专利名称：时间同步系统、时间同步装置和提供时间同步装置的方法
时间同步系统、时间同步装置和提供时间同步装置的方法 技术领域本公开一般涉及计算机系统中的定时信号，并且更具体地涉及一种用于在利用服务器时间协议(STP)的计算机系统中以同步时间实现精确度 的系统和方法。
背景技术：
诸如可从受让人国际商业机器公司处获得的zSeries eServer⑧之类 的大型机服务器设备使用协议用于在客户端和服务器计算机之间散布和同 步时间，以便例如在计算机系统中提供系统完整性。过去，定时网络中的 每曰时间(Time-Of-Day， TOD)时钟是通过外部盒子(9037系统复用计 时器)来同步的。9037定时网络中的每个中央处理复合体(Central Processing Complex, CPC)将它的TOD时钟步进(step)为来自卯37的 信号。简单来说，CPC是指一种系统，其可以包括一个或多个中央处理单 元(CPU)和相关联的硬件单元，诸如主存储装置和扩展存储装置、TOD 时钟、以及可被配置成在操作系统的控制下进行工作的信道。由9037广播 的步进信号需要从9037到每个CPC的特殊的点到点链路(被称为外部时 间参考(ETR)链路)。在共同所有的美国专利No. 6，209，106中描述了实 现ETR偏置值来对经逻辑分区的机器的逻辑分区进行同步的代表性的系 统。在诸如zSeries②之类的主服务器设备中可以替代ETR作为时间协议的 服务器时间协议(STP)实现了不包括公共步进信号的定时解决方案.定 时信息是通过带有时间戳和其他定时信息的消息来传达的，而且每个CPC 必须通过计算偏置并采取行动来调节TOD时钟而使它的TOD时钟与剩余 的其他CPC保持一致。这与由NTP (网络定时协议)执行的行动相类似， 不同之处在于，NTP通常是在软件层实现，那里时间戳可由控制程序来生 成。eServer 2861^8@体系结构对TOD时钟有非常严格的需求；它可由任 何问题程序查看，所有时间戳必须不同，时间戳必须不会显现为向后步进， 并且即使当由在CPC内的不同CPU上运行的程序查看时，时间戳也必须 显现为正在增加。为了对新的定时解决方案所需要的TOD时钟做出调节， TOD时钟的步进速率必须用非常精细的调节来加速或者减速，并且这些调 节必须由CPC内的所有CPU同时观察到。ETR体系结构提供了一种通过集中式时间参考在不同CPC中同步 TOD时钟的方法，其接着可以在国际时间标准的基础上被精确地设置。可 通过将ETR单元(例如卯37)连接到外部时间源(ETS)来将ETR时间 同步到国际时间，然而，相对于ETR所实现的国际时间标准，服务器时 间协议(STP)没有任何简单的方法来获得相同的精确度级别。例如，在 卯37-l上，ETS通过RS-232接口被连接到9037控制台，而9037控制台 通过通用接口总线(GPIB)连接到9037-1。这样实现了大约5毫秒的精 确度，而对于许多客户而言这不可接受。在9037-2上，ETS通过RS-232 接口直接连接到卯37-2并且实现了大约1毫秒的精确度。使用9037-2，还 添加了脉冲频率(pulse-per-second， PPS )同轴连接器。当将PPS连接与 RS-232结合起来使用时，9037-2可与PPS信号同步到大约100微秒以内。图1示出公知的具有ETS和PPS的高可用度的ETR网络。为了提供 高可用度，大多数ETR定时网络被设计成不具有任何单个故障点。图1 示出两个ETR单元102、 104,每个都连接到若干个服务器106、 108，其 中每个都被称为中央处理复合体(CPC),被称为ETR信号的来自每个 ETR 102、 104的输出被连接到每个CPC 106、 108上的ETR附属设施 (EAF)端口llO、 112、 114、 116。为了避免任何单个故障点，高可用度 的ETR网络100具有两个ETR 102、104，并且每个CPC具有到两个ETR 的连接。某些ETR网络不具有所有这种冗余度。然而，所有CPC具有两 个ETR端口，无论它们是否在高可用度的网络中。外部时间源(ETS)单元118、 120通过拨出、GPS或者其他机制来
