近年來，我國在各個方面均加大了對國産化替代的投入力度，不再單純依賴國外技術，這使得國内各項信息技術得以蓬勃發展，特别是芯片技術和導航系統。同時現代電子系統迅猛發展，對于時間基準設備的精度要求越來越高，而目前國内的時間服務器不管從規格或者價格上都比較混亂，沒有形成統一的标準。

針對這種需求，利用國産處理器與北鬥導航系統，開展基于北鬥的時間同步系統設計有一定工程應用價值。在國家高技術研究發展計劃中指出，計算機技術是決定到國家命運的戰略性産業之一。

計算機系統的核心器件是通用處理器，信息處理、程序執行、數據運算等都離不開處理器的工作，其發展直接關系到國家是否能從根本上改變核心技術受制于人的情況，事關國家安全。

我國在CPU研制上出現“應用強、技術弱”的情況，與國外存在一定的差距，由于研發時間晚于國外，技術積累不足，部分核心技術缺失，在美國實施對我國進行技術制裁時，我們較為被動。

為了打破“卡脖子”的被動局面，多年來，我國在國産芯片的研發突破與叠代應用上不懈努力，成果豐富，各國産處理器廠家如龍芯、申威、飛騰等，已經研制出了多款高性能的CPU芯片，已應用到我們身邊的各個領域。

“龍芯”處理器的研發開始于2001年中科院計算所，得到了國家高技術研究發展計劃的大力支持，是我國最早研制的高性能通用處理器系列。在政府的産業扶持和關鍵技術攻關幫助下，經過十餘年的潛心研究，不斷積累核心技術，之後開始市場化運作，形成“應用-反饋-叠代調優-再應用”的正向循環，研發成果不斷推陳出新。

國産CPU産品的百花齊放打破了Intel的壟斷局面，但不夠成熟的技術使其發展受限。對于龍芯來說，因為研發初期目标是提高我國國防技術能力，産品要運用在軍事、航空航天等領域，對信息安全要求極高，導緻其追求極緻的安全性，其他方面性能并不突出，不能方便的應用于其他民用領域。

相信未來随着政策、資本、社會輿情的不斷引導，與之相關的其他領域的研究會快速發展。北鬥短報文協議，簡稱RDSS協議，最早使用的是2006年11月發布北鬥一号用戶機數據接口要求，版本4.0，簡稱4.0協議。

因為4.0協議為二進制格式，使用起來不是特别方便，所以在2014年8月國家發布了北鬥衛星導航系統用戶終端通用數據接口，版本2.1，簡稱2.1協議。2.1協議為文本格式，除支持本身的RDSS協議外還兼容RNSS協議。

由于2.1協議功能和擴展性更豐富，目前2.1協議正逐步代替4.0協議。因為北鬥短報文衛星一直在向地面廣播信号和時間，RDSS獲取時間不會占用北鬥短報文的發送頻度，不會對時間精度造成影響。

RDSS 2.1協議的語句都是以美元符号“$”開始，以英文字符“,”和“*”為分隔符，以回車換行符“\r\n”結束。NTP（Network Time Protocol）是用來在分布式時間服務器和客戶端之間進行時間同步的協議，目前最新的NTP版本是第4版（NTPv4），其标準化文檔為RFC 5905。

協議在不斷地開發中形成了嚴格、實用、有效的機制，适應于在各種規模、速度的網絡環境下工作，近些年來迅速發展。NTP采用的結構是Client/Server，時間标準是世界協調時UTC，設備A和設備B各自有獨立的系統時鐘，需要通過NTP實現二者時鐘的自動同步。

為便于理解其工作原理，假設：目前設備A和設備B系統時鐘不同步，設備A的時間為10:00:00am，設備B的時間為11:00:00am；設備B為NTP時間服務器同步設備A的時鐘，處理時間需要1秒；設備A和設備B單向傳輸NTP報文所需時間為1秒。

龍芯1C最高主頻達到300MHz，包含浮點處理單元，使CPU對多媒體數據與圖形數據的處理能力有效增強；内存接口設計靈活，方便内存芯片的選型；存儲擴展接口支持8-bit SLC NAND和MLC NAND FLASH，允許系統擁有更大容量。

提供了豐富的外設接口，例如全功能UART接口、高速SPI接口、LCD控制器等，都是本産品功能實現必不可少的部分；同時芯片滿負荷功耗小于0.5W，非常低，不用考慮長時間工作的散熱和性能等問題。龍芯1C處理器為MIPS架構，系統使用開源的Linux操作系統進行修改、編寫，用來管理整個系統資源。

