contrib/ntp/html/kern.htm

   1 <!DOCTYPE HTML PUBLIC "-//W3C//DTD HTML 4.01//EN">
   2 <html>
   3 <head>
   4 <meta name="generator" content="HTML Tidy, see www.w3.org">
   5 <title>Kernel Model for Precision Timekeeping</title>
   6 </head>
   7 <body>
   8 <h3>Kernel Model for Precision Timekeeping</h3>
   9
  10 <hr>
  11 <img align="left" src="pic/alice61.gif" alt="gif"> <a href=
  12 "http://www.eecis.udel.edu/~mills/pictures.htm">from <i>Pogo</i>,
  13 Walt Kelly</a>
  14
  15 <p>Exploding kernel<br clear="left">
  16 </p>
  17
  18 <hr>
  19 <p>The technical report [2], which is a major revision and update
  20 of an earlier report [3], describes an engineering model for a
  21 precision time-of-day function for a generic operating system. The
  22 model is based on the principles of disciplined oscillators using
  23 phase-lock loops (PLL) and frequency-lock loops (FLL) often found
  24 in the engineering literature. The model uses a hybrid PLL/FLL
  25 discipline algorithm implemented in the kernel. The hybrid loop
  26 provides automatic time and frequency steering with update
  27 intervals from a few seconds to over one day.</p>
  28
  29 <p>The hybrid PLL/FLL has been implemented in the Unix kernels for
  30 several operating systems, including FreeBSD and Linux and those
  31 made by Sun Microsystems, Digital/Compaq and Hewlett Packard. The
  32 modifications are currently included in the licensed kernels for
  33 Digital Unix 4.0 (aka Tru64) and Sun Solaris 2.8. Since the
  34 modifications involve proprietary kernel interface code, they
  35 cannot be provided for other licensed kernels directly. Inquiries
  36 should be directed to the manufacturer's representatives. The
  37 software and documentation, including a simulator with code
  38 segments almost identical to the implementations, but not involving
  39 licensed code, is called <tt>nanokernel.tar.gz</tt> and available
  40 via the web at <a href="http://www.ntp.org">www.ntp.org</a> or by
  41 anonymous FTP from ftp.udel.edu in the <tt>pub/ntp/software</tt>
  42 directory.</p>
  43
  44 <p>Recently [1], the model has been re-implemented to support a
  45 nanosecond system clock. The <tt>/usr/include/sys/timex.h</tt>
  46 header file defines the applications programming interface (API)
  47 routines and data structures. Implementations are available for
  48 Linux, FreeBSD, SunOS and Tru64; however, only the Linux and
  49 FreeBSD implementations, which are included in recent system
  50 versions, are directly available. The software and documentation,
  51 including a simulator with code segments almost identical to the
  52 implementations, but not involving licensed code, is called <tt>
  53 nanokernel.tar.gz</tt> and available via the web at <a href=
  54 "http://www.ntp.org">www.ntp.org</a> or by anonymous FTP from
  55 ftp.udel.edu in the <tt>pub/ntp/software</tt> directory.</p>
  56
  57 <p>The model changes the way the system clock is adjusted in time
  58 and frequency, as well as provides mechanisms to discipline its
  59 time and frequency to an external precision timing source, such as
  60 described in the <a href="pps.htm">Pulse-per-second (PPS) Signal
  61 Interfacing</a> page. The model incorporates a generic system call
  62 interface for use with the NTP or similar time synchronization
  63 protocol. The NTP software daemons for Version 3 <tt>xntpd</tt> and
  64 Version 4 <tt>ntpd</tt> use this API to provide synchronization
  65 limited in principle only by the accuracy and stability of the
  66 external timing source. There are two new system calls defined in
  67 <tt>timex.h</tt>, <tt>ntp_gettime()</tt>, which returns a structure
  68 including the current time, estimated error and maximum error, and
  69 <tt>ntp_adjtime()</tt>, which provides a means to adjust kernel
  70 variables, including the current time and frequency offsets.</p>
  71
  72 <p>These kernel modifications are normally used in conjunction with
  73 a kernel hardware interface such as described in the <a href=
  74 "kernpps.htm">Kernel Programming Interface for Precision Time
  75 Signals</a> page.</p>
  76
  77 <h4>References</h4>
  78
  79 <ol>
  80
  81 <li><p>Mills, D.L., and P.-H. Kamp. The nanokernel. <i>Proc. Precision
  82 Time and Time Interval (PTTI) Applications and Planning Meeting</i>
  83 (Reston VA, November 2000). Paper: <a href=
  84 "database/papers/nano/nano2.ps">PostScript</a> | <a href=
  85 "http://www.eecis.udel.edu/~mills/database/papers/nano/nano2.pdf">
  86 PDF</a>, Slides: <a href=
  87 "http://www.eecis.udel.edu/~mills/database/brief/nano/nano.htm">
  88 HTML</a> | <a href=
  89 "http://www.eecis.udel.edu/~mills/database/brief/nano/nano.ps">
  90 PostScript</a> | <a href=
  91 "http://www.eecis.udel.edu/~mills/database/brief/nano/nano.pdf">
  92 PDF</a> | <a href=
  93 "http://www.eecis.udel.edu/~mills/database/brief/nano/nano.ppt">
  94 PowerPoint</a></p></li>
  95
  96 <li><p>Mills, D.L. Unix kernel modifications for precision time
  97 synchronization. Electrical Engineering Department Report 94-10-1,
  98 University of Delaware, October 1994, 24 pp. Abstract: <a href=
  99 "http://www.eecis.udel.edu/~mills/database/reports/kern/kerna.ps">
 100 PostScript</a> | <a href="database/reports/kern/kerna.pdf">PDF</a>,
 101 Body: <a href=
 102 "http://www.eecis.udel.edu/~mills/database/reports/kern/kernb.ps">
 103 PostScript</a> | <a href=
 104 "http://www.eecis.udel.edu/~mills/database/reports/kern/kernb.pdf">
 105 PDF</a></p></li>
 106
 107 <li><p>Mills, D.L. A kernel model for precision timekeeping. Network
 108 Working Group Report RFC-1589, University of Delaware, March 1994.
 109 31 pp. <a href=
 110 "http://www.eecis.udel.edu/~mills/database/rfc/rfc1589.txt">
 111 ASCII</a></p></li>
 112 </ol>
 113
 114 <hr>
 115 <a href="index.htm"><img align="left" src="pic/home.gif" alt=
 116 "gif"></a>
 117
 118 <address><a href="mailto:mills@udel.edu">David L. Mills
 119 &lt;mills@udel.edu&gt;</a></address>
 120 </body>
 121 </html>
 122