Haqiqiy soat - Real-time clock

Buni chalkashtirib yubormaslik kerak Haqiqiy vaqtda hisoblash.
Dallas yarim o'tkazgichi DS1287 real vaqtda soat 1988 yilda ishlab chiqarilgan
Xitoydan sotib olinadigan sevimli mashg'ulotlariga bag'ishlangan RTC modullarining turlari

A real vaqt soati (RTC) - bu elektron moslama (ko'pincha an shaklida integral mikrosxema ) vaqt o'tishini o'lchaydigan.

Ushbu atama ko'pincha qurilmalarni nazarda tutsa ham shaxsiy kompyuterlar, serverlar va o'rnatilgan tizimlar, RTClar deyarli har qanday elektron qurilmada mavjud bo'lib, ular aniq vaqtni saqlashi kerak.

Terminologiya

Atama real vaqt soati oddiy bilan chalkashmaslik uchun ishlatiladi apparat soatlari faqat ular signallari boshqaradigan raqamli elektronika va vaqtni inson birliklarida hisoblamang. RTC bilan aralashmaslik kerak real vaqtda hisoblash, bu uning ulushi uch harfli qisqartma lekin kunning vaqtiga bevosita bog'liq emas.

Maqsad

Vaqtni saqlash RTCsiz amalga oshirilishi mumkin bo'lsa-da,[1] ulardan foydalanishning afzalliklari bor:

  • Kam quvvat sarfi[2] (muqobil quvvatdan ishlaganda muhim)
  • Vaqtni muhim vazifalar uchun asosiy tizimni ozod qiladi
  • Ba'zan boshqa usullarga qaraganda aniqroq

A GPS qabul qilgich RTC ga muvofiq joriy vaqtni va oxirgi marta haqiqiy signal bo'lgan vaqtni taqqoslash orqali ishga tushirish vaqtini qisqartirishi mumkin.[3] Agar bir necha soatdan kam bo'lgan bo'lsa, unda avvalgi efemeris hali ham foydalanishga yaroqlidir.

Quvvat manbai

Haqiqiy vaqt IC soat ichida lityum batareya

RTClar ko'pincha alternativ quvvat manbaiga ega, shuning uchun ular asosiy quvvat manbai o'chirilgan yoki mavjud bo'lmagan vaqtni ushlab turishlari mumkin. Ushbu muqobil quvvat manbai odatda a lityum batareya eski tizimlarda, lekin ba'zi bir yangi tizimlarda a superkondensator,[4][5] chunki ular qayta zaryadlanuvchi va bo'lishi mumkin lehimli. Muqobil quvvat manbai ham quvvatni etkazib berishi mumkin batareyani qo'llab-quvvatlaydigan RAM.[6]

Vaqt

Ko'pgina RTC-lar a dan foydalanadilar kristalli osilator,[7][8] lekin ba'zilarida foydalanish imkoniyati mavjud elektr uzatish liniyasining chastotasi.[9] Kristall chastotasi odatda 32,768 kHz,[7] ishlatiladigan bir xil chastota kvarts soatlari va soatlar. To'liq 2 bo'lish15 sekundiga tsikl, bu oddiy ikkilik hisoblagichlar bilan ishlatish uchun qulay tezlik. Kam chastota quvvatni tejaydi, shu bilan birga odamdan ustun turadi eshitish diapazoni. Kvarts sozlash vilkasi Ushbu kristallarning kattaligi haroratdan unchalik katta o'zgarmaydi, shuning uchun harorat uning chastotasini unchalik o'zgartirmaydi.

Ba'zi RTClar a dan foydalanadilar mikromekanik RTC ning kremniy chipidagi rezonator. Bu uning qismlari sonini kamaytirish orqali RTC o'lchamini va narxini pasaytiradi. Mikromekanik rezonatorlar kvarts rezonatorlariga qaraganda haroratga nisbatan ancha sezgir. Shunday qilib, bu harorat o'zgarishini elektron termometr va elektron mantiq yordamida qoplaydi.[10]

Odatda RTC kristalining aniqlik ko'rsatkichlari millionga ± 100 dan ± 20 qismgacha (kuniga 8,6 dan 1,7 sekundgacha), lekin harorat bilan kompensatsiya qilingan RTC IClar millionga 5 qismdan kam bo'lmagan aniqlikda mavjud.[11][12] Amaliy ma'noda, bu bajarish uchun etarli samoviy navigatsiya, a-ning klassik vazifasi xronometr. 2011 yilda, chip miqyosidagi atom soatlari mavjud bo'ldi. Garchi ular ancha qimmatroq va kuchga chanqoq (120 mVt va <1 mVt ga nisbatan) bo'lsa ham, ular trillionga 50 qismdan vaqt ajratadilar (5×10−11).[13]

