]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/releng/10.2.git/blob - contrib/ntp/ntpd/refclock_wwv.c
Upgrade NTP to 4.2.8p4.
[FreeBSD/releng/10.2.git] / contrib / ntp / ntpd / refclock_wwv.c
1 /*
2  * refclock_wwv - clock driver for NIST WWV/H time/frequency station
3  */
4 #ifdef HAVE_CONFIG_H
5 #include <config.h>
6 #endif
7
8 #if defined(REFCLOCK) && defined(CLOCK_WWV)
9
10 #include "ntpd.h"
11 #include "ntp_io.h"
12 #include "ntp_refclock.h"
13 #include "ntp_calendar.h"
14 #include "ntp_stdlib.h"
15 #include "audio.h"
16
17 #include <stdio.h>
18 #include <ctype.h>
19 #include <math.h>
20 #ifdef HAVE_SYS_IOCTL_H
21 # include <sys/ioctl.h>
22 #endif /* HAVE_SYS_IOCTL_H */
23
24 #define ICOM 1
25
26 #ifdef ICOM
27 #include "icom.h"
28 #endif /* ICOM */
29
30 /*
31  * Audio WWV/H demodulator/decoder
32  *
33  * This driver synchronizes the computer time using data encoded in
34  * radio transmissions from NIST time/frequency stations WWV in Boulder,
35  * CO, and WWVH in Kauai, HI. Transmissions are made continuously on
36  * 2.5, 5, 10 and 15 MHz from WWV and WWVH, and 20 MHz from WWV. An
37  * ordinary AM shortwave receiver can be tuned manually to one of these
38  * frequencies or, in the case of ICOM receivers, the receiver can be
39  * tuned automatically using this program as propagation conditions
40  * change throughout the weasons, both day and night.
41  *
42  * The driver requires an audio codec or sound card with sampling rate 8
43  * kHz and mu-law companding. This is the same standard as used by the
44  * telephone industry and is supported by most hardware and operating
45  * systems, including Solaris, SunOS, FreeBSD, NetBSD and Linux. In this
46  * implementation, only one audio driver and codec can be supported on a
47  * single machine.
48  *
49  * The demodulation and decoding algorithms used in this driver are
50  * based on those developed for the TAPR DSP93 development board and the
51  * TI 320C25 digital signal processor described in: Mills, D.L. A
52  * precision radio clock for WWV transmissions. Electrical Engineering
53  * Report 97-8-1, University of Delaware, August 1997, 25 pp., available
54  * from www.eecis.udel.edu/~mills/reports.html. The algorithms described
55  * in this report have been modified somewhat to improve performance
56  * under weak signal conditions and to provide an automatic station
57  * identification feature.
58  *
59  * The ICOM code is normally compiled in the driver. It isn't used,
60  * unless the mode keyword on the server configuration command specifies
61  * a nonzero ICOM ID select code. The C-IV trace is turned on if the
62  * debug level is greater than one.
63  *
64  * Fudge factors
65  *
66  * Fudge flag4 causes the debugging output described above to be
67  * recorded in the clockstats file. Fudge flag2 selects the audio input
68  * port, where 0 is the mike port (default) and 1 is the line-in port.
69  * It does not seem useful to select the compact disc player port. Fudge
70  * flag3 enables audio monitoring of the input signal. For this purpose,
71  * the monitor gain is set to a default value.
72  *
73  * CEVNT_BADTIME        invalid date or time
74  * CEVNT_PROP           propagation failure - no stations heard
75  * CEVNT_TIMEOUT        timeout (see newgame() below)
76  */
77 /*
78  * General definitions. These ordinarily do not need to be changed.
79  */
80 #define DEVICE_AUDIO    "/dev/audio" /* audio device name */
81 #define AUDIO_BUFSIZ    320     /* audio buffer size (50 ms) */
82 #define PRECISION       (-10)   /* precision assumed (about 1 ms) */
83 #define DESCRIPTION     "WWV/H Audio Demodulator/Decoder" /* WRU */
84 #define WWV_SEC         8000    /* second epoch (sample rate) (Hz) */
85 #define WWV_MIN         (WWV_SEC * 60) /* minute epoch */
86 #define OFFSET          128     /* companded sample offset */
87 #define SIZE            256     /* decompanding table size */
88 #define MAXAMP          6000.   /* max signal level reference */
89 #define MAXCLP          100     /* max clips above reference per s */
90 #define MAXSNR          40.     /* max SNR reference */
91 #define MAXFREQ         1.5     /* max frequency tolerance (187 PPM) */
92 #define DATCYC          170     /* data filter cycles */
93 #define DATSIZ          (DATCYC * MS) /* data filter size */
94 #define SYNCYC          800     /* minute filter cycles */
95 #define SYNSIZ          (SYNCYC * MS) /* minute filter size */
96 #define TCKCYC          5       /* tick filter cycles */
97 #define TCKSIZ          (TCKCYC * MS) /* tick filter size */
98 #define NCHAN           5       /* number of radio channels */
99 #define AUDIO_PHI       5e-6    /* dispersion growth factor */
100 #define TBUF            128     /* max monitor line length */
101
102 /*
103  * Tunable parameters. The DGAIN parameter can be changed to fit the
104  * audio response of the radio at 100 Hz. The WWV/WWVH data subcarrier
105  * is transmitted at about 20 percent percent modulation; the matched
106  * filter boosts it by a factor of 17 and the receiver response does
107  * what it does. The compromise value works for ICOM radios. If the
108  * radio is not tunable, the DCHAN parameter can be changed to fit the
109  * expected best propagation frequency: higher if further from the
110  * transmitter, lower if nearer. The compromise value works for the US
111  * right coast.
112  */
113 #define DCHAN           3       /* default radio channel (15 Mhz) */
114 #define DGAIN           5.      /* subcarrier gain */
115
116 /*
117  * General purpose status bits (status)
118  *
119  * SELV and/or SELH are set when WWV or WWVH have been heard and cleared
120  * on signal loss. SSYNC is set when the second sync pulse has been
121  * acquired and cleared by signal loss. MSYNC is set when the minute
122  * sync pulse has been acquired. DSYNC is set when the units digit has
123  * has reached the threshold and INSYNC is set when all nine digits have
124  * reached the threshold. The MSYNC, DSYNC and INSYNC bits are cleared
125  * only by timeout, upon which the driver starts over from scratch.
126  *
127  * DGATE is lit if the data bit amplitude or SNR is below thresholds and
128  * BGATE is lit if the pulse width amplitude or SNR is below thresolds.
129  * LEPSEC is set during the last minute of the leap day. At the end of
130  * this minute the driver inserts second 60 in the seconds state machine
131  * and the minute sync slips a second.
132  */
133 #define MSYNC           0x0001  /* minute epoch sync */
134 #define SSYNC           0x0002  /* second epoch sync */
135 #define DSYNC           0x0004  /* minute units sync */
136 #define INSYNC          0x0008  /* clock synchronized */
137 #define FGATE           0x0010  /* frequency gate */
138 #define DGATE           0x0020  /* data pulse amplitude error */
139 #define BGATE           0x0040  /* data pulse width error */
140 #define METRIC          0x0080  /* one or more stations heard */
141 #define LEPSEC          0x1000  /* leap minute */
142
143 /*
144  * Station scoreboard bits
145  *
146  * These are used to establish the signal quality for each of the five
147  * frequencies and two stations.
148  */
149 #define SELV            0x0100  /* WWV station select */
150 #define SELH            0x0200  /* WWVH station select */
151
152 /*
153  * Alarm status bits (alarm)
154  *
155  * These bits indicate various alarm conditions, which are decoded to
156  * form the quality character included in the timecode.
157  */
158 #define CMPERR          0x1     /* digit or misc bit compare error */
159 #define LOWERR          0x2     /* low bit or digit amplitude or SNR */
160 #define NINERR          0x4     /* less than nine digits in minute */
161 #define SYNERR          0x8     /* not tracking second sync */
162
163 /*
164  * Watchcat timeouts (watch)
165  *
166  * If these timeouts expire, the status bits are mashed to zero and the
167  * driver starts from scratch. Suitably more refined procedures may be
168  * developed in future. All these are in minutes.
169  */
170 #define ACQSN           6       /* station acquisition timeout */
171 #define DATA            15      /* unit minutes timeout */
172 #define SYNCH           40      /* station sync timeout */
173 #define PANIC           (2 * 1440) /* panic timeout */
174
175 /*
176  * Thresholds. These establish the minimum signal level, minimum SNR and
177  * maximum jitter thresholds which establish the error and false alarm
178  * rates of the driver. The values defined here may be on the
179  * adventurous side in the interest of the highest sensitivity.
180  */
181 #define MTHR            13.     /* minute sync gate (percent) */
182 #define TTHR            50.     /* minute sync threshold (percent) */
183 #define AWND            20      /* minute sync jitter threshold (ms) */
184 #define ATHR            2500.   /* QRZ minute sync threshold */
185 #define ASNR            20.     /* QRZ minute sync SNR threshold (dB) */
186 #define QTHR            2500.   /* QSY minute sync threshold */
187 #define QSNR            20.     /* QSY minute sync SNR threshold (dB) */
188 #define STHR            2500.   /* second sync threshold */
189 #define SSNR            15.     /* second sync SNR threshold (dB) */
190 #define SCMP            10      /* second sync compare threshold */
191 #define DTHR            1000.   /* bit threshold */
192 #define DSNR            10.     /* bit SNR threshold (dB) */
193 #define AMIN            3       /* min bit count */
194 #define AMAX            6       /* max bit count */
195 #define BTHR            1000.   /* digit threshold */
196 #define BSNR            3.      /* digit likelihood threshold (dB) */
197 #define BCMP            3       /* digit compare threshold */
198 #define MAXERR          40      /* maximum error alarm */
199
200 /*
201  * Tone frequency definitions. The increments are for 4.5-deg sine
202  * table.