获得协调通用时间(UTC)。 ETS单元118通过两个连接RS-232 122和可 选的脉冲频率(PPS ) 124连接到ETR单元102，例如IBM 9037。类似地， ETS单元120通过两个连接RS-232 126和可选的脉冲频率(PPS) 128连 接到ETR单元104。 RS-232连接122、 126被用于传达时间信息而特殊的 可选脉冲频率连接器124、 128被用于获得高度精确的定时脉冲。不使用 PPS信号时，精确度大约是+/-1.0毫秒。使用PPS信号时，精确度是+/-100 微秒。ETR单元102、 104通过特殊的ETR接口将被称为ETR信号的定 时信息传达给每个CPC 106、 108。这个接口的精确度是+A2.0毫秒。图2是示出^^知的中央处理复合体(CPC)的细节的框图。例如，CPC 200包括共享主存储装置202、若干CPU 204、每日时间(TOD )时钟206、 具有两个端口 208、 210的ETR附属设施(EAF)。每个CPC内的TOD 时钟206被设置并同步到ETR。 TOD时钟可以步进到两个ETR中的任何 一个或者从本地振荡器进行步进。前一情况被称作ETR步进模式，后一 情况被称作本地步进模式。图3是示出不带有PPS的ETR附属设施(EAF)的框图。它详细地 说明了针对一个EAF端口的EAF。 TOD时钟302随TOD时钟步进信号 而递增。在本地步进模式中，这个信号来自本地振荡器304。在ETR步进 模式中，这个信号得自于ETR信号306。ETR信号306驱动锁相环取PLL) 308，而双相转换器310将ETR信号转换成比特流。在于312处示出的模 块处，比特流被并行化(deserializer符号被识别、并且数据被解码以获 得四个不同的ETR数据字314 (DW1-DW4)。被解码的符号中的一个是 实时符号。对该实时符号的识别导致实时事件(OTE)。 OTE使得笫一级 数据寄存器314的内容通过门被传送(gate)至第二级数据寄存器316并 且还使得TOD时钟302的当前内容被传送至时间戳寄存器318。如上面所描述，时间信息是通过RS-232接口从ETS被传达的。在 9037-1中，定时信息从ETS被发送到9037控制台。在9037-2中，定时信 息被直接从ETS发送到9037-2。使用STP时，9037控制台的作用由硬件 维护控制台(HMC)来执行。因为不存在任何将RS-232接口直接连接到
中央处理复合体(CPC)的位置，所以RS-232连接必须以连接到9037-1 的相同的方式连接到HMC。从HMC到CPC的唯一可用的接口是服务接 口。服务接口被设计成是灵活的但并不是快速的。它被用于在操作人员与 系统间的所有通信，并且还被维护人员用于将更改安装到得到许可的内部 代码。这个接口具有非常高的等待时间和变度(variance)。例如，对于 HMC发起的拨出，估计出大约100毫秒的精确度是可获得的最好的精确 度，这使得该精确度比9037-1差得多。一个替代性的解决方案是用一种新的接口卡和新的协议来替代CPC 内的ETR附属设施(EAF)，该新的接口卡将包括用于进行输入的RS-232 和PPS接口 ，而该新的协议连接到CPU以访问这个信息。这种解决方案 将包括定义和实现这种新接口的大量工作。可以考虑的另 一个选择项是提 供一种新的独立单元，其将包括用于进行输入的RS-232和PPS接口以及 作为输出的当前ETR信号。这种方法将不需要对CPC的任何改变，因为 当前EAF将保持不变。然而，设计、实现和制造这种单元将进行大量工作。 此外，独立单元的价格将对客户呈现价格上的极大增长。另一个选择是使 用直接来自CPC的标准输^/输出(1/0)通信路径以便经由网络时间协议 (NTP)或其他定时机制来访问定时信息.然而，类似于其他选择项，这 也将需要极大的设计工作，因为不存在任何可用于本机的I/O路径。因此，理想的是提供一种系统和方法，用于优选地以STP来实现每日 时间精确度，而不需要大量设计和实现的工作。发明内容提供了一种时间同步装置、方法和系统，该装置在一个方面至少包括 每日时间时钟、可操作用于使用第一时间协议来接收至少第一时间信息的 第 一端口 、可操作用于使用第二时间协议来接收至少第二时间信息的第二 端口、可操作用于接收至少定时信号的第三端口、以及时间戳寄存器，其 可操作用于当从该笫三端口接收该定时信号或从该第一端口接收该第一时 间信息或者二者的组合时至少捕获每日时间时钟的当前值。 