Misollar

Dallas yarim o'tkazgichi (DS1387) eski kompyuterdan real vaqt soati. Ushbu versiyada batareyada ishlaydigan SRAM ham mavjud.
DIP-8 paketidagi Dallas DS1307 RTC chipi

Ko'pchilik integral mikrosxema ishlab chiqaruvchilar RTC-larni, shu jumladan Epson, Intersil, IDT, Maksim, NXP yarim o'tkazgichlari, Texas Instruments, STMikroelektronika va Ricoh. Da ishlatiladigan umumiy RTC bitta taxtali kompyuterlar bo'ladi Maksim birlashtirilgan DS1307.

RTC kompyuter tomonidan mos keluvchi moslamalar bilan tanishtirildi IBM PC / AT 1984 yilda ishlatilgan Motorola MC146818 RTC[14][15]. Keyinchalik, Dallas yarim o'tkazgichi ko'pincha eski yoshda ishlatilgan mos keladigan RTC-larni yaratdi shaxsiy kompyuterlar, va osongina topiladi anakartlar ularning o'ziga xos qora batareya qopqog'i va ipak ekranli logotip.

Yangi kompyuter tizimlarida RTC ga integratsiya qilingan janubiy ko'prik chip.[16][17]

Biroz mikrokontrollerlar real vaqt soati o'rnatilgan bo'lishi kerak, odatda faqat boshqa xususiyatlarga ega bo'lganlar va atrof-muhit.

Radio asosidagi RTClar

Ba'zi zamonaviy kompyuterlar soat ma'lumotlarini raqamli radio orqali oladi va vaqt standartlarini targ'ib qilishda foydalanadi. Ikkita keng tarqalgan usul mavjud: Uyali telefon protokollarining aksariyati (masalan.) LTE ) to'g'ridan-to'g'ri joriy mahalliy vaqtni ta'minlash. Agar Internet radiosi mavjud bo'lsa, kompyuter undan foydalanishi mumkin tarmoq vaqt protokoli. Mahalliy vaqt serverlari sifatida ishlatiladigan kompyuterlar vaqti-vaqti bilan foydalanadi GPS[18] yoki milliy standartlar tashkiloti tomonidan tarqatiladigan ultra past chastotali radioeshittirishlar (ya'ni a radio soat[19]).

Dasturiy ta'minotga asoslangan RTClar

Quyidagi tizim hammaga ma'lum o'rnatilgan tizimlar ba'zan ularga etishmayotgan tizimlarda RTClarni qurish kerak bo'lgan dasturchilar. Ko'pgina kompyuterlarda bir yoki bir nechta qo'shimcha taymerlar mavjud, ular vaqt signallarini ishlatadilar kvarts kristallari yoki keramika rezonatorlari. Ularning aniq vaqti aniq (millionga 100 qismdan ortiq), bu hali takrorlanadigan (ko'pincha 1 ppm dan kam). Dasturiy ta'minot ularni to'g'ri RTC-larga aylantirish uchun matematikadan foydalanishi mumkin. Uskuna taymeri davriy uzilishni keltirib chiqarishi mumkin, masalan. 50Hz, tarixiy RTC ni taqlid qilish uchun (pastga qarang). Biroq, aniqlik uchun vaqt zanjirini sozlash uchun matematikadan foydalaniladi:

vaqt = vaqt + tezlik.

"Vaqt" o'zgaruvchisi doimiydan, odatda ikki kuchdan oshganda, nominal, hisoblangan soat vaqti (masalan, soniyaning 1/50 qismi uchun) "vaqt" dan chiqarib tashlanadi va soatning zanjirli dasturiy ta'minoti chaqiriladi soniyalar, soniyalar va boshqalarni hisoblashbit vaqt va tezlik uchun o'zgaruvchilar, "tezlik" ning matematik echimi milliardga bir qismdan oshishi mumkin. Soat aniq bo'lib qoladi, chunki u vaqti-vaqti bilan soniyaning bir qismini o'tkazib yuboradi yoki ikki fraktsiyaga ko'payadi. Kichkina o'tish ("chayqalish ") RTC ning deyarli barcha real foydalanishlari uchun sezilmaydi.

