基于英創工控主板的高精度時鐘解決方案
在工業設備中，嵌入式控制系統對時間精度通常有嚴格要求，尤其在電力自動化、軌道交通等領域，系統時間誤差常需控制在1ms以內。為滿足這一要求，本地設備必須具備可靠的對時機制，并確保本地時鐘系統自身具有良好的精度，因此校時機制不可或缺。
常見的時間數據源包括NTP服務器、IRIG-B信號、GPS模塊以及本地RTC時鐘。實際應用中需選擇一種既滿足精度要求又便于獲取的時間源。
l NTP服務器：通過網絡NTP協議獲取時間數據
l IRIG-B信號：通過專用接口從時間服務器接收IRIG-B時間碼
l GPS：通過串口從GPS模塊接收時間信息
l RTC：從板載RTC芯片讀取時間
基本的的構成框圖如下：
英創主板上的RTC選擇滿足普通應用的無溫度補償的低成本方案。在對本地RTC有更高時間精度要求的場合，可以外接RX-8025T高精度時鐘芯片，以獲得更穩定的時間，如上圖所示。
嵌入式系統時間同步的典型流程如下圖所示：
英創工控主板提供了一系列保障系統時間精度的方法，最高可實現系統時間與基準時間誤差小于1ms。實現高精度時間的前提是具備可靠的基準時間信號源，如PPS、IRIG-B、NTP或GPS信號。
下面以ESM7400為例，說明保持系統時間精度的基本軟件流程：
1、 系統啟動后，從ESM7400板載RTC讀取時間，初始化操作系統時間
2、 應用程序啟動后，從高精度時間信號源（IRIG-B、NTP、GPS）獲取標準時間，校正系統時間。此步驟只需在軟件啟動后執行一次有效校準即可。
3、 開啟PPS秒同步線程，持續進行時間微調，可將精度提升至50μs以內。該線程需持續運行，以實現每秒一次的高精度校正。
4、 定期（如每日1-2次）將校準后的系統時間回寫至板載RTC，保持RTC時間準確性。
5、 執行其它應用任務。
分步說明：
一、使用IRIG-B獲取標準時間
ESM7400內核已集成IRIG-B解碼驅動，使用時需將IRIG-B信號連接到ESM7400的GPIO15，相關示例代碼如下：
#define IRIG_B_SET_SYSTIME 0x00
#define IRIG_B_SET_RTCTIME 0x01
int ret, i1, fd;
struct tm t;
fd = open("/dev/irig-b", O_RDWR); //打開IRIG-B數據解碼設備
i1=IRIG_B_SET_SYSTIME; //獲取IRIG-B時間數據，并設置到系統時間
write(fd, &i1, sizeof(int));
i1=IRIG_B_SET_RTCTIME; //獲取IRIG-B時間數據，并設置到獨立時鐘芯片rtc0
write(fd, &i1, sizeof(int));
ret = read(fd, &t, sizeof(struct tm)); //只讀取IRIG-B時間數據
if(ret == 0)
printf("time:%d-%d-%d %d:%d:%d\n",t.tm_year, t.tm_mon, t.tm_mday, t.tm_hour, t.tm_min, t.tm_sec);
else
printf("irig-b get time failed!\n");
對于NTP與GPS的時間獲取，內核末提供專用驅動，需在應用程序中實現協議解析。常用NTP服務器可參考：
l 中國國家授時中心：114.118.7.161
l 阿里云： 118.31.3.89
二、使用PPS實現秒同步
ESM7400內核已內置GPIO-PPS驅動，支持通過PPS信號進行高精度秒同步，精度可達到30us以內。PPS信號需要接入ESM7400的GPIO8。GPIO-PPS驅動本身不直接進行時間校準，核心功能是提供精確的時間戳與上報，時間校正需由上層應用調用adjtimex（）完成。基本應用流程如下：
1、打開pps0設備： open("/dev/pps0", O_RDWR);
2、設置捕捉模式： ioctl(fd, PPS_SETPARAMS, ¶ms);
3、獲取pps時間戳： ioctl(fd, PPS_FETCH, &fdata)
4、檢驗數據并計算時間偏差
5、校正系統時間： adjtimex(&tx);
步驟3~5需在獨立線程中循環執行，以實現持續同步。在我們的例子中可實現30us以內的時間誤差。
例程輸出信息解釋：
l 序列：PPS脈沖計數，連續表示信號捕獲穩定。
l 系統時間：系統當前時間（秒 + 納秒）
l PPS時刻：PPS脈沖在當前秒內的精確到達時間
l 偏移：系統時間相對于PPS脈沖的快/慢程度（微秒），上圖所示的數據表示系統時間比pps脈沖慢19us
l 調整：累計已調整的時間量，上圖所示已累計調整了2us
三、無外部基準源時的RTC增強方案
在沒有IRIG-B或NTP或GPS等外部高精度時間源是，只能依靠板載的RTC來保證操作系統時間的準確性性。為了保障更高時間精度，可依靠外接RX-8025T高精度時間芯片來提升時間可靠性。在硬件方面，通過I2C連接RX-8025T致ESM7400，并將RX-8025T的中斷輸出（秒邊沿對齊）接入ESM7400的GPIO25引腳，驅動支持定期將RTC時間同步至ESM7400系統時間，每10秒同步一次，在晶振20ppm誤差下，可保證系統時間與RTC偏差小于300μs。
啟用該功能的代碼如下：
#define RTC_TIMER_IRQ_CTRL_ON 0x5170
#define RTC_TIMER_IRQ_CTRL_OFF 0x5171
// 打開 RTC 設備
rtc_fd = open("/dev/rtc0", O_RDONLY);
// 使能RTC中斷并同步系統時間
ioctl(rtc_fd, RTC_TIMER_IRQ_CTRL_ON, 1);
// 關閉同步功能
ioctl(rtc_fd, RTC_TIMER_IRQ_CTRL_OFF, 1);硬件參考電路如下圖所示：
該方案中所需的資源與用途：
l GPIO8： PPS信號輸入
l GPIO15：IRIG-B信號輸入
l GPIO25：RX-8025T時鐘芯片中斷信號，需外接約10K上拉電阻
l GPIO26/GPIO27：RX-8025T I2C通訊，需要外接約4.7K上拉電阻
l 串口：GPS數據接收
l 網口：NTP通訊
由于代碼較多，在本文所述示例代碼并不完整，如需獲取全部源碼，歡迎聯系英創公司技術支持。