203  */
204 #define MS              (WWV_SEC / 1000) /* samples per millisecond */
205 #define IN100           ((100 * 80) / WWV_SEC) /* 100 Hz increment */
206 #define IN1000          ((1000 * 80) / WWV_SEC) /* 1000 Hz increment */
207 #define IN1200          ((1200 * 80) / WWV_SEC) /* 1200 Hz increment */
208
209 /*
210  * Acquisition and tracking time constants
211  */
212 #define MINAVG          8       /* min averaging time */
213 #define MAXAVG          1024    /* max averaging time */
214 #define FCONST          3       /* frequency time constant */
215 #define TCONST          16      /* data bit/digit time constant */
216
217 /*
218  * Miscellaneous status bits (misc)
219  *
220  * These bits correspond to designated bits in the WWV/H timecode. The
221  * bit probabilities are exponentially averaged over several minutes and
222  * processed by a integrator and threshold.
223  */
224 #define DUT1            0x01    /* 56 DUT .1 */
225 #define DUT2            0x02    /* 57 DUT .2 */
226 #define DUT4            0x04    /* 58 DUT .4 */
227 #define DUTS            0x08    /* 50 DUT sign */
228 #define DST1            0x10    /* 55 DST1 leap warning */
229 #define DST2            0x20    /* 2 DST2 DST1 delayed one day */
230 #define SECWAR          0x40    /* 3 leap second warning */
231
232 /*
233  * The on-time synchronization point is the positive-going zero crossing
234  * of the first cycle of the 5-ms second pulse. The IIR baseband filter
235  * phase delay is 0.91 ms, while the receiver delay is approximately 4.7
236  * ms at 1000 Hz. The fudge value -0.45 ms due to the codec and other
237  * causes was determined by calibrating to a PPS signal from a GPS
238  * receiver. The additional propagation delay specific to each receiver
239  * location can be  programmed in the fudge time1 and time2 values for
240  * WWV and WWVH, respectively.
241  *
242  * The resulting offsets with a 2.4-GHz P4 running FreeBSD 6.1 are
243  * generally within .02 ms short-term with .02 ms jitter. The long-term
244  * offsets vary up to 0.3 ms due to ionosperhic layer height variations.
245  * The processor load due to the driver is 5.8 percent.
246  */
247 #define PDELAY  ((.91 + 4.7 - 0.45) / 1000) /* system delay (s) */
248
249 /*
250  * Table of sine values at 4.5-degree increments. This is used by the
251  * synchronous matched filter demodulators.
252  */
253 double sintab[] = {
254  0.000000e+00,  7.845910e-02,  1.564345e-01,  2.334454e-01, /* 0-3 */
255  3.090170e-01,  3.826834e-01,  4.539905e-01,  5.224986e-01, /* 4-7 */
256  5.877853e-01,  6.494480e-01,  7.071068e-01,  7.604060e-01, /* 8-11 */
257  8.090170e-01,  8.526402e-01,  8.910065e-01,  9.238795e-01, /* 12-15 */
258  9.510565e-01,  9.723699e-01,  9.876883e-01,  9.969173e-01, /* 16-19 */
259  1.000000e+00,  9.969173e-01,  9.876883e-01,  9.723699e-01, /* 20-23 */
260  9.510565e-01,  9.238795e-01,  8.910065e-01,  8.526402e-01, /* 24-27 */
261  8.090170e-01,  7.604060e-01,  7.071068e-01,  6.494480e-01, /* 28-31 */
262  5.877853e-01,  5.224986e-01,  4.539905e-01,  3.826834e-01, /* 32-35 */
263  3.090170e-01,  2.334454e-01,  1.564345e-01,  7.845910e-02, /* 36-39 */
264 -0.000000e+00, -7.845910e-02, -1.564345e-01, -2.334454e-01, /* 40-43 */
265 -3.090170e-01, -3.826834e-01, -4.539905e-01, -5.224986e-01, /* 44-47 */
266 -5.877853e-01, -6.494480e-01, -7.071068e-01, -7.604060e-01, /* 48-51 */
267 -8.090170e-01, -8.526402e-01, -8.910065e-01, -9.238795e-01, /* 52-55 */
268 -9.510565e-01, -9.723699e-01, -9.876883e-01, -9.969173e-01, /* 56-59 */
269 -1.000000e+00, -9.969173e-01, -9.876883e-01, -9.723699e-01, /* 60-63 */
270 -9.510565e-01, -9.238795e-01, -8.910065e-01, -8.526402e-01, /* 64-67 */
271 -8.090170e-01, -7.604060e-01, -7.071068e-01, -6.494480e-01, /* 68-71 */
272 -5.877853e-01, -5.224986e-01, -4.539905e-01, -3.826834e-01, /* 72-75 */
273 -3.090170e-01, -2.334454e-01, -1.564345e-01, -7.845910e-02, /* 76-79 */
274  0.000000e+00};                                             /* 80 */
275
276 /*
277  * Decoder operations at the end of each second are driven by a state
278  * machine. The transition matrix consists of a dispatch table indexed
279  * by second number. Each entry in the table contains a case switch
280  * number and argument.
281  */
282 struct progx {
283         int sw;                 /* case switch number */
284         int arg;                /* argument */
285 };
286
287 /*
288  * Case switch numbers
289  */
290 #define IDLE            0       /* no operation */
291 #define COEF            1       /* BCD bit */
292 #define COEF1           2       /* BCD bit for minute unit */
293 #define COEF2           3       /* BCD bit not used */
294 #define DECIM9          4       /* BCD digit 0-9 */
295 #define DECIM6          5       /* BCD digit 0-6 */
296 #define DECIM3          6       /* BCD digit 0-3 */
297 #define DECIM2          7       /* BCD digit 0-2 */
298 #define MSCBIT          8       /* miscellaneous bit */
299 #define MSC20           9       /* miscellaneous bit */         
300 #define MSC21           10      /* QSY probe channel */         
301 #define MIN1            11      /* latch time */                
302 #define MIN2            12      /* leap second */
303 #define SYNC2           13      /* latch minute sync pulse */           
304 #define SYNC3           14      /* latch data pulse */          
305
306 /*
307  * Offsets in decoding matrix
308  */
309 #define MN              0       /* minute digits (2) */
310 #define HR              2       /* hour digits (2) */
311 #define DA              4       /* day digits (3) */
312 #define YR              7       /* year digits (2) */
313
314 struct progx progx[] = {
315         {SYNC2, 0},             /* 0 latch minute sync pulse */
316         {SYNC3, 0},             /* 1 latch data pulse */
317         {MSCBIT, DST2},         /* 2 dst2 */
318         {MSCBIT, SECWAR},       /* 3 lw */
319         {COEF,  0},             /* 4 1 year units */
320         {COEF,  1},             /* 5 2 */
321         {COEF,  2},             /* 6 4 */
322         {COEF,  3},             /* 7 8 */
323         {DECIM9, YR},           /* 8 */
324         {IDLE,  0},             /* 9 p1 */
325         {COEF1, 0},             /* 10 1 minute units */
326         {COEF1, 1},             /* 11 2 */
327         {COEF1, 2},             /* 12 4 */
328         {COEF1, 3},             /* 13 8 */
329         {DECIM9, MN},           /* 14 */
330         {COEF,  0},             /* 15 10 minute tens */
331         {COEF,  1},             /* 16 20 */
332         {COEF,  2},             /* 17 40 */
333         {COEF2, 3},             /* 18 80 (not used) */
334         {DECIM6, MN + 1},       /* 19 p2 */
335         {COEF,  0},             /* 20 1 hour units */
336         {COEF,  1},             /* 21 2 */
337         {COEF,  2},             /* 22 4 */
338         {COEF,  3},             /* 23 8 */
339         {DECIM9, HR},           /* 24 */
340         {COEF,  0},             /* 25 10 hour tens */
341         {COEF,  1},             /* 26 20 */
342         {COEF2, 2},             /* 27 40 (not used) */
343         {COEF2, 3},             /* 28 80 (not used) */
344         {DECIM2, HR + 1},       /* 29 p3 */
345         {COEF,  0},             /* 30 1 day units */
346         {COEF,  1},             /* 31 2 */
347         {COEF,  2},             /* 32 4 */
348         {COEF,  3},             /* 33 8 */
349         {DECIM9, DA},           /* 34 */
350         {COEF,  0},             /* 35 10 day tens */
351         {COEF,  1},             /* 36 20 */
352         {COEF,  2},             /* 37 40 */
353         {COEF,  3},             /* 38 80 */
354         {DECIM9, DA + 1},       /* 39 p4 */
355         {COEF,  0},             /* 40 100 day hundreds */
356         {COEF,  1},             /* 41 200 */
357         {COEF2, 2},             /* 42 400 (not used) */
358         {COEF2, 3},             /* 43 800 (not used) */
359         {DECIM3, DA + 2},       /* 44 */
360         {IDLE,  0},             /* 45 */
361         {IDLE,  0},             /* 46 */
362         {IDLE,  0},             /* 47 */
363         {IDLE,  0},             /* 48 */
364         {IDLE,  0},             /* 49 p5 */
365         {MSCBIT, DUTS},         /* 50 dut+- */
366         {COEF,  0},             /* 51 10 year tens */
367         {COEF,  1},             /* 52 20 */
368         {COEF,  2},             /* 53 40 */
369         {COEF,  3},             /* 54 80 */
370         {MSC20, DST1},          /* 55 dst1 */
371         {MSCBIT, DUT1},         /* 56 0.1 dut */
372         {MSCBIT, DUT2},         /* 57 0.2 */
373         {MSC21, DUT4},          /* 58 0.4 QSY probe channel */
374         {MIN1,  0},             /* 59 p6 latch time */
375         {MIN2,  0}              /* 60 leap second */
376 };
377
378 /*
379  * BCD coefficients for maximum-likelihood digit decode
380  */
381 #define P15     1.              /* max positive number */
382 #define N15     -1.             /* max negative number */
383
384 /*
385  * Digits 0-9
386  */
387 #define P9      (P15 / 4)       /* mark (+1) */
388 #define N9      (N15 / 4)       /* space (-1) */
389
390 double bcd9[][4] = {
391         {N9, N9, N9, N9},       /* 0 */
392         {P9, N9, N9, N9},       /* 1 */
393         {N9, P9, N9, N9},       /* 2 */
394         {P9, P9, N9, N9},       /* 3 */
395         {N9, N9, P9, N9},       /* 4 */
396         {P9, N9, P9, N9},       /* 5 */
397         {N9, P9, P9, N9},       /* 6 */
398         {P9, P9, P9, N9},       /* 7 */
399         {N9, N9, N9, P9},       /* 8 */
400         {P9, N9, N9, P9},       /* 9 */
401         {0, 0, 0, 0}            /* backstop */
402 };
403
404 /*
405  * Digits 0-6 (minute tens)
406  */
407 #define P6      (P15 / 3)       /* mark (+1) */
408 #define N6      (N15 / 3)       /* space (-1) */
409
410 double bcd6[][4] = {
411         {N6, N6, N6, 0},        /* 0 */
412         {P6, N6, N6, 0},        /* 1 */
413         {N6, P6, N6, 0},        /* 2 */
414         {P6, P6, N6, 0},        /* 3 */
415         {N6, N6, P6, 0},        /* 4 */
416         {P6, N6, P6, 0},        /* 5 */
417         {N6, P6, P6, 0},        /* 6 */
418         {0, 0, 0, 0}            /* backstop */
