[发明专利]一种高精度计算机串口授时方法

说明书

本发明所述的一种基于FPGA和GNSS终端的高精度计算机串口授时方法，采用FPGA进行控制，实现多个功能模块并行工作，可将时间数据输出延时精确计算，减少误差的产生，FPGA丰富的引脚资源，可实现多路独立的时间数据输出，同时为多台计算机授时，提高系统利用率和工作效率，该系统具有更高的授时精度，为计算机采集的数据提供时间标记，适用于数据同步要求高的场合。

技术领域：

本发明涉及计算机应用领域，具体为一种基于FPGA和GNSS终端的高精度计算机串口授时方法。

背景技术：

在对时间精度要求高的计算机应用领域，依靠计算机自身的时钟守时精度难以满足要求，需要外部设备为其授时。连接局域网或广域网的计算机可以通过NTP服务器获取高精度时间，NTP授时精度可达10毫秒。然而在一些应用场合，不具备接入网络的计算机的情况下，如野外或保密原因等，就需要通过其他途径为其提供时间基准源。

在精确授时领域，因全球导航卫星定位系统可提供的高精度时间信息而得到广泛应用。采用GNSS终端为计算机系统授时，需要解决计算机系统获取到时间信息的延迟时间。另外，虽然GNSS终端可以提供很精确的时间信号，但由于计算机操作系统具有非实时多任务的特性，受计算机操作系统运行负载的影响，计算机接收到时间信息进行解包转换，再到时间调整完毕的过程是一个不稳定的延时。只有解决好这两个延时，才能使计算机授时达到最优化的精度。

而现有的授时方法是将北斗/GPS模块输出的数据（$GPRMC）通过USB转串口方式直接送给计算机，由计算机进行解算时间，获得时分秒数据后进行计算机授时。该方法没有用到北斗/GPS模块的PPS信号对时间进行修正，误差是非常大的；也没有提到解算日期并对计算机的日期进行修正，当计算机日期错误时无法进行日期校准。

另一种方法是通过嵌入式系统与计算机系统进行2次通信，由于定时器在“捕获到PPS信号后立即开启”，在“嵌入式系统接收到ACK信号后，记录定时器的当前计数值并关闭”，因此第一次通信获取的延时不仅包括“预估嵌入式系统与计算机通信过程的时延和计算机操作系统的非实时性造成的时延”，还包括1PPS时刻到信息开始输出时间间隔Δt1和接收并解算出UTC时间的间间隔Δt2，第二次通信将第一步获得的时延时间加倍，与UTC整数秒一起发送给计算机进行授时。该方法存在两个影响时间精度的误差因素：一是第一次通信时计算机系统反馈给嵌入式系统一个ACK信号，而第二次通信并没有该信号传输过程，按照该方法的通信方式，将产生数毫秒的时间误差，该方法相对于又引入了Δt1+Δt2的时间误差，一般几十毫秒到100多毫秒。

发明内容：

为了克服上述的不足，本发明提供了一种基于FPGA和GNSS终端的高精度计算机串口授时方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案：

一种高精度计算机串口授时方法，包括如下步骤：

1）通过硬件描述语言编写串口通信模块，使FPGA实现串口数据接收功能，能够接收并读取GNSS导航模块输出的信息；

2）从接收到的GNSS导航模块的信息中提取年、月、日、时、分、秒数据，同时提取定位标志；

3）当检测到定位标志有效时，将同步头、年、月、日、时、分、秒数据以及结束符组成一帧数据，等待下一个1PPS到来时发送出去；

4）FPGA通过一个引脚连接GNSS导航终端模块的1PPS信号输出端，通过上升沿检测模块捕获到1PPS信号上升沿时，将第3步准备好的数据通过串口通信模块发送给计算机；