信領域占有特別重要的地位。本文在從Internet時間服務器的Daytime協議入手，詳細地介紹了連接時間服務器獲取時間信息的實現機理和實現方法。由于在連接時間服務器時，采用了自己設計的時間服務器選擇策略，使得自動同步時間的成功率大為提高。將它定制到WinCE內核中，隨系統啟動后，便可以完成嵌入式WinCE系統的時間自動同步。同樣地，這種設計方法也可以運用到WinCE的應用軟件中。

［1］陳華鵬.簡單網絡時間協議（SNTP）［OL］.［2011－06］.http：／／man.lupaworld.com／content／develop／rfc／RFC1769.htm.

［2］Mills D L.Modelling and Analysis of Computer Network Clocks：Electrical Engineering Department Report 92－5－2［R］.Newark：University of Delaware，1992：29.

［3］J Postel.RFC867—1983Daytime Protocol［S］.

［4］馮博琴，徐景民，李波.計算機時間同步問題的研究［J］.西安交通大學學報，1999，33（5）.

［5］李明國，宋海娜，胡衛東.Internet網絡時間協議原理與實現［J］.計算機工程，2002，28（2）.