419 };
420
421 /*
422  * Digits 0-3 (day hundreds)
423  */
424 #define P3      (P15 / 2)       /* mark (+1) */
425 #define N3      (N15 / 2)       /* space (-1) */
426
427 double bcd3[][4] = {
428         {N3, N3, 0, 0},         /* 0 */
429         {P3, N3, 0, 0},         /* 1 */
430         {N3, P3, 0, 0},         /* 2 */
431         {P3, P3, 0, 0},         /* 3 */
432         {0, 0, 0, 0}            /* backstop */
433 };
434
435 /*
436  * Digits 0-2 (hour tens)
437  */
438 #define P2      (P15 / 2)       /* mark (+1) */
439 #define N2      (N15 / 2)       /* space (-1) */
440
441 double bcd2[][4] = {
442         {N2, N2, 0, 0},         /* 0 */
443         {P2, N2, 0, 0},         /* 1 */
444         {N2, P2, 0, 0},         /* 2 */
445         {0, 0, 0, 0}            /* backstop */
446 };
447
448 /*
449  * DST decode (DST2 DST1) for prettyprint
450  */
451 char dstcod[] = {
452         'S',                    /* 00 standard time */
453         'I',                    /* 01 set clock ahead at 0200 local */
454         'O',                    /* 10 set clock back at 0200 local */
455         'D'                     /* 11 daylight time */
456 };
457
458 /*
459  * The decoding matrix consists of nine row vectors, one for each digit
460  * of the timecode. The digits are stored from least to most significant
461  * order. The maximum-likelihood timecode is formed from the digits
462  * corresponding to the maximum-likelihood values reading in the
463  * opposite order: yy ddd hh:mm.
464  */
465 struct decvec {
466         int radix;              /* radix (3, 4, 6, 10) */
467         int digit;              /* current clock digit */
468         int count;              /* match count */
469         double digprb;          /* max digit probability */
470         double digsnr;          /* likelihood function (dB) */
471         double like[10];        /* likelihood integrator 0-9 */
472 };
473
474 /*
475  * The station structure (sp) is used to acquire the minute pulse from
476  * WWV and/or WWVH. These stations are distinguished by the frequency
477  * used for the second and minute sync pulses, 1000 Hz for WWV and 1200
478  * Hz for WWVH. Other than frequency, the format is the same.
479  */
480 struct sync {
481         double  epoch;          /* accumulated epoch differences */
482         double  maxeng;         /* sync max energy */
483         double  noieng;         /* sync noise energy */
484         long    pos;            /* max amplitude position */
485         long    lastpos;        /* last max position */
486         long    mepoch;         /* minute synch epoch */
487
488         double  amp;            /* sync signal */
489         double  syneng;         /* sync signal max */
490         double  synmax;         /* sync signal max latched at 0 s */
491         double  synsnr;         /* sync signal SNR */
492         double  metric;         /* signal quality metric */
493         int     reach;          /* reachability register */
494         int     count;          /* bit counter */
495         int     select;         /* select bits */
496         char    refid[5];       /* reference identifier */
497 };
498
499 /*
500  * The channel structure (cp) is used to mitigate between channels.
501  */
502 struct chan {
503         int     gain;           /* audio gain */
504         struct sync wwv;        /* wwv station */
505         struct sync wwvh;       /* wwvh station */
506 };
507
508 /*
509  * WWV unit control structure (up)
510  */
511 struct wwvunit {
512         l_fp    timestamp;      /* audio sample timestamp */
513         l_fp    tick;           /* audio sample increment */
514         double  phase, freq;    /* logical clock phase and frequency */
515         double  monitor;        /* audio monitor point */
516         double  pdelay;         /* propagation delay (s) */
517 #ifdef ICOM
518         int     fd_icom;        /* ICOM file descriptor */
519 #endif /* ICOM */
520         int     errflg;         /* error flags */
521         int     watch;          /* watchcat */
522
523         /*
524          * Audio codec variables
525          */
526         double  comp[SIZE];     /* decompanding table */
527         int     port;           /* codec port */
528         int     gain;           /* codec gain */
529         int     mongain;        /* codec monitor gain */
530         int     clipcnt;        /* sample clipped count */
531
532         /*
533          * Variables used to establish basic system timing
534          */
535         int     avgint;         /* master time constant */
536         int     yepoch;         /* sync epoch */
537         int     repoch;         /* buffered sync epoch */
538         double  epomax;         /* second sync amplitude */
539         double  eposnr;         /* second sync SNR */
540         double  irig;           /* data I channel amplitude */
541         double  qrig;           /* data Q channel amplitude */
542         int     datapt;         /* 100 Hz ramp */
543         double  datpha;         /* 100 Hz VFO control */
544         int     rphase;         /* second sample counter */
545         long    mphase;         /* minute sample counter */
546
547         /*
548          * Variables used to mitigate which channel to use
549          */
550         struct chan mitig[NCHAN]; /* channel data */
551         struct sync *sptr;      /* station pointer */
552         int     dchan;          /* data channel */
553         int     schan;          /* probe channel */
554         int     achan;          /* active channel */
555
556         /*
557          * Variables used by the clock state machine
558          */
559         struct decvec decvec[9]; /* decoding matrix */
560         int     rsec;           /* seconds counter */
561         int     digcnt;         /* count of digits synchronized */
562
563         /*
564          * Variables used to estimate signal levels and bit/digit
565          * probabilities
566          */
567         double  datsig;         /* data signal max */
568         double  datsnr;         /* data signal SNR (dB) */
569
570         /*
571          * Variables used to establish status and alarm conditions
572          */
573         int     status;         /* status bits */
574         int     alarm;          /* alarm flashers */
575         int     misc;           /* miscellaneous timecode bits */
576         int     errcnt;         /* data bit error counter */
577 };
578
579 /*
580  * Function prototypes
581  */
582 static  int     wwv_start       (int, struct peer *);
583 static  void    wwv_shutdown    (int, struct peer *);
584 static  void    wwv_receive     (struct recvbuf *);
585 static  void    wwv_poll        (int, struct peer *);
586
587 /*
588  * More function prototypes
589  */
590 static  void    wwv_epoch       (struct peer *);
591 static  void    wwv_rf          (struct peer *, double);
592 static  void    wwv_endpoc      (struct peer *, int);
593 static  void    wwv_rsec        (struct peer *, double);
594 static  void    wwv_qrz         (struct peer *, struct sync *, int);
595 static  void    wwv_corr4       (struct peer *, struct decvec *,
596                                     double [], double [][4]);
597 static  void    wwv_gain        (struct peer *);
598 static  void    wwv_tsec        (struct peer *);
599 static  int     timecode        (struct wwvunit *, char *, size_t);
600 static  double  wwv_snr         (double, double);
601 static  int     carry           (struct decvec *);
602 static  int     wwv_newchan     (struct peer *);
603 static  void    wwv_newgame     (struct peer *);
604 static  double  wwv_metric      (struct sync *);
605 static  void    wwv_clock       (struct peer *);
606 #ifdef ICOM
607 static  int     wwv_qsy         (struct peer *, int);
608 #endif /* ICOM */
609
610 static double qsy[NCHAN] = {2.5, 5, 10, 15, 20}; /* frequencies (MHz) */
611
612 /*
613  * Transfer vector
614  */
615 struct  refclock refclock_wwv = {
616         wwv_start,              /* start up driver */
617         wwv_shutdown,           /* shut down driver */
618         wwv_poll,               /* transmit poll message */
619         noentry,                /* not used (old wwv_control) */
620         noentry,                /* initialize driver (not used) */
621         noentry,                /* not used (old wwv_buginfo) */
622         NOFLAGS                 /* not used */
623 };
624
625
626 /*
627  * wwv_start - open the devices and initialize data for processing
628  */
629 static int
630 wwv_start(
631         int     unit,           /* instance number (used by PCM) */
632         struct peer *peer       /* peer structure pointer */
633         )
634 {
635         struct refclockproc *pp;
636         struct wwvunit *up;
637 #ifdef ICOM
638         int     temp;
639 #endif /* ICOM */
640
641         /*
642          * Local variables
643          */
644         int     fd;             /* file descriptor */
645         int     i;              /* index */
646         double  step;           /* codec adjustment */
647
648         /*
649          * Open audio device
650          */
651         fd = audio_init(DEVICE_AUDIO, AUDIO_BUFSIZ, unit);
652         if (fd < 0)
653                 return (0);
654 #ifdef DEBUG
655         if (debug)
656                 audio_show();
657 #endif /* DEBUG */
658
659         /*
660          * Allocate and initialize unit structure
661          */
662         up = emalloc_zero(sizeof(*up));
663         pp = peer->procptr;
664         pp->io.clock_recv = wwv_receive;
665         pp->io.srcclock = peer;
666         pp->io.datalen = 0;
667         pp->io.fd = fd;
668         if (!io_addclock(&pp->io)) {
669                 close(fd);
670                 free(up);
671                 return (0);
672         }
673         pp->unitptr = up;
674
675         /*
676          * Initialize miscellaneous variables
677          */
678         peer->precision = PRECISION;
679         pp->clockdesc = DESCRIPTION;
680
681         /*
682          * The companded samples are encoded sign-magnitude. The table
683          * contains all the 256 values in the interest of speed.