在另 一方面，该第一端口可以包括可操作用于接收外部时间参考信号 的端口而该第一时间信息可以包括高质量的时间信息。在另一方面，该笫 二端口可以包括服务接口而该第二时间信息可以包括通过正常质量接口接 收到的时间信息。在另一方面，该笫三端口包括脉冲频率信号接口而该定 时信号包括脉冲频率信号。时间同步系统在一个方面可以包括可操作用于直接连接到外部时间源 的输出端口用于接收定时脉冲信号的中央处理复合体。控制台可以连接到外部时间源用于接收定时数据；控制台可以进一步连接到该中央处理复合 体用于将定时数据传输到该中央处理复合体.中央处理复合体可以进一步 可操作用于将它的时间同步到该定时数据和脉冲频率信号。在另一方面， 该定时脉冲信号至少包括脉沖频率信号。在另一方面，控制台可以经由中 央处理复合体上的服务器接口连接到中央处理复合体。一种提供时间同步装置的方法在一个方面包括提供每日时间时钟、 提供第 一端口用于使用第 一 时间协议来接收至少第 一 时间信息、提供第二 端口用于使用第二时间协议来接收至少第二时间信息、提供第三端口用于 接收至少定时信号、以及提供时间戳寄存器用于当从第三端口接收到定时 信号或从第一端口接收到笫一时间信息或者二者的組合时至少捕获每日时 间时钟的当前值，下面参考附图，详细描述其他特征以及各种实施例的结构和操作。在 附图中，相同的参考数字指示相同或功能类似的单元。
图1是图示了带有ETS、 RS-232和PPS的高可用度的ETR网络的框图。图2是示出公知的中央处理复合体(CPC)的细节的框图。 图3是示出不带有PPS的ETR附属设施(EAF )的框图。 图4图示了在本公开的一实施例中带有ETS、 RS-232和PPS的STP 网络。 图5图示了在4^>开的一实施例中带有STP的中央处理复合体的图。 图6图示了在本公开的一实施例中带有PPS的ETR附属设施 (EAFpp )。图7图示了在本公开的一实施例中带有ETS、 RS-232、 PPS和STP 的混合网络。
具体实施方式
图4图示了在^/>开的一实施例中带有ETS、 RS-232和PPS的STP 网络。图4示出被转换到STP (服务器时间协议)以及带有被添加到ETR 附属设施(EAFpp)的PPS的安装。在这种配置中，ETS单元402、 404 连接到硬件维护控制台(HMC) 406、 408。 HMC 406、 408通过连至STP 引擎422、 424的服务接口 (SI) 426、 428连接到CPC 410、 412。来自 ETS402、 404的标准定时数据通过RS-232接口被传达到HMC406、 408， 并且接着它被从HMC通过服务接口 426、 428传达到CPC 410、 412。 PPS 信号被直接传达给EAFpp。不带有PPS的这种连接的精确度大约是+/-100 毫秒。将可选的PPS信号添加到HMC将不会改善这种精确度，因为大多 数错误是在HMC与STP引擎之间的通信中，也即在服务接口中。然而， PPS信号到EAFpp的连接提供了+/-100微秒的精确度。HMC 406、 408可以使用例如连至ETS 402、 404的RS-232接口来获 得日期和时间，或者它可直接执行拨出。 一旦已经确定时间是在0.5秒以 内，则EAF-PPS附件被用于以微秒的几分之一的精确度来确定时间。在 获得日期和时间之后，接着只要PPS信号出现，那么就不必读取RS-232 接口上的日期和时间或者执行拨出。然而，这可以例如偶尔作为预警的手 段而被执行。图5是图示了在本公开的一实施例中带有STP的中央处理复合体的 图。图5详细示出安装有STP和PPS的CPC。在一实施例中，每个CPC 具有STP引擎，其在STP网络中监视并控制定时。EAFpp端口510、 512 可操作用于接收ETR信号和PPS信号。端口 EAFpp端口 510、 512可以
