摘? 要: 一種時間統(tǒng)一控制顯示系統(tǒng)的設(shè)計方法,給出了詳細的系統(tǒng)構(gòu)成及其功能,并描述了系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)。該系統(tǒng)已經(jīng)應(yīng)用于航天發(fā)射任務(wù)中,取得了很好的效果。

　　關(guān)鍵詞: 時間統(tǒng)一控制顯示? 時間服務(wù)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(fā)射等綜合性任務(wù)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(wù)的各分系統(tǒng)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(wù)中,時間信息發(fā)布系統(tǒng)是由多個時間信息發(fā)布子系統(tǒng)組成,隨著任務(wù)重點在任務(wù)的各個時間發(fā)布子系統(tǒng)中轉(zhuǎn)移,時間信息發(fā)布點也隨之在各個時間信息發(fā)布子系統(tǒng)中轉(zhuǎn)移。由于在任務(wù)中可能會遇到各種諸如提前、推遲等情況,任務(wù)實施時間、準備時間等時間信息在每一個時刻都可能發(fā)生改變,任務(wù)實時性要求時間信息發(fā)布系統(tǒng)必須將當前時間信息的改變實時地發(fā)送到各個分系統(tǒng)中,這給任務(wù)過程中的時間信息統(tǒng)一帶來了很大的困難。針對這種情況設(shè)計了一種時間統(tǒng)一控制顯示系統(tǒng),該系統(tǒng)主要解決了如下問題:

　　(1)由通信控制處理器仲裁系統(tǒng)中多個時間發(fā)布子系統(tǒng)的主從關(guān)系,保證系統(tǒng)中各類時間高度統(tǒng)一;

　　(2)通過時間延遲環(huán)路測試、加一秒技術(shù)和鏈路交換技術(shù)解決了系統(tǒng)延時;

　　(3)實現(xiàn)了系統(tǒng)內(nèi)的各時間發(fā)布子系統(tǒng)既可以在本地時間服務(wù)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(wù)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(tǒng)的擴展。

1 系統(tǒng)設(shè)計

1.1 系統(tǒng)構(gòu)成

　　時間統(tǒng)一控制系統(tǒng)是由兩個時間發(fā)布子系統(tǒng)構(gòu)成的,該系統(tǒng)可以擴展為由多個時間發(fā)布子系統(tǒng)構(gòu)成,每個時間發(fā)布子系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)及功能基本全相同。其邏輯圖如圖1所示。

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　　系統(tǒng)有主從和獨立兩種工作狀態(tài)。獨立工作狀態(tài)下,各時間發(fā)布子系統(tǒng)間無聯(lián)系,在各自的時間服務(wù)器控制下單獨工作;在主從工作狀態(tài)下,全系統(tǒng)在一個時刻只有一臺時間發(fā)布子系統(tǒng)的時間服務(wù)器作為主時間服務(wù)器,負責產(chǎn)生并向全系統(tǒng)發(fā)布各類時間信息,時間服務(wù)器系統(tǒng)的主從狀態(tài)由通信控制處理器依據(jù)任務(wù)時段和預案要求進行仲裁。

1.2 時間服務(wù)器

　　時間服務(wù)器是由一臺微機和數(shù)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(wù)器的各部分分別為:

　　時統(tǒng)解碼單元:時統(tǒng)接收天文臺發(fā)布的標準北京時間生成AC碼和DC碼發(fā)送到系統(tǒng)中的時間服務(wù)器和遠程時間客戶機,時間服務(wù)器通過時統(tǒng)解碼板,對時統(tǒng)發(fā)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(jù)。

　　用戶處理控制:當任務(wù)狀態(tài)發(fā)生改變時,時間服務(wù)器接收用戶的輸入信息,并根據(jù)當前已經(jīng)確立的北京時間、任務(wù)預計開始時間等時間信息,生成相關(guān)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(fā)送來的任務(wù)開始實施的中斷信息,生成任務(wù)開始時間并啟動任務(wù)實施時間。

　　通訊規(guī)程控制:將生成的時間信息和控制信息轉(zhuǎn)化為符合協(xié)議的報文,并將該報文發(fā)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(fā)送來的仲裁信息,設(shè)置時間服務(wù)器的主從工作狀態(tài)。

　　網(wǎng)絡(luò)處理單元:將生成的時間信息和控制信息轉(zhuǎn)化為標準的TCP/IP協(xié)議的報文,并將產(chǎn)生的報文發(fā)送到本地內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)。由于網(wǎng)絡(luò)中報文發(fā)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(zhuǎn)發(fā)控制、主從機仲裁、主從狀態(tài)識別等功能。它是由一臺微機和數(shù)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(wù)器的主從狀態(tài)設(shè)置,系統(tǒng)中主從服務(wù)器的仲裁主要是由系統(tǒng)自動判決,但保留有一套備用的人工操作界面,以增強系統(tǒng)的可靠性。

　　主從仲裁控制:通訊控制處理器根據(jù)用戶輸入或者仲裁數(shù)據(jù)庫的信息,判斷主從服務(wù)器的狀態(tài),并向主從服務(wù)器及客戶機發(fā)送仲裁結(jié)果。