684          */
685         up->comp[0] = up->comp[OFFSET] = 0.;
686         up->comp[1] = 1.; up->comp[OFFSET + 1] = -1.;
687         up->comp[2] = 3.; up->comp[OFFSET + 2] = -3.;
688         step = 2.;
689         for (i = 3; i < OFFSET; i++) {
690                 up->comp[i] = up->comp[i - 1] + step;
691                 up->comp[OFFSET + i] = -up->comp[i];
692                 if (i % 16 == 0)
693                         step *= 2.;
694         }
695         DTOLFP(1. / WWV_SEC, &up->tick);
696
697         /*
698          * Initialize the decoding matrix with the radix for each digit
699          * position.
700          */
701         up->decvec[MN].radix = 10;      /* minutes */
702         up->decvec[MN + 1].radix = 6;
703         up->decvec[HR].radix = 10;      /* hours */
704         up->decvec[HR + 1].radix = 3;
705         up->decvec[DA].radix = 10;      /* days */
706         up->decvec[DA + 1].radix = 10;
707         up->decvec[DA + 2].radix = 4;
708         up->decvec[YR].radix = 10;      /* years */
709         up->decvec[YR + 1].radix = 10;
710
711 #ifdef ICOM
712         /*
713          * Initialize autotune if available. Note that the ICOM select
714          * code must be less than 128, so the high order bit can be used
715          * to select the line speed 0 (9600 bps) or 1 (1200 bps). Note
716          * we don't complain if the ICOM device is not there; but, if it
717          * is, the radio better be working.
718          */
719         temp = 0;
720 #ifdef DEBUG
721         if (debug > 1)
722                 temp = P_TRACE;
723 #endif /* DEBUG */
724         if (peer->ttl != 0) {
725                 if (peer->ttl & 0x80)
726                         up->fd_icom = icom_init("/dev/icom", B1200,
727                             temp);
728                 else
729                         up->fd_icom = icom_init("/dev/icom", B9600,
730                             temp);
731         }
732         if (up->fd_icom > 0) {
733                 if (wwv_qsy(peer, DCHAN) != 0) {
734                         msyslog(LOG_NOTICE, "icom: radio not found");
735                         close(up->fd_icom);
736                         up->fd_icom = 0;
737                 } else {
738                         msyslog(LOG_NOTICE, "icom: autotune enabled");
739                 }
740         }
741 #endif /* ICOM */
742
743         /*
744          * Let the games begin.
745          */
746         wwv_newgame(peer);
747         return (1);
748 }
749
750
751 /*
752  * wwv_shutdown - shut down the clock
753  */
754 static void
755 wwv_shutdown(
756         int     unit,           /* instance number (not used) */
757         struct peer *peer       /* peer structure pointer */
758         )
759 {
760         struct refclockproc *pp;
761         struct wwvunit *up;
762
763         pp = peer->procptr;
764         up = pp->unitptr;
765         if (up == NULL)
766                 return;
767
768         io_closeclock(&pp->io);
769 #ifdef ICOM
770         if (up->fd_icom > 0)
771                 close(up->fd_icom);
772 #endif /* ICOM */
773         free(up);
774 }
775
776
777 /*
778  * wwv_receive - receive data from the audio device
779  *
780  * This routine reads input samples and adjusts the logical clock to
781  * track the A/D sample clock by dropping or duplicating codec samples.
782  * It also controls the A/D signal level with an AGC loop to mimimize
783  * quantization noise and avoid overload.
784  */
785 static void
786 wwv_receive(
787         struct recvbuf *rbufp   /* receive buffer structure pointer */
788         )
789 {
790         struct peer *peer;
791         struct refclockproc *pp;
792         struct wwvunit *up;
793
794         /*
795          * Local variables
796          */
797         double  sample;         /* codec sample */
798         u_char  *dpt;           /* buffer pointer */
799         int     bufcnt;         /* buffer counter */
800         l_fp    ltemp;
801
802         peer = rbufp->recv_peer;
803         pp = peer->procptr;
804         up = pp->unitptr;
805
806         /*
807          * Main loop - read until there ain't no more. Note codec
808          * samples are bit-inverted.
809          */
810         DTOLFP((double)rbufp->recv_length / WWV_SEC, &ltemp);
811         L_SUB(&rbufp->recv_time, &ltemp);
812         up->timestamp = rbufp->recv_time;
813         dpt = rbufp->recv_buffer;
814         for (bufcnt = 0; bufcnt < rbufp->recv_length; bufcnt++) {
815                 sample = up->comp[~*dpt++ & 0xff];
816
817                 /*
818                  * Clip noise spikes greater than MAXAMP (6000) and
819                  * record the number of clips to be used later by the
820                  * AGC.
821                  */
822                 if (sample > MAXAMP) {
823                         sample = MAXAMP;
824                         up->clipcnt++;
825                 } else if (sample < -MAXAMP) {
826                         sample = -MAXAMP;
827                         up->clipcnt++;
828                 }
829
830                 /*
831                  * Variable frequency oscillator. The codec oscillator
832                  * runs at the nominal rate of 8000 samples per second,
833                  * or 125 us per sample. A frequency change of one unit
834                  * results in either duplicating or deleting one sample
835                  * per second, which results in a frequency change of
836                  * 125 PPM.
837                  */
838                 up->phase += (up->freq + clock_codec) / WWV_SEC;
839                 if (up->phase >= .5) {
840                         up->phase -= 1.;
841                 } else if (up->phase < -.5) {
842                         up->phase += 1.;
843                         wwv_rf(peer, sample);
844                         wwv_rf(peer, sample);
845                 } else {
846                         wwv_rf(peer, sample);
847                 }
848                 L_ADD(&up->timestamp, &up->tick);
849         }
850
851         /*
852          * Set the input port and monitor gain for the next buffer.
853          */
854         if (pp->sloppyclockflag & CLK_FLAG2)
855                 up->port = 2;
856         else
857                 up->port = 1;
858         if (pp->sloppyclockflag & CLK_FLAG3)
859                 up->mongain = MONGAIN;
860         else
861                 up->mongain = 0;
862 }
863
864
865 /*
866  * wwv_poll - called by the transmit procedure
867  *
868  * This routine keeps track of status. If no offset samples have been
869  * processed during a poll interval, a timeout event is declared. If
870  * errors have have occurred during the interval, they are reported as
871  * well.
872  */
873 static void
874 wwv_poll(
875         int     unit,           /* instance number (not used) */
876         struct peer *peer       /* peer structure pointer */
877         )
878 {
879         struct refclockproc *pp;
880         struct wwvunit *up;
881
882         pp = peer->procptr;
883         up = pp->unitptr;
884         if (up->errflg)
885                 refclock_report(peer, up->errflg);
886         up->errflg = 0;
887         pp->polls++;
888 }
889
890
891 /*
892  * wwv_rf - process signals and demodulate to baseband
893  *
894  * This routine grooms and filters decompanded raw audio samples. The
895  * output signal is the 100-Hz filtered baseband data signal in
896  * quadrature phase. The routine also determines the minute synch epoch,
897  * as well as certain signal maxima, minima and related values.
898  *
899  * There are two 1-s ramps used by this program. Both count the 8000
900  * logical clock samples spanning exactly one second. The epoch ramp
901  * counts the samples starting at an arbitrary time. The rphase ramp
902  * counts the samples starting at the 5-ms second sync pulse found
903  * during the epoch ramp.
904  *
905  * There are two 1-m ramps used by this program. The mphase ramp counts
906  * the 480,000 logical clock samples spanning exactly one minute and
907  * starting at an arbitrary time. The rsec ramp counts the 60 seconds of
908  * the minute starting at the 800-ms minute sync pulse found during the
909  * mphase ramp. The rsec ramp drives the seconds state machine to
910  * determine the bits and digits of the timecode. 
911  *
912  * Demodulation operations are based on three synthesized quadrature
913  * sinusoids: 100 Hz for the data signal, 1000 Hz for the WWV sync
914  * signal and 1200 Hz for the WWVH sync signal. These drive synchronous
915  * matched filters for the data signal (170 ms at 100 Hz), WWV minute
916  * sync signal (800 ms at 1000 Hz) and WWVH minute sync signal (800 ms
917  * at 1200 Hz). Two additional matched filters are switched in
918  * as required for the WWV second sync signal (5 cycles at 1000 Hz) and
919  * WWVH second sync signal (6 cycles at 1200 Hz).