只接收ETR或只接收PPS或者同时接收ETR和PPS信号。STP引擎502 控制TOD时钟508是在ETR步进模式还是在本地步进模式，并且当在 ETR步进模式时选择待使用的EAF端口 (例如510或512 )。通过STP链 路506， STP引擎与其他CPC中的STP引擎交换定时消息。它计算STP 网络中的TOD时钟之间的差异并且使用这个信息来调节TOD时钟操纵 (steering) 514。在共同所有的、申请中的名为"System and Method for TOD-clock Steering"的申请号为11/223,886的美国专利申请中更加详细地 描述了 TOD时钟操纵，该专利是在2005年9月9日提出申请的，在此通 过引用将其整体内容和公开引入，就如同全部在这里阐述过一样。STP引 擎502即使是在本地步进模式中也可从来自EAF端口 510、 512的时间戳 寄存器和EAF 二级数据寄存器中读取信息。当PPS信号连接到EAF时， STP引擎502可读取时间戳寄存器以确定在PPS信号到达的时刻物理时钟 的值。图5示出连接进EAF端口中的每个端口的ETR信号和PPS信号， 但是在某些配置中，没有任何信号净皮连接。也即，尽管CPC可以包括两 个EAFpp端口 510、 512和服务接口 (SI) 504，但是不是所有端口和接 口 510、 512、 504需要同时被使用或者连接到外部设备。相反，使用本公 开的CPC，各种连接配置都是可能的。例如，某些CPC可以只针对ETR 信号使用EAFpp端口 ，某些CPC可以只针对PPS信号使用EAFpp端口 ， 某些CPC可以同时针对ETR和PPS信号使用EAFpp端口 ，以及某些CPC 可以不4吏用EAFpp端口。STP引擎502通过服务接口 504与硬件维护控制台(HMC )进行通信。 HMC将诸如配置信息、状态信息和时间信息之类的信息传达给CPC。配 置信息的例子可以包括但是不限于网络标识符(ID )、这个CPC在网络 中所起的作用，诸如优选的、 、判优器、本地时钟服务器等等。状态 信息的例子可以包括但是不限于ETS附件类型和操作状态等等.时间信 息的例子可以包括但是不限于年、月、日、小时、分钟、秒、闰秒、本 地时区等等。HMC可以从诸如操作员、ETS、拨出之类的各种源、从位 于网络中的一个或多个CPC中的STP引擎获得所述信息以及其他信息。
服务接口 504可以包括但是不限于在RS-232中的所有可用信息。图6图示了在本公开的一实施例中带有PPS的ETR附属设施 (EAFpp )。来自ETS的PPS信号602被直接连接到EAFpp 600。这个信 号与OTE 604进行或操作以形成时间戳事件(TSE) 606。通过信号TSE 606， TOD时钟608的当前值通过门被传送至时间戳寄存器610。在一实 施例中，时间戳寄存器610可以针对ETR信号和PPS信号二者被使用。 这种设计允许针对STP引擎的一个功能在若干不同的配置中读取寄存器 610，所述配置包括但是不限于在图4和图7中所示出的配置。例如，当 PPS被附接时，可以不需要针对STP引擎的额外的指令。TOD时钟608 提供对实时的高分辨率的测量，适合用于指示日期和每日时间。它可以是 64比特无符号的二进制计数器。概念上，TOD时钟608被递增，以致每2 _12微秒(1/4096微秒)就向低位比特位置(比特63 )加1。实际的TOD 时钟的实现可能不提供完整的64比特计数器，但是通过以相应地更低的速 率来递增更高位比特位置来维持等同的步进速率(比特位置进行改变的速 率)。图7图示了在本公开的一实施例中例如部分地移植到STP的带有 ETS、 RS-232、 PPS和STP的混合网络。在HMC 706、 708和带有PPS 的ETR附属设施(EAFpp)的这种混合组合中，HMC 706、 708例如通 过分别连接至STP引擎714、 716的服务接口 726、 728被分别连接到CPC 702、 704。 EAFpp 718、 720被扩展到包括PPS连接。PPS信号被直接传 达给EAFpp 718、 720。 ETR单元710、 712通过RS-232接口从ETS接收 定时信息并且从可选的脉冲频率连接接收定时脉冲。ETR单元710、 712 将定时信息传达给每个CPC 702、 704。在这种配置中，CPC 702、 704可以使用ETR信号或者PPS信号。这 种配置对于测试是有用的，因为它允许PPS信号被用于校验混合网络的精 确度。在转换到只有STP的配置之前到PPS的连接还允许在最终转换之 前校验该PPS连接。通常，由ETR发出的OTE 604每隔22°微秒(1.048576秒)出现，而PPS 602每1.00000秒出现。因此，同时将PPS 602和ETR连接到EAF并且以非常小的干扰从两者中读取信息是可能的。这两个信号每隔2" (16，384)秒或者大约每四个半小时就重合一次.给定至少三个时间戳， 确定每个时间戳值表示哪一个输入是非常简单的编程任务。上面所描述的实施例是说明性的例子并且不应当被理解成本发明受限 于那些特定的实施例。因此，在不偏离在权利要求书中定义的本发明的精 髓和范围的条件下，本发明的技术人员可以实现各种改变和修改。