Ushbu tizimning murakkabligi o'zgaruvchan "tezlik" uchun oniy tuzatilgan qiymatni belgilaydi. Eng sodda tizim soatning ikkita sozlamalari orasidagi RTC sekundlari va mos yozuvlar soniyalarini kuzatib boradi va "stavka" ni topish uchun mos yozuvlar soniyalarini RTC soniyalariga ajratadi. Internet vaqti ko'pincha 20 millisekunddan kam vaqtga to'g'ri keladi, shuning uchun sozlamalar orasidagi 8000 yoki undan ko'p soniya (2,2 yoki undan ko'p soat) ajratish odatda xronometrga o'xshash bo'lish uchun qirq millisekundalik (yoki undan kam) xatoni millionga 5 qismdan kam qismga ajratishi mumkin. aniqlik. Ushbu tizimdagi asosiy murakkablik sanalar va vaqtlarni soniyalar soniga aylantirishdir, ammo usullari yaxshi ma'lum.[20]

Agar RTC blok o'chirilgan holda ishlasa, odatda RTC ikkita stavkada ishlaydi, biri blok yoqilganda, ikkinchisi o'chirilganda. Buning sababi shundaki, har bir holatdagi harorat va quvvat manbai voltaji mos keladi. Ushbu holatlarni sozlash uchun dastur ikkita stavkani hisoblab chiqadi. Dastlab, dasturiy ta'minot RTC vaqtini, mos yozuvlar vaqtini, soniya va o'chirilgan soniyalarda soatning oxirgi uch marta o'rnatilishi orasidagi ikki oraliqda qayd etadi. Buning yordamida u ikkita intervalning aniqligini o'lchashi mumkin, har bir intervalda yoqish va o'chirish soniyalari boshqacha taqsimlanadi. Matematikalar ikkitasini hal qiladi chiziqli tenglamalar ikkita stavkani hisoblash uchun, biri yoqilgan, ikkinchisi yopiq.

Boshqa yondashuv kristalning haroratini elektron termometr bilan o'lchaydi, (masalan, a termistor va analog-raqamli konvertor ) va a dan foydalanadi polinom daqiqada taxminan bir marta "stavka" ni hisoblash. Tizimda eng ko'p uchraydigan kvarts kristallari SC kesilgan kristallar bo'lib, ularning haroratga nisbatan tezligi 3-darajali polinom bilan tavsiflanishi mumkin. Shunday qilib, ular uchun tezlik to'rt haroratda o'lchanadi. Soatlar va ko'plab RTC komponentlarida ishlatiladigan umumiy tuning-vilkalar uslubidagi kristallar haroratning parabolik (2-darajali) tenglamalariga ega va ularni faqat uchta o'lchov bilan tavsiflash mumkin. Keyin a chiziqli regressiya harorat tenglamasini topa oladi. Ushbu yondashuvga o'xshash narsa tijorat RTC IClarida ishlatilishi mumkin, ammo samarali yuqori tezlikda ishlab chiqarishning o'ziga xos usullari xususiydir.

Tarixiy RTClar

Yoshi kattaroq kompyuter kabi dizaynlar Novalar va PDP-8lar[21] yuqori aniqlik, soddaligi, egiluvchanligi va arzonligi bilan ajralib turadigan real vaqt soatlaridan foydalangan. Kompyuterning quvvat manbai o'zgaruvchan tok tarmog'ining har bir yarim to'lqini yoki har bir nol kesishishi uchun mantiqiy kuchlanishlarda impuls hosil qiladi. Tel pulsni uzilishga olib boradi. To'satdan ishlov beradigan dastur tsikllarni, soniyalarni va boshqalarni hisoblaydi, shu bilan u butun soat va kalendarni ta'minlay oladi.

Soat, odatda, kompyuterlarning dasturiy ta'minotining vaqt zanjirining asosini tashkil etdi; masalan. odatda operatsion tizimdagi vazifalarni almashtirish uchun ishlatiladigan taymer edi. Zamonaviy kompyuterlarda ishlatiladigan hisoblash taymerlari o'xshash xususiyatlarni pastroq aniqlikda taqdim etadi va ularning talablarini ushbu soat turiga mos kelishi mumkin. (masalan, PDP-8da birinchi bo'lib tarmoqqa asoslangan soat, DK8EA modeli, keyinroq kristall asosidagi soat DK8EC paydo bo'ldi).

Dasturiy ta'minotga asoslangan soat har safar kompyuter yoqilganda o'rnatilishi kerak. Dastlab bu kompyuter operatorlari tomonidan amalga oshirildi. Internet odatiy holga kelganida, tarmoq vaqt protokollari ushbu turdagi soatlarni avtomatik ravishda sozlash uchun ishlatilgan.

Evropada, Shimoliy Amerikada va boshqa ba'zi tarmoqlarda ushbu RTC ishlaydi, chunki o'zgaruvchan tok tarmog'ining chastotasi milliy standart soatlar kabi uzoq muddatli chastotali aniqlikka ega. Ya'ni, ushbu tarmoqlarda ushbu RTC kvarts soatlaridan ustun va arzonroq.