920  */
921 static void
922 wwv_rf(
923         struct peer *peer,      /* peerstructure pointer */
924         double isig             /* input signal */
925         )
926 {
927         struct refclockproc *pp;
928         struct wwvunit *up;
929         struct sync *sp, *rp;
930
931         static double lpf[5];   /* 150-Hz lpf delay line */
932         double data;            /* lpf output */
933         static double bpf[9];   /* 1000/1200-Hz bpf delay line */
934         double syncx;           /* bpf output */
935         static double mf[41];   /* 1000/1200-Hz mf delay line */
936         double mfsync;          /* mf output */
937
938         static int iptr;        /* data channel pointer */
939         static double ibuf[DATSIZ]; /* data I channel delay line */
940         static double qbuf[DATSIZ]; /* data Q channel delay line */
941
942         static int jptr;        /* sync channel pointer */
943         static int kptr;        /* tick channel pointer */
944
945         static int csinptr;     /* wwv channel phase */
946         static double cibuf[SYNSIZ]; /* wwv I channel delay line */
947         static double cqbuf[SYNSIZ]; /* wwv Q channel delay line */
948         static double ciamp;    /* wwv I channel amplitude */
949         static double cqamp;    /* wwv Q channel amplitude */
950
951         static double csibuf[TCKSIZ]; /* wwv I tick delay line */
952         static double csqbuf[TCKSIZ]; /* wwv Q tick delay line */
953         static double csiamp;   /* wwv I tick amplitude */
954         static double csqamp;   /* wwv Q tick amplitude */
955
956         static int hsinptr;     /* wwvh channel phase */
957         static double hibuf[SYNSIZ]; /* wwvh I channel delay line */
958         static double hqbuf[SYNSIZ]; /* wwvh Q channel delay line */
959         static double hiamp;    /* wwvh I channel amplitude */
960         static double hqamp;    /* wwvh Q channel amplitude */
961
962         static double hsibuf[TCKSIZ]; /* wwvh I tick delay line */
963         static double hsqbuf[TCKSIZ]; /* wwvh Q tick delay line */
964         static double hsiamp;   /* wwvh I tick amplitude */
965         static double hsqamp;   /* wwvh Q tick amplitude */
966
967         static double epobuf[WWV_SEC]; /* second sync comb filter */
968         static double epomax, nxtmax; /* second sync amplitude buffer */
969         static int epopos;      /* epoch second sync position buffer */
970
971         static int iniflg;      /* initialization flag */
972         int     epoch;          /* comb filter index */
973         double  dtemp;
974         int     i;
975
976         pp = peer->procptr;
977         up = pp->unitptr;
978
979         if (!iniflg) {
980                 iniflg = 1;
981                 memset((char *)lpf, 0, sizeof(lpf));
982                 memset((char *)bpf, 0, sizeof(bpf));
983                 memset((char *)mf, 0, sizeof(mf));
984                 memset((char *)ibuf, 0, sizeof(ibuf));
985                 memset((char *)qbuf, 0, sizeof(qbuf));
986                 memset((char *)cibuf, 0, sizeof(cibuf));
987                 memset((char *)cqbuf, 0, sizeof(cqbuf));
988                 memset((char *)csibuf, 0, sizeof(csibuf));
989                 memset((char *)csqbuf, 0, sizeof(csqbuf));
990                 memset((char *)hibuf, 0, sizeof(hibuf));
991                 memset((char *)hqbuf, 0, sizeof(hqbuf));
992                 memset((char *)hsibuf, 0, sizeof(hsibuf));
993                 memset((char *)hsqbuf, 0, sizeof(hsqbuf));
994                 memset((char *)epobuf, 0, sizeof(epobuf));
995         }
996
997         /*
998          * Baseband data demodulation. The 100-Hz subcarrier is
999          * extracted using a 150-Hz IIR lowpass filter. This attenuates
1000          * the 1000/1200-Hz sync signals, as well as the 440-Hz and
1001          * 600-Hz tones and most of the noise and voice modulation
1002          * components.
1003          *
1004          * The subcarrier is transmitted 10 dB down from the carrier.
1005          * The DGAIN parameter can be adjusted for this and to
1006          * compensate for the radio audio response at 100 Hz.
1007          *
1008          * Matlab IIR 4th-order IIR elliptic, 150 Hz lowpass, 0.2 dB
1009          * passband ripple, -50 dB stopband ripple, phase delay 0.97 ms.
1010          */
1011         data = (lpf[4] = lpf[3]) * 8.360961e-01;
1012         data += (lpf[3] = lpf[2]) * -3.481740e+00;
1013         data += (lpf[2] = lpf[1]) * 5.452988e+00;
1014         data += (lpf[1] = lpf[0]) * -3.807229e+00;
1015         lpf[0] = isig * DGAIN - data;
1016         data = lpf[0] * 3.281435e-03
1017             + lpf[1] * -1.149947e-02
1018             + lpf[2] * 1.654858e-02
1019             + lpf[3] * -1.149947e-02
1020             + lpf[4] * 3.281435e-03;
1021
1022         /*
1023          * The 100-Hz data signal is demodulated using a pair of
1024          * quadrature multipliers, matched filters and a phase lock
1025          * loop. The I and Q quadrature data signals are produced by
1026          * multiplying the filtered signal by 100-Hz sine and cosine
1027          * signals, respectively. The signals are processed by 170-ms
1028          * synchronous matched filters to produce the amplitude and
1029          * phase signals used by the demodulator. The signals are scaled
1030          * to produce unit energy at the maximum value.
1031          */
1032         i = up->datapt;
1033         up->datapt = (up->datapt + IN100) % 80;
1034         dtemp = sintab[i] * data / (MS / 2. * DATCYC);
1035         up->irig -= ibuf[iptr];
1036         ibuf[iptr] = dtemp;
1037         up->irig += dtemp;
1038
1039         i = (i + 20) % 80;
1040         dtemp = sintab[i] * data / (MS / 2. * DATCYC);
1041         up->qrig -= qbuf[iptr];
1042         qbuf[iptr] = dtemp;
1043         up->qrig += dtemp;
1044         iptr = (iptr + 1) % DATSIZ;
1045
1046         /*
1047          * Baseband sync demodulation. The 1000/1200 sync signals are
1048          * extracted using a 600-Hz IIR bandpass filter. This removes
1049          * the 100-Hz data subcarrier, as well as the 440-Hz and 600-Hz
1050          * tones and most of the noise and voice modulation components.
1051          *
1052          * Matlab 4th-order IIR elliptic, 800-1400 Hz bandpass, 0.2 dB
1053          * passband ripple, -50 dB stopband ripple, phase delay 0.91 ms.
1054          */
1055         syncx = (bpf[8] = bpf[7]) * 4.897278e-01;
1056         syncx += (bpf[7] = bpf[6]) * -2.765914e+00;
1057         syncx += (bpf[6] = bpf[5]) * 8.110921e+00;
1058         syncx += (bpf[5] = bpf[4]) * -1.517732e+01;
1059         syncx += (bpf[4] = bpf[3]) * 1.975197e+01;
1060         syncx += (bpf[3] = bpf[2]) * -1.814365e+01;
1061         syncx += (bpf[2] = bpf[1]) * 1.159783e+01;
1062         syncx += (bpf[1] = bpf[0]) * -4.735040e+00;
1063         bpf[0] = isig - syncx;
1064         syncx = bpf[0] * 8.203628e-03
1065             + bpf[1] * -2.375732e-02
1066             + bpf[2] * 3.353214e-02
1067             + bpf[3] * -4.080258e-02
1068             + bpf[4] * 4.605479e-02
1069             + bpf[5] * -4.080258e-02
1070             + bpf[6] * 3.353214e-02
1071             + bpf[7] * -2.375732e-02
1072             + bpf[8] * 8.203628e-03;
1073
1074         /*
1075          * The 1000/1200 sync signals are demodulated using a pair of
1076          * quadrature multipliers and matched filters. However,
1077          * synchronous demodulation at these frequencies is impractical,
1078          * so only the signal amplitude is used. The I and Q quadrature
1079          * sync signals are produced by multiplying the filtered signal
1080          * by 1000-Hz (WWV) and 1200-Hz (WWVH) sine and cosine signals,
1081          * respectively. The WWV and WWVH signals are processed by 800-
1082          * ms synchronous matched filters and combined to produce the
1083          * minute sync signal and detect which one (or both) the WWV or
1084          * WWVH signal is present. The WWV and WWVH signals are also
1085          * processed by 5-ms synchronous matched filters and combined to
1086          * produce the second sync signal. The signals are scaled to
1087          * produce unit energy at the maximum value.
1088          *
1089          * Note the master timing ramps, which run continuously. The
1090          * minute counter (mphase) counts the samples in the minute,
1091          * while the second counter (epoch) counts the samples in the
1092          * second.
1093          */
1094         up->mphase = (up->mphase + 1) % WWV_MIN;
1095         epoch = up->mphase % WWV_SEC;
1096
1097         /*
1098          * WWV
1099          */
1100         i = csinptr;
1101         csinptr = (csinptr + IN1000) % 80;
1102
1103         dtemp = sintab[i] * syncx / (MS / 2.);
1104         ciamp -= cibuf[jptr];
1105         cibuf[jptr] = dtemp;
1106         ciamp += dtemp;
1107         csiamp -= csibuf[kptr];
1108         csibuf[kptr] = dtemp;
1109         csiamp += dtemp;
1110
1111         i = (i + 20) % 80;
1112         dtemp = sintab[i] * syncx / (MS / 2.);
1113         cqamp -= cqbuf[jptr];
1114         cqbuf[jptr] = dtemp;
1115         cqamp += dtemp;
1116         csqamp -= csqbuf[kptr];
1117         csqbuf[kptr] = dtemp;
1118         csqamp += dtemp;
1119
1120         sp = &up->mitig[up->achan].wwv;
1121         sp->amp = sqrt(ciamp * ciamp + cqamp * cqamp) / SYNCYC;
1122         if (!(up->status & MSYNC))
1123                 wwv_qrz(peer, sp, (int)(pp->fudgetime1 * WWV_SEC));
1124
1125         /*
1126          * WWVH
1127          */
1128         i = hsinptr;
1129         hsinptr = (hsinptr + IN1200) % 80;
1130
1131         dtemp = sintab[i] * syncx / (MS / 2.);
1132         hiamp -= hibuf[jptr];
1133         hibuf[jptr] = dtemp;
1134         hiamp += dtemp;
1135         hsiamp -= hsibuf[kptr];
1136         hsibuf[kptr] = dtemp;
1137         hsiamp += dtemp;
1138
1139         i = (i + 20) % 80;
1140         dtemp = sintab[i] * syncx / (MS / 2.);
1141         hqamp -= hqbuf[jptr];
1142         hqbuf[jptr] = dtemp;
1143         hqamp += dtemp;
1144         hsqamp -= hsqbuf[kptr];
1145         hsqbuf[kptr] = dtemp;
1146         hsqamp += dtemp;
1147
1148         rp = &up->mitig[up->achan].wwvh;
1149         rp->amp = sqrt(hiamp * hiamp + hqamp * hqamp) / SYNCYC;
1150         if (!(up->status & MSYNC))
1151                 wwv_qrz(peer, rp, (int)(pp->fudgetime2 * WWV_SEC));
1152         jptr = (jptr + 1) % SYNSIZ;
1153         kptr = (kptr + 1) % TCKSIZ;
1154
1155         /*
1156          * The following section is called once per minute. It does
1157          * housekeeping and timeout functions and empties the dustbins.