　　通訊控制單元:負責系統(tǒng)中服務(wù)器之間以及服務(wù)器與客戶端之間通信的集中控制,建立主時間服務(wù)器到從時間服務(wù)器和遠程時間客戶機之間鏈路通路,實現(xiàn)時間信息和控制信息的發(fā)送;負責接收時間服務(wù)器發(fā)送來的請求主從仲裁信息,并將判決結(jié)果發(fā)送到時間服務(wù)器;響應(yīng)遠程時間客戶機發(fā)送來的環(huán)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(tǒng),其組成如圖4所示,完成對時間服務(wù)器系統(tǒng)各類信息的解釋及分發(fā),承擔對各類顯示終端進行直接控制的任務(wù)。在獨立工作狀態(tài)下,遠程時間客戶機可實現(xiàn)時間服務(wù)器的時間信息產(chǎn)生功能。遠程時間客戶機系統(tǒng)可以進行線路延時的測定與調(diào)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(tǒng)發(fā)送來的B碼終端信息,并以此觸發(fā)時間信息的發(fā)布。這里所發(fā)布的時間信息是主時間服務(wù)器發(fā)送來的時間信息經(jīng)過遠程時間客戶機進行延時校正后產(chǎn)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(tǒng),可由所收到的時間信息幀中的北京時間與本地時統(tǒng)之間的差值來計算生成線路延時,用以調(diào)整終端顯示;對于有雙向通信的遠程系統(tǒng)可通過線路閉環(huán)來獲得線路延時的數(shù)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(diào)整等功能。

　　終端顯示控制:負責向顯示終端發(fā)送點陣標題和各類時間內(nèi)容的報文信息,并根據(jù)用戶的控制或控制報文信息實時向終端發(fā)送控制命令,控制終端的顯示內(nèi)容和顯示方式。

　　通訊規(guī)程控制:接收主時間服務(wù)器發(fā)送來的時間報文信息,建立主時間服務(wù)器到遠程終端之間的鏈路通路,實現(xiàn)時間信息和控制信息的發(fā)送。

1.5 顯示終端

　　顯示終端由點陣、數(shù)碼管和通訊規(guī)程板等組成,如圖5所示,主要完成各類時間的顯示,根據(jù)用戶或服務(wù)器發(fā)送的控制信息切換顯示的時間內(nèi)容和顯示格式,當接收不到時間數(shù)據(jù)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(fā)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(jù)當前各類時間的狀態(tài),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(jù)內(nèi)部時鐘判別線路狀態(tài),當接收不到數(shù)據(jù)時,終端自動守時,并根據(jù)守時結(jié)果產(chǎn)生各類時間進行顯示。

　　時間處理控制:將處理后的時間數(shù)據(jù)通過顯示電路在數(shù)碼管上顯示出來。

　　點陣顯示控制:根據(jù)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(guī)程控制:接收主時間服務(wù)器發(fā)送來的時間報文信息。

2 關(guān)鍵技術(shù)

2.1 時間關(guān)系運算及時間變化關(guān)系模型

　　依據(jù)北京時間、時間信息設(shè)定值和時間信息控制值來計算生成系統(tǒng)中所需要的各類時間信息,并在任務(wù)中根據(jù)推遲、提前等實際情況,依據(jù)各類時間的變化關(guān)系對系統(tǒng)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(fā)射時間和累計推遲時間等,需要根據(jù)實際情況進行人工干預。幾個主要時間的關(guān)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(zhuǎn)發(fā)、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(tǒng)采用了下面幾種處理方法:

　　(1)鏈路交換技術(shù):時間服務(wù)器上產(chǎn)生的各類時間信息在發(fā)送到終端的過程中,需要經(jīng)過通信控制處理器、遠程時間客戶機等環(huán)節(jié),傳統(tǒng)的處理方法是在上一環(huán)節(jié)接收到報文后轉(zhuǎn)發(fā)到下一環(huán)節(jié),這種接收轉(zhuǎn)發(fā)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(shù),在各個環(huán)節(jié)由通信控制處理器或遠程時間客戶機根據(jù)當前狀態(tài)選擇控制報文傳輸通路,將時間服務(wù)器發(fā)送來的各類時間信息不經(jīng)過轉(zhuǎn)發(fā)直接發(fā)送到終端進行顯示。

　　(2)加一秒技術(shù):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(shù)據(jù)接收帶來的延時。為避免數(shù)據(jù)接收帶來的時間延時,當接收到時間信息報文后,根據(jù)當前各類時間的狀態(tài),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(tǒng)的下一時刻秒標信號或者下一信息幀的標頭觸發(fā)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(wù)器之間進行多次閉環(huán)傳輸,計算測定各個遠程客戶機與時間服務(wù)器之間的線路延時,進行時間延時補償。

2.3 系統(tǒng)工作方式

　　整個系統(tǒng)工作有如下三種狀態(tài):

　　(1)自檢狀態(tài),在系統(tǒng)預先設(shè)置各類時間信息,由程序控制、模擬任務(wù)的各種狀態(tài),進行系統(tǒng)自檢。

　　(2)內(nèi)控狀態(tài),即本地工作狀態(tài),各時間發(fā)布子系統(tǒng)相互獨立,在各自時間服務(wù)器的控制下,進行各類時間信息和控制信息的產(chǎn)生與發(fā)布。

　　(3)外控狀態(tài),即主從狀態(tài),時間系統(tǒng)在一個時刻只有一臺時間發(fā)布子系統(tǒng)的時間服務(wù)器產(chǎn)生并向整個系統(tǒng)發(fā)送各類時間信息和控制信息,其它時間服務(wù)器以從服務(wù)器的工作方式接收主服務(wù)器發(fā)送的各類信息。時間服務(wù)器之間的主從狀態(tài)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(wù)器的仲裁請求,或根據(jù)外部人工輸入的信息,查找仲裁數(shù)據(jù)庫的信息,仲裁時間服務(wù)器的主從狀態(tài),并將仲裁結(jié)果發(fā)送到時間服務(wù)器及客戶機,同時改變系統(tǒng)中鏈路的通路。

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參考文獻

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