IRIG-B码校时在WEC7主板ESM335x上的实现
ESM335x是英创公司推出的基于TI AM335x Cortex-A8 CPU的高性能工控主板，板载了丰富的应用通讯接口，如LVDS/TTL标准显示接口，4USB、6串口、双CAN、双网口等。除此之外，ESM335x还引出了一组精简ISA总线，我们基于ESM335x的ISA总线设计了一系列扩展模块，比如8串口扩展模块ETA508、双网口扩展模块ETA728和4路CAN总线扩展模块ETA704，使得ESM335x能够满足更多复杂的工业应用，比如通讯管理机。当然用户也可以利用ESM335x 的ISA总线扩展自己的专有应用模块，以适应特定的现场应用需求。
在电力、交通、电信等行业，一般要求设备具有高精度的时钟，通常由时钟源提供高精度的时钟信息输出，而设备需要有自动校时和时钟同步的能力，IRIG-B是目前广泛应用的较时方案之一，本文就将介绍ESM335x通过GPS时钟源产生的IRIG-B（DC）码实现时间同步的方法。
IRIG是美国靶场司令委员会制定的一种时间标准，其中的串行时钟编码共有6种格式，即A、B、D、E、G、H。它们的主要差别是时间码的帧速率不同，广泛应用的IRIG-B即其中的B型编码，B型码的时帧速率为1帧/s，可传递100位信息。图1是IGIG-B码示意图，其时帧周期是1s，每秒100个码元，使用脉宽编码方式，每个码元脉宽10ms，共三种码元，其中高电平5ms和2ms分别表示二进制 “1”，“0”，高电平8ms为位置标识，分别为P0,P1,…P9。连续两个8ms宽度脉冲的第二个8ms脉冲的前沿为秒准点标志，也是一个时间格式的帧参考标志。一个时间格式帧包含了秒，时，分，天数，年份，控制位等丰富的信息。
图1：IRIG-B码标准
上面是对IRIG-B码的简单介绍，在实际使用IRIG-B码时钟源与ESM335x进行时间同步时，用户并不需要关心IRIG-B码的具体含义和实现方法，仅需要将B码脉连接到ESM335x的较时引脚就可以了，ESM335x的驱动程序将完成B码解码、同步等工作。
ESM335x(EM335x)使用GPIO6作为B码脉冲输入管脚。
由于GPIO6还复用了PWM功能，所以当使用较时功能时，系统的“PWM1：”则不可用。另外需要特别注意的是：ESM335x(EM335x)所有GIPO的最高输入电压不能超3.3V，否则将损坏主CPU，所以在连接B码信号时应该根据实际情况增加相应的电平转换电路。
应用程序打开设备"IGB1:"后，对应的驱动程序就会根据注册表的设备，自动进行时间同步，下面是IRIG-B码校时的例子代码：
#include "stdafx.h"
#include <winioctl.h>
#include "bsp_drivers.h"
#define IOCTL_IRIG_B_GET_TIME
CTL_CODE(FILE_DEVICE_BUS_EXTENDER, 4055, METHOD_BUFFERED, FILE_ANY_ACCESS)
#define IOCTL_IRIG_B_SYNC_NOW
CTL_CODE(FILE_DEVICE_BUS_EXTENDER, 4056, METHOD_BUFFERED,FILE_ANY_ACCESS)
int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
{
HANDLE hIrigb;
SYSTEMTIME systime;
DWORD dwTimeoues;
// 打开系统较时功能，驱动程序会根据注册表的设置自动较时
hIrigb = CreateFile(TEXT("IGB1:"),
GENERIC_READ|GENERIC_WRITE,
FILE_SHARE_READ|FILE_SHARE_WRITE,
NULL,
OPEN_EXISTING,
FILE_FLAG_RANDOM_ACCESS,
NULL);
if(hIrigb == INVALID_HANDLE_VALUE)
return -1;
// 立刻进行一次时间同步，超时时间设置为3000ms
dwTimeoues = 3000;
if(DeviceIoControl(hIrigb,
IOCTL_IRIG_B_SYNC_NOW,
&dwTimeoues,
sizeof(DWORD),
&systime, // 如果时间同步成功，返回当时系统时间
sizeof(SYSTEMTIME),
NULL,NULL))
{
RETAILMSG(1, (TEXT("Time: %04d-%02d-%02d.%02d:%02d:%02d\r\n"),
systime.wYear, systime.wMonth, systime.wDay,
systime.wHour, systime.wMinute, systime.wSecond));
}
else
{
RETAILMSG(1, (TEXT("Tiem sync faild!!!\r\n")));
}
// 查看最近一次同步的时间，如果返回失败表示时间未同步
if(DeviceIoControl(hIrigb,
IOCTL_IRIG_B_GET_TIME,
NULL,
0,
&systime,
sizeof(SYSTEMTIME),
NULL, NULL))
{
RETAILMSG(1, (TEXT("Sync time: %04d-%02d-%02d.%02d:%02d:%02d\r\n"),
systime.wYear, systime.wMonth, systime.wDay,
systime.wHour, systime.wMinute, systime.wSecond));
}
// 关闭较时功能
CloseHandle(hIrigb);
return 0;
}
用户可以通过修改系统注册表来配置灵活的校时方案，通过注册表的设置，驱动程序可自动实现时间秒同步、分钟同步、小时同步或日同步，对应的注册表项如下：（下面的注册表键值为系统默认值）
[HKEY_LOCAL_MACHINE\Drivers\BuiltIn\IGB1]
"Prefix"="IGB"
"Dll"="irig_b.dll"
"Priority256"=dword:88
; AutoSync =0: 禁止校时功能; =1: 秒同步; =2: 分同步; = 3: 小时同步; = 4: 日同步
"AutoSync"=dword:2 ; minute sync
; SyncMinute：当AutoSync为小时同步时，在SyncMinute分钟进行同步
"SyncMinute"=dword:3b ; 0x3b = 59 -> minute on sync
; SyncHour： 当AutoSync为日同步时，在SyncHour小时进行同步
"SyncHour"=dword:17 ; 0x17= 23 -> hour on sync
传统的工控板卡在对IRIG-B码处理时，通常需要增加额外的硬件（如单片机，FPGA）对B码进行解码，然后再通过串口、总线或其它形式将数据交给主控板卡处理，增加了系统成本和操作难度，ESM335x可直接对B码进行解码，不需要增加任何硬件就能实现毫秒级精度的时间同步，大大降低了系统复杂程度，节约了成本，提高了系统稳定性。