1158          */
1159         if (up->mphase == 0) {
1160                 up->watch++;
1161                 if (!(up->status & MSYNC)) {
1162
1163                         /*
1164                          * If minute sync has not been acquired before
1165                          * ACQSN timeout (6 min), or if no signal is
1166                          * heard, the program cycles to the next
1167                          * frequency and tries again.
1168                          */
1169                         if (!wwv_newchan(peer))
1170                                 up->watch = 0;
1171                 } else {
1172
1173                         /*
1174                          * If the leap bit is set, set the minute epoch
1175                          * back one second so the station processes
1176                          * don't miss a beat.
1177                          */
1178                         if (up->status & LEPSEC) {
1179                                 up->mphase -= WWV_SEC;
1180                                 if (up->mphase < 0)
1181                                         up->mphase += WWV_MIN;
1182                         }
1183                 }
1184         }
1185
1186         /*
1187          * When the channel metric reaches threshold and the second
1188          * counter matches the minute epoch within the second, the
1189          * driver has synchronized to the station. The second number is
1190          * the remaining seconds until the next minute epoch, while the
1191          * sync epoch is zero. Watch out for the first second; if
1192          * already synchronized to the second, the buffered sync epoch
1193          * must be set.
1194          *
1195          * Note the guard interval is 200 ms; if for some reason the
1196          * clock drifts more than that, it might wind up in the wrong
1197          * second. If the maximum frequency error is not more than about
1198          * 1 PPM, the clock can go as much as two days while still in
1199          * the same second.
1200          */
1201         if (up->status & MSYNC) {
1202                 wwv_epoch(peer);
1203         } else if (up->sptr != NULL) {
1204                 sp = up->sptr;
1205                 if (sp->metric >= TTHR && epoch == sp->mepoch % WWV_SEC)
1206                     {
1207                         up->rsec = (60 - sp->mepoch / WWV_SEC) % 60;
1208                         up->rphase = 0;
1209                         up->status |= MSYNC;
1210                         up->watch = 0;
1211                         if (!(up->status & SSYNC))
1212                                 up->repoch = up->yepoch = epoch;
1213                         else
1214                                 up->repoch = up->yepoch;
1215                         
1216                 }
1217         }
1218
1219         /*
1220          * The second sync pulse is extracted using 5-ms (40 sample) FIR
1221          * matched filters at 1000 Hz for WWV or 1200 Hz for WWVH. This
1222          * pulse is used for the most precise synchronization, since if
1223          * provides a resolution of one sample (125 us). The filters run
1224          * only if the station has been reliably determined.
1225          */
1226         if (up->status & SELV)
1227                 mfsync = sqrt(csiamp * csiamp + csqamp * csqamp) /
1228                     TCKCYC;
1229         else if (up->status & SELH)
1230                 mfsync = sqrt(hsiamp * hsiamp + hsqamp * hsqamp) /
1231                     TCKCYC;
1232         else
1233                 mfsync = 0;
1234
1235         /*
1236          * Enhance the seconds sync pulse using a 1-s (8000-sample) comb
1237          * filter. Correct for the FIR matched filter delay, which is 5
1238          * ms for both the WWV and WWVH filters, and also for the
1239          * propagation delay. Once each second look for second sync. If
1240          * not in minute sync, fiddle the codec gain. Note the SNR is
1241          * computed from the maximum sample and the envelope of the
1242          * sample 6 ms before it, so if we slip more than a cycle the
1243          * SNR should plummet. The signal is scaled to produce unit
1244          * energy at the maximum value.
1245          */
1246         dtemp = (epobuf[epoch] += (mfsync - epobuf[epoch]) /
1247             up->avgint);
1248         if (dtemp > epomax) {
1249                 int     j;
1250
1251                 epomax = dtemp;
1252                 epopos = epoch;
1253                 j = epoch - 6 * MS;
1254                 if (j < 0)
1255                         j += WWV_SEC;
1256                 nxtmax = fabs(epobuf[j]);
1257         }
1258         if (epoch == 0) {
1259                 up->epomax = epomax;
1260                 up->eposnr = wwv_snr(epomax, nxtmax);
1261                 epopos -= TCKCYC * MS;
1262                 if (epopos < 0)
1263                         epopos += WWV_SEC;
1264                 wwv_endpoc(peer, epopos);
1265                 if (!(up->status & SSYNC))
1266                         up->alarm |= SYNERR;
1267                 epomax = 0;
1268                 if (!(up->status & MSYNC))
1269                         wwv_gain(peer);
1270         }
1271 }
1272
1273
1274 /*
1275  * wwv_qrz - identify and acquire WWV/WWVH minute sync pulse
1276  *
1277  * This routine implements a virtual station process used to acquire
1278  * minute sync and to mitigate among the ten frequency and station
1279  * combinations. During minute sync acquisition the process probes each
1280  * frequency and station in turn for the minute pulse, which
1281  * involves searching through the entire 480,000-sample minute. The
1282  * process finds the maximum signal and RMS noise plus signal. Then, the
1283  * actual noise is determined by subtracting the energy of the matched
1284  * filter.
1285  *
1286  * Students of radar receiver technology will discover this algorithm
1287  * amounts to a range-gate discriminator. A valid pulse must have peak
1288  * amplitude at least QTHR (2500) and SNR at least QSNR (20) dB and the
1289  * difference between the current and previous epoch must be less than
1290  * AWND (20 ms). Note that the discriminator peak occurs about 800 ms
1291  * into the second, so the timing is retarded to the previous second
1292  * epoch.
1293  */
1294 static void
1295 wwv_qrz(
1296         struct peer *peer,      /* peer structure pointer */
1297         struct sync *sp,        /* sync channel structure */
1298         int     pdelay          /* propagation delay (samples) */
1299         )
1300 {
1301         struct refclockproc *pp;
1302         struct wwvunit *up;
1303         char    tbuf[TBUF];     /* monitor buffer */
1304         long    epoch;
1305
1306         pp = peer->procptr;
1307         up = pp->unitptr;
1308
1309         /*
1310          * Find the sample with peak amplitude, which defines the minute
1311          * epoch. Accumulate all samples to determine the total noise
1312          * energy.
1313          */
1314         epoch = up->mphase - pdelay - SYNSIZ;
1315         if (epoch < 0)
1316                 epoch += WWV_MIN;
1317         if (sp->amp > sp->maxeng) {
1318                 sp->maxeng = sp->amp;
1319                 sp->pos = epoch;
1320         }
1321         sp->noieng += sp->amp;
1322
1323         /*
1324          * At the end of the minute, determine the epoch of the minute
1325          * sync pulse, as well as the difference between the current and
1326          * previous epoches due to the intrinsic frequency error plus
1327          * jitter. When calculating the SNR, subtract the pulse energy
1328          * from the total noise energy and then normalize.
1329          */
1330         if (up->mphase == 0) {
1331                 sp->synmax = sp->maxeng;
1332                 sp->synsnr = wwv_snr(sp->synmax, (sp->noieng -
1333                     sp->synmax) / WWV_MIN);
1334                 if (sp->count == 0)
1335                         sp->lastpos = sp->pos;
1336                 epoch = (sp->pos - sp->lastpos) % WWV_MIN;
1337                 sp->reach <<= 1;
1338                 if (sp->reach & (1 << AMAX))
1339                         sp->count--;
1340                 if (sp->synmax > ATHR && sp->synsnr > ASNR) {
1341                         if (labs(epoch) < AWND * MS) {
1342                                 sp->reach |= 1;
1343                                 sp->count++;
1344                                 sp->mepoch = sp->lastpos = sp->pos;
1345                         } else if (sp->count == 1) {
1346                                 sp->lastpos = sp->pos;
1347                         }
1348                 }
1349                 if (up->watch > ACQSN)
1350                         sp->metric = 0;
1351                 else
1352                         sp->metric = wwv_metric(sp);
1353                 if (pp->sloppyclockflag & CLK_FLAG4) {
1354                         snprintf(tbuf, sizeof(tbuf),
1355                             "wwv8 %04x %3d %s %04x %.0f %.0f/%.1f %ld %ld",
1356                             up->status, up->gain, sp->refid,
1357                             sp->reach & 0xffff, sp->metric, sp->synmax,
1358                             sp->synsnr, sp->pos % WWV_SEC, epoch);
1359                         record_clock_stats(&peer->srcadr, tbuf);
1360 #ifdef DEBUG
1361                         if (debug)
1362                                 printf("%s\n", tbuf);
1363 #endif /* DEBUG */
1364                 }
1365                 sp->maxeng = sp->noieng = 0;
1366         }
1367 }
1368
1369
1370 /*
1371  * wwv_endpoc - identify and acquire second sync pulse
1372  *
1373  * This routine is called at the end of the second sync interval. It
1374  * determines the second sync epoch position within the second and
1375  * disciplines the sample clock using a frequency-lock loop (FLL).
