摘? 要: 一種時間統一控制顯示系統的設計方法,給出了詳細的系統構成及其功能,并描述了系統中的關鍵技術。該系統已經應用于航天發射任務中,取得了很好的效果。
關鍵詞: 時間統一控制顯示? 時間服務器? 顯示終端? 遠程時間客戶機? 控制分路器
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目前,在航天發射等綜合性任務中,對時間信息要求十分苛刻,誤差只能在毫秒級。但是參加任務的各分系統地域分布廣,相互之間距離較遠,時間信息傳輸延遲大,特別是在有些任務中,時間信息發布系統是由多個時間信息發布子系統組成,隨著任務重點在任務的各個時間發布子系統中轉移,時間信息發布點也隨之在各個時間信息發布子系統中轉移。由于在任務中可能會遇到各種諸如提前、推遲等情況,任務實施時間、準備時間等時間信息在每一個時刻都可能發生改變,任務實時性要求時間信息發布系統必須將當前時間信息的改變實時地發送到各個分系統中,這給任務過程中的時間信息統一帶來了很大的困難。針對這種情況設計了一種時間統一控制顯示系統,該系統主要解決了如下問題:
(1)由通信控制處理器仲裁系統中多個時間發布子系統的主從關系,保證系統中各類時間高度統一;
(2)通過時間延遲環路測試、加一秒技術和鏈路交換技術解決了系統延時;
(3)實現了系統內的各時間發布子系統既可以在本地時間服務器的控制下單獨工作,也可以在通信控制處理器的仲裁下以主從服務器的方式進行工作;
(4)保證輸出信息的格式、標準一致,便于系統的擴展。
1 系統設計
1.1 系統構成
時間統一控制系統是由兩個時間發布子系統構成的,該系統可以擴展為由多個時間發布子系統構成,每個時間發布子系統組成結構及功能基本全相同。其邏輯圖如圖1所示。
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系統有主從和獨立兩種工作狀態。獨立工作狀態下,各時間發布子系統間無聯系,在各自的時間服務器控制下單獨工作;在主從工作狀態下,全系統在一個時刻只有一臺時間發布子系統的時間服務器作為主時間服務器,負責產生并向全系統發布各類時間信息,時間服務器系統的主從狀態由通信控制處理器依據任務時段和預案要求進行仲裁。
1.2 時間服務器
時間服務器是由一臺微機和數塊功能插件板組成,其功能是生成各類時間信息和顯示控制信息,其組成如圖2所示。
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組成時間服務器的各部分分別為:
時統解碼單元:時統接收天文臺發布的標準北京時間生成AC碼和DC碼發送到系統中的時間服務器和遠程時間客戶機,時間服務器通過時統解碼板,對時統發送來的AC碼和DC碼進行解碼,得到當前的北京時間,并以此作為各類時間信息的生成依據。
用戶處理控制:當任務狀態發生改變時,時間服務器接收用戶的輸入信息,并根據當前已經確立的北京時間、任務預計開始時間等時間信息,生成相關各類時間信息和控制信息。各類時間信息主要包括準備時間、累計推遲時間、實施時間、窗口時間等。
中斷控制處理:負責接收外部發送來的任務開始實施的中斷信息,生成任務開始時間并啟動任務實施時間。
通訊規程控制:將生成的時間信息和控制信息轉化為符合協議的報文,并將該報文發送到通訊控制分路器和遠程時間客戶機。同時還接收從通訊控制分路器發送來的仲裁信息,設置時間服務器的主從工作狀態。
網絡處理單元:將生成的時間信息和控制信息轉化為標準的TCP/IP協議的報文,并將產生的報文發送到本地內部網絡。由于網絡中報文發送實時性差,此方法只作為一種備用手段。
1.3 通信控制處理器
通訊控制分路器完成信息轉發控制、主從機仲裁、主從狀態識別等功能。它是由一臺微機和數塊微機插件板組成,其組成如圖3所示。
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組成通訊控制處理器的各部分分別為:
用戶處理控制:用來進行時間服務器的主從狀態設置,系統中主從服務器的仲裁主要是由系統自動判決,但保留有一套備用的人工操作界面,以增強系統的可靠性。
主從仲裁控制:通訊控制處理器根據用戶輸入或者仲裁數據庫的信息,判斷主從服務器的狀態,并向主從服務器及客戶機發送仲裁結果。
通訊控制單元:負責系統中服務器之間以及服務器與客戶端之間通信的集中控制,建立主時間服務器到從時間服務器和遠程時間客戶機之間鏈路通路,實現時間信息和控制信息的發送;負責接收時間服務器發送來的請求主從仲裁信息,并將判決結果發送到時間服務器;響應遠程時間客戶機發送來的環路測試信息,判斷線路時延。
1.4 遠程時間客戶機
遠程時間客戶機為一單片機系統,其組成如圖4所示,完成對時間服務器系統各類信息的解釋及分發,承擔對各類顯示終端進行直接控制的任務。在獨立工作狀態下,遠程時間客戶機可實現時間服務器的時間信息產生功能。遠程時間客戶機系統可以進行線路延時的測定與調整。