開源的Linux系統擁有衆多的追随者，大家不斷鑽研源代碼，改寫出屬于自己的操作系統，在多年的累積下，Linux系統不斷壯大、完備、穩定，是一個理想的開發平台。

擁有一個自己的嵌入式Linux系統可以分為四個部分：引導程序移植，Linux内核移植，根文件系統移植，應用程序的開發編譯。引導程序、内核與根文件系統的移植是一個Linux系統能開機運行的必要步驟，在此基礎上進行應用程序的開發編譯，實現不同的系統功能。

龍芯1C平台的引導程序是PMON（Prom Monitor），分為彙編代碼部分和C代碼部分，彙編代碼部分是系統每次開機時執行的第一段代碼，用來初始化基本硬件，如果硬件環境出現問題給出告警；彙編代碼部分執行通過後開始執行C代碼部分，對環境變量、數據結構等進行初始化，最後調用Linux内核，挂載根文件系統。

根文件系統提供了根目錄，是系統的核心，包括内核啟動後的應用層配置等系統配置文件和運行應用軟件所需要的庫，包括shell命令程序也在根文件系統上，同時根文件系統還是文件和數據的存儲區域，作為一切皆文件的Linux系統，根文件系統的重要性不言而喻。

應用程序是為達到系統設計的某些功能編寫的程序，是系統的眼睛，好的應用程序配上設計精良的硬件就是畫龍點睛。龍芯平台的應用程序為通用的.c後綴文件，程序設計完成使用龍芯的編譯器命令mipsel-linux-gcc進行編譯，将編譯後的可執行文件燒寫到FLASH芯片就可以正常運行。

電力設備的起停操作會使電壓及電流出現瞬态幹擾，極易造成設備電路損壞而出現損失，同樣無處不在的雷擊幹擾與靜電放電等也會有同樣的危害。

因為系統需要通過蘑菇頭天線接收北鬥衛星信号，而蘑菇頭天線通常放置于房頂或其他開闊地帶，所以受雷擊概率更大，需要一種高效能器件保護，二極管形式的TVS管，電路中設計簡單，可以以10-12秒量級的速度，在其受到瞬态沖擊時将兩極間高達數千瓦的浪湧功率吸收，避免電路中的精密元器件遭受損壞。

電路設計中，在BNC輸入信号進入其他電路前放置TVS管，下拉到地，将可能出現的浪湧脈沖導入到地，保護電路中其他元器件。由于J1為天線輸入接口，雷擊等原因形成的過電壓和過電流情況更加複雜，采用兩級防護電路設計，在前級放置三極管PMB3904釋放大部分雷擊浪湧能量，後級裝TVS管釋放雷擊浪湧殘餘能量，達到保護後面電路的目的。

采用這樣的防護電路，結構簡單，成本低，易實現。守時單元的目的是實現晶振秒脈沖周期與标準秒之間的誤差盡量小。在守時模塊的實現中，電壓控制型恒溫晶振的輸出脈沖在經過分頻之後産生秒脈沖信号，通過數字鑒相器測量晶振秒脈沖和标準秒脈沖的時間差，經過濾波處理後，通過VCO來微調晶振的頻率，構成一個完整的鎖相環電路，得到精準的秒脈沖信号。

電路主要由10MHz高精度恒溫晶體振蕩器、鎖相環芯片ADF4001BRU、環路濾波電路等組成[61]。ADI亞德諾公司生産的型号為ADF4001BRU的射頻PLL芯片，是一款單片集成芯片，集成了低噪聲數字鑒頻鑒相器、精密電荷泵、可編程參考分頻器（R分頻器）和可編程13位N分頻器，集成度很高。

13位N分頻器由6位A計數器、13位B計數器與雙模分頻器（P/P 1）共同組成，在ADF4001BRU芯片外圍電路加上環路濾波電路和壓控振蕩電路，就實現了一個完整的鎖相環電路。

由于硬盤處理數據的速度與MCU相差很遠，硬盤完全無法跟上CPU的處理速度，即使CPU設計了緩存，但是受限于成本和CPU面積，這個緩存空間很有限，于是就在CPU緩存和硬盤之間又加入了新的存儲器：内存。

龍芯1C芯片内部集成了SDRAM内存控制器，支持市面上常見的8位、16位SDRAM顆粒，支持最大的存儲容量不少于256MB。内存控制器中實現了動态頁管理功能。該功能的意義在于最遲關閉行和交錯預充電策略由控制器在硬件電路上選擇，可以不需要軟件設計者的幹預而進行内存的一次存取。

核心闆卡為四層闆設計，表面第一層和第四層都為信号層，中間二三層分别為地層和電源層，元器件單面擺放，關鍵信号布置在頂層。預留接口有UART/GPIO，可以以插針形式引出，方便後續開發。另設複位按鍵，方便使用。各類信号走線嚴格按照協議規範進行最優處理，電路布局盡最大可能将幹擾源屏蔽。

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