1376  *
1377  * Second sync is determined in the RF input routine as the maximum
1378  * over all 8000 samples in the second comb filter. To assure accurate
1379  * and reliable time and frequency discipline, this routine performs a
1380  * great deal of heavy-handed heuristic data filtering and grooming.
1381  */
1382 static void
1383 wwv_endpoc(
1384         struct peer *peer,      /* peer structure pointer */
1385         int epopos              /* epoch max position */
1386         )
1387 {
1388         struct refclockproc *pp;
1389         struct wwvunit *up;
1390         static int epoch_mf[3]; /* epoch median filter */
1391         static int tepoch;      /* current second epoch */
1392         static int xepoch;      /* last second epoch */
1393         static int zepoch;      /* last run epoch */
1394         static int zcount;      /* last run end time */
1395         static int scount;      /* seconds counter */
1396         static int syncnt;      /* run length counter */
1397         static int maxrun;      /* longest run length */
1398         static int mepoch;      /* longest run end epoch */
1399         static int mcount;      /* longest run end time */
1400         static int avgcnt;      /* averaging interval counter */
1401         static int avginc;      /* averaging ratchet */
1402         static int iniflg;      /* initialization flag */
1403         char tbuf[TBUF];                /* monitor buffer */
1404         double dtemp;
1405         int tmp2;
1406
1407         pp = peer->procptr;
1408         up = pp->unitptr;
1409         if (!iniflg) {
1410                 iniflg = 1;
1411                 ZERO(epoch_mf);
1412         }
1413
1414         /*
1415          * If the signal amplitude or SNR fall below thresholds, dim the
1416          * second sync lamp and wait for hotter ions. If no stations are
1417          * heard, we are either in a probe cycle or the ions are really
1418          * cold. 
1419          */
1420         scount++;
1421         if (up->epomax < STHR || up->eposnr < SSNR) {
1422                 up->status &= ~(SSYNC | FGATE);
1423                 avgcnt = syncnt = maxrun = 0;
1424                 return;
1425         }
1426         if (!(up->status & (SELV | SELH)))
1427                 return;
1428
1429         /*
1430          * A three-stage median filter is used to help denoise the
1431          * second sync pulse. The median sample becomes the candidate
1432          * epoch.
1433          */
1434         epoch_mf[2] = epoch_mf[1];
1435         epoch_mf[1] = epoch_mf[0];
1436         epoch_mf[0] = epopos;
1437         if (epoch_mf[0] > epoch_mf[1]) {
1438                 if (epoch_mf[1] > epoch_mf[2])
1439                         tepoch = epoch_mf[1];   /* 0 1 2 */
1440                 else if (epoch_mf[2] > epoch_mf[0])
1441                         tepoch = epoch_mf[0];   /* 2 0 1 */
1442                 else
1443                         tepoch = epoch_mf[2];   /* 0 2 1 */
1444         } else {
1445                 if (epoch_mf[1] < epoch_mf[2])
1446                         tepoch = epoch_mf[1];   /* 2 1 0 */
1447                 else if (epoch_mf[2] < epoch_mf[0])
1448                         tepoch = epoch_mf[0];   /* 1 0 2 */
1449                 else
1450                         tepoch = epoch_mf[2];   /* 1 2 0 */
1451         }
1452
1453
1454         /*
1455          * If the epoch candidate is the same as the last one, increment
1456          * the run counter. If not, save the length, epoch and end
1457          * time of the current run for use later and reset the counter.
1458          * The epoch is considered valid if the run is at least SCMP
1459          * (10) s, the minute is synchronized and the interval since the
1460          * last epoch  is not greater than the averaging interval. Thus,
1461          * after a long absence, the program will wait a full averaging
1462          * interval while the comb filter charges up and noise
1463          * dissapates..
1464          */
1465         tmp2 = (tepoch - xepoch) % WWV_SEC;
1466         if (tmp2 == 0) {
1467                 syncnt++;
1468                 if (syncnt > SCMP && up->status & MSYNC && (up->status &
1469                     FGATE || scount - zcount <= up->avgint)) {
1470                         up->status |= SSYNC;
1471                         up->yepoch = tepoch;
1472                 }
1473         } else if (syncnt >= maxrun) {
1474                 maxrun = syncnt;
1475                 mcount = scount;
1476                 mepoch = xepoch;
1477                 syncnt = 0;
1478         }
1479         if ((pp->sloppyclockflag & CLK_FLAG4) && !(up->status &
1480             MSYNC)) {
1481                 snprintf(tbuf, sizeof(tbuf),
1482                     "wwv1 %04x %3d %4d %5.0f %5.1f %5d %4d %4d %4d",
1483                     up->status, up->gain, tepoch, up->epomax,
1484                     up->eposnr, tmp2, avgcnt, syncnt,
1485                     maxrun);
1486                 record_clock_stats(&peer->srcadr, tbuf);
1487 #ifdef DEBUG
1488                 if (debug)
1489                         printf("%s\n", tbuf);
1490 #endif /* DEBUG */
1491         }
1492         avgcnt++;
1493         if (avgcnt < up->avgint) {
1494                 xepoch = tepoch;
1495                 return;
1496         }
1497
1498         /*
1499          * The sample clock frequency is disciplined using a first-order
1500          * feedback loop with time constant consistent with the Allan
1501          * intercept of typical computer clocks. During each averaging
1502          * interval the candidate epoch at the end of the longest run is
1503          * determined. If the longest run is zero, all epoches in the
1504          * interval are different, so the candidate epoch is the current
1505          * epoch. The frequency update is computed from the candidate
1506          * epoch difference (125-us units) and time difference (seconds)
1507          * between updates.
1508          */
1509         if (syncnt >= maxrun) {
1510                 maxrun = syncnt;
1511                 mcount = scount;
1512                 mepoch = xepoch;
1513         }
1514         xepoch = tepoch;
1515         if (maxrun == 0) {
1516                 mepoch = tepoch;
1517                 mcount = scount;
1518         }
1519
1520         /*
1521          * The master clock runs at the codec sample frequency of 8000
1522          * Hz, so the intrinsic time resolution is 125 us. The frequency
1523          * resolution ranges from 18 PPM at the minimum averaging
1524          * interval of 8 s to 0.12 PPM at the maximum interval of 1024
1525          * s. An offset update is determined at the end of the longest
1526          * run in each averaging interval. The frequency adjustment is
1527          * computed from the difference between offset updates and the
1528          * interval between them.
1529          *
1530          * The maximum frequency adjustment ranges from 187 PPM at the
1531          * minimum interval to 1.5 PPM at the maximum. If the adjustment
1532          * exceeds the maximum, the update is discarded and the
1533          * hysteresis counter is decremented. Otherwise, the frequency
1534          * is incremented by the adjustment, but clamped to the maximum
1535          * 187.5 PPM. If the update is less than half the maximum, the
1536          * hysteresis counter is incremented. If the counter increments
1537          * to +3, the averaging interval is doubled and the counter set
1538          * to zero; if it decrements to -3, the interval is halved and
1539          * the counter set to zero.
1540          */
1541         dtemp = (mepoch - zepoch) % WWV_SEC;
1542         if (up->status & FGATE) {
1543                 if (fabs(dtemp) < MAXFREQ * MINAVG) {
1544                         up->freq += (dtemp / 2.) / ((mcount - zcount) *
1545                             FCONST);
1546                         if (up->freq > MAXFREQ)
1547                                 up->freq = MAXFREQ;
1548                         else if (up->freq < -MAXFREQ)
1549                                 up->freq = -MAXFREQ;
1550                         if (fabs(dtemp) < MAXFREQ * MINAVG / 2.) {
1551                                 if (avginc < 3) {
1552                                         avginc++;
1553                                 } else {
1554                                         if (up->avgint < MAXAVG) {
1555                                                 up->avgint <<= 1;
1556                                                 avginc = 0;
1557                                         }
1558                                 }
1559                         }
1560                 } else {
1561                         if (avginc > -3) {
1562                                 avginc--;
1563                         } else {
1564                                 if (up->avgint > MINAVG) {
1565                                         up->avgint >>= 1;
1566                                         avginc = 0;
1567                                 }
1568                         }
1569                 }
1570         }
1571         if (pp->sloppyclockflag & CLK_FLAG4) {
1572                 snprintf(tbuf, sizeof(tbuf),
1573                     "wwv2 %04x %5.0f %5.1f %5d %4d %4d %4d %4.0f %7.2f",
1574                     up->status, up->epomax, up->eposnr, mepoch,
1575                     up->avgint, maxrun, mcount - zcount, dtemp,
1576                     up->freq * 1e6 / WWV_SEC);
1577                 record_clock_stats(&peer->srcadr, tbuf);
1578 #ifdef DEBUG
1579                 if (debug)
1580                         printf("%s\n", tbuf);
1581 #endif /* DEBUG */
1582         }
1583
1584         /*
1585          * This is a valid update; set up for the next interval.
1586          */
1587         up->status |= FGATE;
1588         zepoch = mepoch;
1589         zcount = mcount;
1590         avgcnt = syncnt = maxrun = 0;
1591 }
1592
1593
1594 /*
1595  * wwv_epoch - epoch scanner
1596  *
1597  * This routine extracts data signals from the 100-Hz subcarrier. It
1598  * scans the receiver second epoch to determine the signal amplitudes
1599  * and pulse timings. Receiver synchronization is determined by the
1600  * minute sync pulse detected in the wwv_rf() routine and the second
1601  * sync pulse detected in the wwv_epoch() routine. The transmitted
1602  * signals are delayed by the propagation delay, receiver delay and
1603  * filter delay of this program. Delay corrections are introduced
1604  * separately for WWV and WWVH. 