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組成遠程時間客戶機的各部分分別為:
同步控制處理:接收從時統發送來的B碼終端信息,并以此觸發時間信息的發布。這里所發布的時間信息是主時間服務器發送來的時間信息經過遠程時間客戶機進行延時校正后產生的時間信息。對于與通信控制處理器僅有單向通信的遠程時間客戶機系統,可由所收到的時間信息幀中的北京時間與本地時統之間的差值來計算生成線路延時,用以調整終端顯示;對于有雙向通信的遠程系統可通過線路閉環來獲得線路延時的數值。
用戶處理控制:遠程時間客戶機具有方便的用戶控制面板,具有時間信息的預置以及線路延時測定的調整等功能。
終端顯示控制:負責向顯示終端發送點陣標題和各類時間內容的報文信息,并根據用戶的控制或控制報文信息實時向終端發送控制命令,控制終端的顯示內容和顯示方式。
通訊規程控制:接收主時間服務器發送來的時間報文信息,建立主時間服務器到遠程終端之間的鏈路通路,實現時間信息和控制信息的發送。
1.5 顯示終端
顯示終端由點陣、數碼管和通訊規程板等組成,如圖5所示,主要完成各類時間的顯示,根據用戶或服務器發送的控制信息切換顯示的時間內容和顯示格式,當接收不到時間數據時進行自動守時。
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用戶控制處理:接收用戶通過遙控器對顯示終端發送的控制信息,改變顯示時間的類別和顯示格式。
報文理解單元:根據當前各類時間的狀態,對各類時間信息進行處理后生成下一時刻的時間信息,當下一時刻的時間報文標志頭到達時顯示處理后的時間。根據內部時鐘判別線路狀態,當接收不到數據時,終端自動守時,并根據守時結果產生各類時間進行顯示。
時間處理控制:將處理后的時間數據通過顯示電路在數碼管上顯示出來。
點陣顯示控制:根據要顯示的時間類別,從字庫中讀出顯示時間標題的點陣字模,顯示時間標題。
通訊規程控制:接收主時間服務器發送來的時間報文信息。
2 關鍵技術
2.1 時間關系運算及時間變化關系模型
依據北京時間、時間信息設定值和時間信息控制值來計算生成系統中所需要的各類時間信息,并在任務中根據推遲、提前等實際情況,依據各類時間的變化關系對系統中各類時間進行計算。部分時間信息的生成,如倒計時間、預計發射時間和累計推遲時間等,需要根據實際情況進行人工干預。幾個主要時間的關系如圖6所示。
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2.2 時間延遲處理
信息傳輸、接收、轉發、計算等過程中的各種延遲,不可避免地影響信息顯示的同步性,為消除這種影響,系統采用了下面幾種處理方法:
(1)鏈路交換技術:時間服務器上產生的各類時間信息在發送到終端的過程中,需要經過通信控制處理器、遠程時間客戶機等環節,傳統的處理方法是在上一環節接收到報文后轉發到下一環節,這種接收轉發機制帶來了較大的時間延時。為解決這個問題采用鏈路交換技術,在各個環節由通信控制處理器或遠程時間客戶機根據當前狀態選擇控制報文傳輸通路,將時間服務器發送來的各類時間信息不經過轉發直接發送到終端進行顯示。
(2)加一秒技術:通常終端是在接收到當前的各類時間信息后再進行顯示,這就不可避免地增加了因為數據接收帶來的延時。為避免數據接收帶來的時間延時,當接收到時間信息報文后,根據當前各類時間的狀態,對各類時間進行處理生成下一時刻的各類時間,而后用本地時統的下一時刻秒標信號或者下一信息幀的標頭觸發顯示。
(3)線路延時補償:在遠程時間客戶機上采用時間補償方法解決遠程線路傳輸帶來的延時。具體方法是在客戶機與時間服務器之間進行多次閉環傳輸,計算測定各個遠程客戶機與時間服務器之間的線路延時,進行時間延時補償。
2.3 系統工作方式
整個系統工作有如下三種狀態:
(1)自檢狀態,在系統預先設置各類時間信息,由程序控制、模擬任務的各種狀態,進行系統自檢。
(2)內控狀態,即本地工作狀態,各時間發布子系統相互獨立,在各自時間服務器的控制下,進行各類時間信息和控制信息的產生與發布。
(3)外控狀態,即主從狀態,時間系統在一個時刻只有一臺時間發布子系統的時間服務器產生并向整個系統發送各類時間信息和控制信息,其它時間服務器以從服務器的工作方式接收主服務器發送的各類信息。時間服務器之間的主從狀態切換是由通訊控制處理器控制的,通訊控制處理器接收主從服務器的仲裁請求,或根據外部人工輸入的信息,查找仲裁數據庫的信息,仲裁時間服務器的主從狀態,并將仲裁結果發送到時間服務器及客戶機,同時改變系統中鏈路的通路。
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參考文獻
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