RTC ning ushbu dizayni o'zgaruvchan elektr tarmog'ining chastotasini tartibga solmaydigan ko'chma kompyuterlarda yoki tarmoqlarda (masalan, Janubiy Osiyoda) amaliy emas. Shuningdek, soatni belgilash Internetga ulanmasdan ham noqulay bo'lishi mumkin.

Soatsiz ishlaydigan protsessorlar

Ba'zi anakartlar real vaqt soatlarisiz ishlab chiqarilgan. Haqiqiy vaqt soati pulni tejash istagi tufayli qoldiriladi (xuddi shunday bo'lgani kabi) Raspberry Pi tizim arxitekturasi) yoki real vaqt soatlari umuman kerak bo'lmasligi mumkinligi sababli ( Arduino tizim arxitekturasi[22]).

Shuningdek qarang

Adabiyotlar

  1. ^ Ala-Paavola, Jaakko (2000-01-16). "PIC mikrokontrolderi uchun dasturiy ta'minotni to'xtatishga asoslangan real vaqtda soat manba kodi loyihasi". Arxivlandi asl nusxasi 2007-07-17. Olingan 2007-08-23.
  2. ^ Vaqtni saqlash funktsiyasini yoqish va kam quvvatli tizimlarda batareyaning ishlash muddatini uzaytirish, NXP yarim o'tkazgichlari, 2011 yil
  3. ^ AQSh 5893044  Tezkor olish yoki GPS signallari uchun real vaqtda soat apparati
  4. ^ Yangi PCF2123 real vaqt soati energiya samaradorligi bo'yicha yangi rekord o'rnatdi, futurle
  5. ^ Ariza 3816, Maksim / Dallas yarim o'tkazgichi, 2006 y
  6. ^ Torres, Gabriel (2004 yil 24-noyabr). "Kirish va litiy batareyasi". Anakart batareyasini almashtirish. hardwaresecrets.com. Arxivlandi asl nusxasi 2013 yil 24 dekabrda. Olingan 20 iyun, 2013.
  7. ^ a b Ariza 10337, ST Mikroelektronika, 2004, p. 2018-04-02 121 2
  8. ^ U-502 dasturiga oid eslatma, Texas Instruments, 2004, p. 13
  9. ^ Ariza 1994 yil, Maksim / Dallas yarim o'tkazgichi, 2003 y
  10. ^ "Maksim DS3231m" (PDF). Maxim Inc.. Olingan 26 mart 2019.
  11. ^ "Haqiqiy vaqtda yuqori aniqlikdagi soatlar". Maksim yarim o'tkazgichlar. Olingan 20 oktyabr 2017.
  12. ^ Drown, Dan (2017 yil 3-fevral). "RTC taqqoslash".
  13. ^ "Chip o'lchovli atom soati". Mikrosemi. Olingan 20 oktyabr 2017.
  14. ^ "Haqiqiy vaqtda soat / qo'shimcha metall oksidi yarimo'tkazgich (RT / CMOS) operativ xotira haqida ma'lumot". IBM PC AT Texnik ma'lumotnomasi (PDF). Xalqaro biznes mashinalari korporatsiyasi. 1984. p. Tizim platasi 1-45.
  15. ^ MC146818A Haqiqiy vaqt soati ortiqcha RAM (RTC) (PDF). Motorola Inc. 1984 yil.
  16. ^ "ULi M1573 Southbridge texnik xususiyatlari". AMDboard.com. Olingan 2007-08-23.
  17. ^ https://www.intel.com/Assets/PDF/datasheet/290562.pdf
  18. ^ "GPS soatini sinxronlash". Spektrakom. Olingan 20 oktyabr 2017.
  19. ^ "Mahsulot: USB radio soati". Meinburg. Olingan 20 oktyabr 2017.
  20. ^ "Kalendrik dasturlar". AQSh dengiz rasadxonasi. AQSh dengiz kuchlari. Arxivlandi asl nusxasi 2016-04-04 da. Olingan 7-noyabr 2019.
  21. ^ Digital Equipment Corp. "PDP-8 / E kichik kompyuter qo'llanmasi, 19" (PDF). Gibson tadqiqotlari. 7-25 betlar, DK8EA. Olingan 12 noyabr 2016.
  22. ^ Shunga qaramay, ko'plab Arduino dasturiy ta'minot to'plamlari ta'riflanganidek past aniqlikdagi taymerdan ishlaydigan ixtiyoriy RTC dasturini o'z ichiga olganligini unutmang.

Tashqi havolalar