权利要求
1. 一种时间同步装置，包括 每日时间时钟；可操作用于使用第 一 时间协议来接收至少第 一时间信息的第 一端口 ；可操作用于使用第二时间协议来接收至少第二时间信息的第二端口 ；可操作用于接收至少定时信号的第三端口；以及时间戳寄存器，可操作用于当从所述第三端口接收到所述定时信号或 从所述第一端口接收到所述第一时间信息或者二者的组合时至少捕获所述 每日时间时钟的当前值。
2. 根据权利要求l所述的装置，其中所述第一端口包括可操作用于接 收外部时间参考信号的端口 。
3. 根据权利要求1所述的装置，其中所述第一时间信息包括高质量的 时间信息。
4. 才艮据权利要求l所述的装置，其中所述第二端口包括服务接口。
5. 根据权利要求l所述的装置，其中所述第二时间信息包括通过正常 质量接口所接收到的时间信息。
6. 根据权利要求l所述的装置，其中所述第三端口包括脉冲频率信号 接口。
7. 根据权利要求l所述的装置，其中定时信号包括脉沖频率信号。
8. 根据权利要求l所述的装置，进一步包括可操作用于连接到服务器 时间协议网络的 一个或多个接口 。
9. 根据权利要求l所述的装置，其中所述第二端口与所述第三端口结 合起来使用。
10. 根据权利要求l所述的装置，进一步包括可操作用于与网络中的 一个或多个其它处理器进行时间同步的引擎*
11. 一种时间同步系统，包括可操作用于直接连接到外部时间源的输出端口用来接收定时脉沖信号的中央处理复合体；以及连接到所迷外部时间源用于接收定时数据的控制台，所述控制台还连接 到所述中央处理复合体用于将所述定时数据传输到所迷中央处理复合体，所述中央处理复合体进一步可操作用于将它的时间同步到所述定时数 据和脉沖频率信号。
12. 根据权利要求ll所述的系统，其中所述定时脉冲信号至少包括脉冲频率信号。
13. 根据权利要求ll所述的系统，其中所述控制台经由所述中央处理 复合体上的服务器接口连接到所迷中央处理复合体。
14. 一种用于提供时间同步装置的方法，包括 提供每日时间时钟；提供第 一端口用于使用第 一时间协议来接收至少第 一 时间信息；提供第二端口用于使用第二时间协议来接收至少第二时间信息；提供第三端口用于接收至少定时信号；以及提供时间戳寄存器用于当从所述第三端口接收到所述定时信号或从所 述第一端口接收到所述第一时间信息或者二者的组合时至少捕获所述每日 时间时钟的当前值。
15. 根据权利要求14所述的方法，其中所述第一端口包括可操作用于 接收外部时间参考信号的端口 。
16. 根据权利要求14所述的方法，其中所述第一时间信息包括高质量 的时间信息。
17. 根据权利要求14所述的方法，其中所述笫二端口包括服务接口。
18. 根据权利要求14所述的方法，其中所述第二时间信息包括通过正 常质量接口接收到的时间信息。
19. 根据权利要求14所述的方法，其中所迷第三端口包括脉冲频率信 号接口。
20. 根据权利要求14所述的方法，其中所述定时信号包括脉冲频率信号。
全文摘要
提供了一种时间同步装置、方法和系统。在一方面，该装置至少包括每日时间时钟、可操作用于使用第一时间协议来接收至少第一时间信息的第一端口、可操作用于使用第二时间协议接收至少第二时间信息的第二端口、可操作用于接收至少定时信号的第三端口、以及时间戳寄存器，其可操作用于当从第三端口接收到定时信号或从第一端口接收到第一时间信息或者二者的组合时至少捕获每日时间时钟的当前值。
文档编号H04L29/06GK101146109SQ20071015442
公开日2008年3月19日 申请日期2007年9月12日 优先权日2006年9月15日
发明者R·M·大史密斯 申请人:国际商业机器公司