1605  *
1606  * Most communications radios use a highpass filter in the audio stages,
1607  * which can do nasty things to the subcarrier phase relative to the
1608  * sync pulses. Therefore, the data subcarrier reference phase is
1609  * disciplined using the hardlimited quadrature-phase signal sampled at
1610  * the same time as the in-phase signal. The phase tracking loop uses
1611  * phase adjustments of plus-minus one sample (125 us). 
1612  */
1613 static void
1614 wwv_epoch(
1615         struct peer *peer       /* peer structure pointer */
1616         )
1617 {
1618         struct refclockproc *pp;
1619         struct wwvunit *up;
1620         struct chan *cp;
1621         static double sigmin, sigzer, sigone, engmax, engmin;
1622
1623         pp = peer->procptr;
1624         up = pp->unitptr;
1625
1626         /*
1627          * Find the maximum minute sync pulse energy for both the
1628          * WWV and WWVH stations. This will be used later for channel
1629          * and station mitigation. Also set the seconds epoch at 800 ms
1630          * well before the end of the second to make sure we never set
1631          * the epoch backwards.
1632          */
1633         cp = &up->mitig[up->achan];
1634         if (cp->wwv.amp > cp->wwv.syneng) 
1635                 cp->wwv.syneng = cp->wwv.amp;
1636         if (cp->wwvh.amp > cp->wwvh.syneng) 
1637                 cp->wwvh.syneng = cp->wwvh.amp;
1638         if (up->rphase == 800 * MS)
1639                 up->repoch = up->yepoch;
1640
1641         /*
1642          * Use the signal amplitude at epoch 15 ms as the noise floor.
1643          * This gives a guard time of +-15 ms from the beginning of the
1644          * second until the second pulse rises at 30 ms. There is a
1645          * compromise here; we want to delay the sample as long as
1646          * possible to give the radio time to change frequency and the
1647          * AGC to stabilize, but as early as possible if the second
1648          * epoch is not exact.
1649          */
1650         if (up->rphase == 15 * MS)
1651                 sigmin = sigzer = sigone = up->irig;
1652
1653         /*
1654          * Latch the data signal at 200 ms. Keep this around until the
1655          * end of the second. Use the signal energy as the peak to
1656          * compute the SNR. Use the Q sample to adjust the 100-Hz
1657          * reference oscillator phase.
1658          */
1659         if (up->rphase == 200 * MS) {
1660                 sigzer = up->irig;
1661                 engmax = sqrt(up->irig * up->irig + up->qrig *
1662                     up->qrig);
1663                 up->datpha = up->qrig / up->avgint;
1664                 if (up->datpha >= 0) {
1665                         up->datapt++;
1666                         if (up->datapt >= 80)
1667                                 up->datapt -= 80;
1668                 } else {
1669                         up->datapt--;
1670                         if (up->datapt < 0)
1671                                 up->datapt += 80;
1672                 }
1673         }
1674
1675
1676         /*
1677          * Latch the data signal at 500 ms. Keep this around until the
1678          * end of the second.
1679          */
1680         else if (up->rphase == 500 * MS)
1681                 sigone = up->irig;
1682
1683         /*
1684          * At the end of the second crank the clock state machine and
1685          * adjust the codec gain. Note the epoch is buffered from the
1686          * center of the second in order to avoid jitter while the
1687          * seconds synch is diddling the epoch. Then, determine the true
1688          * offset and update the median filter in the driver interface.
1689          *
1690          * Use the energy at the end of the second as the noise to
1691          * compute the SNR for the data pulse. This gives a better
1692          * measurement than the beginning of the second, especially when
1693          * returning from the probe channel. This gives a guard time of
1694          * 30 ms from the decay of the longest pulse to the rise of the
1695          * next pulse.
1696          */
1697         up->rphase++;
1698         if (up->mphase % WWV_SEC == up->repoch) {
1699                 up->status &= ~(DGATE | BGATE);
1700                 engmin = sqrt(up->irig * up->irig + up->qrig *
1701                     up->qrig);
1702                 up->datsig = engmax;
1703                 up->datsnr = wwv_snr(engmax, engmin);
1704
1705                 /*
1706                  * If the amplitude or SNR is below threshold, average a
1707                  * 0 in the the integrators; otherwise, average the
1708                  * bipolar signal. This is done to avoid noise polution.
1709                  */
1710                 if (engmax < DTHR || up->datsnr < DSNR) {
1711                         up->status |= DGATE;
1712                         wwv_rsec(peer, 0);
1713                 } else {
1714                         sigzer -= sigone;
1715                         sigone -= sigmin;
1716                         wwv_rsec(peer, sigone - sigzer);
1717                 }
1718                 if (up->status & (DGATE | BGATE))
1719                         up->errcnt++;
1720                 if (up->errcnt > MAXERR)
1721                         up->alarm |= LOWERR;
1722                 wwv_gain(peer);
1723                 cp = &up->mitig[up->achan];
1724                 cp->wwv.syneng = 0;
1725                 cp->wwvh.syneng = 0;
1726                 up->rphase = 0;
1727         }
1728 }
1729
1730
1731 /*
1732  * wwv_rsec - process receiver second
1733  *
1734  * This routine is called at the end of each receiver second to
1735  * implement the per-second state machine. The machine assembles BCD
1736  * digit bits, decodes miscellaneous bits and dances the leap seconds.
1737  *
1738  * Normally, the minute has 60 seconds numbered 0-59. If the leap
1739  * warning bit is set, the last minute (1439) of 30 June (day 181 or 182
1740  * for leap years) or 31 December (day 365 or 366 for leap years) is
1741  * augmented by one second numbered 60. This is accomplished by
1742  * extending the minute interval by one second and teaching the state
1743  * machine to ignore it.
1744  */
1745 static void
1746 wwv_rsec(
1747         struct peer *peer,      /* peer structure pointer */
1748         double bit
1749         )
1750 {
1751         static int iniflg;      /* initialization flag */
1752         static double bcddld[4]; /* BCD data bits */
1753         static double bitvec[61]; /* bit integrator for misc bits */
1754         struct refclockproc *pp;
1755         struct wwvunit *up;
1756         struct chan *cp;
1757         struct sync *sp, *rp;
1758         char    tbuf[TBUF];     /* monitor buffer */
1759         int     sw, arg, nsec;
1760
1761         pp = peer->procptr;
1762         up = pp->unitptr;
1763         if (!iniflg) {
1764                 iniflg = 1;
1765                 ZERO(bitvec);
1766         }
1767
1768         /*
1769          * The bit represents the probability of a hit on zero (negative
1770          * values), a hit on one (positive values) or a miss (zero
1771          * value). The likelihood vector is the exponential average of
1772          * these probabilities. Only the bits of this vector
1773          * corresponding to the miscellaneous bits of the timecode are
1774          * used, but it's easier to do them all. After that, crank the
1775          * seconds state machine.
1776          */
1777         nsec = up->rsec;
1778         up->rsec++;
1779         bitvec[nsec] += (bit - bitvec[nsec]) / TCONST;
1780         sw = progx[nsec].sw;
1781         arg = progx[nsec].arg;
1782
1783         /*
1784          * The minute state machine. Fly off to a particular section as
1785          * directed by the transition matrix and second number.
1786          */
1787         switch (sw) {
1788
1789         /*
1790          * Ignore this second.
1791          */
1792         case IDLE:                      /* 9, 45-49 */
1793                 break;
1794
1795         /*
1796          * Probe channel stuff
1797          *
1798          * The WWV/H format contains data pulses in second 59 (position
1799          * identifier) and second 1, but not in second 0. The minute
1800          * sync pulse is contained in second 0. At the end of second 58
1801          * QSY to the probe channel, which rotates in turn over all
1802          * WWV/H frequencies. At the end of second 0 measure the minute
1803          * sync pulse. At the end of second 1 measure the data pulse and
1804          * QSY back to the data channel. Note that the actions commented
1805          * here happen at the end of the second numbered as shown.
1806          *
1807          * At the end of second 0 save the minute sync amplitude latched
1808          * at 800 ms as the signal later used to calculate the SNR. 
1809          */
1810         case SYNC2:                     /* 0 */
1811                 cp = &up->mitig[up->achan];
1812                 cp->wwv.synmax = cp->wwv.syneng;
1813                 cp->wwvh.synmax = cp->wwvh.syneng;
1814                 break;
1815
1816         /*
1817          * At the end of second 1 use the minute sync amplitude latched
1818          * at 800 ms as the noise to calculate the SNR. If the minute
1819          * sync pulse and SNR are above thresholds and the data pulse
1820          * amplitude and SNR are above thresolds, shift a 1 into the
1821          * station reachability register; otherwise, shift a 0. The
1822          * number of 1 bits in the last six intervals is a component of
1823          * the channel metric computed by the wwv_metric() routine.
1824          * Finally, QSY back to the data channel.
1825          */
1826         case SYNC3:                     /* 1 */
1827                 cp = &up->mitig[up->achan];
1828
1829                 /*
1830                  * WWV station
1831                  */
1832                 sp = &cp->wwv;
1833                 sp->synsnr = wwv_snr(sp->synmax, sp->amp);
1834                 sp->reach <<= 1;
1835                 if (sp->reach & (1 << AMAX))
1836                         sp->count--;
1837                 if (sp->synmax >= QTHR && sp->synsnr >= QSNR &&
1838                     !(up->status & (DGATE | BGATE))) {
1839                         sp->reach |= 1;
1840                         sp->count++;
1841                 }
1842                 sp->metric = wwv_metric(sp);
1843
1844                 /*
1845                  * WWVH station
1846                  */
1847                 rp = &cp->wwvh;
1848                 rp->synsnr = wwv_snr(rp->synmax, rp->amp);
1849                 rp->reach <<= 1;
1850                 if (rp->reach & (1 << AMAX))
1851                         rp->count--;
1852                 if (rp->synmax >= QTHR && rp->synsnr >= QSNR &&
1853                     !(up->status & (DGATE | BGATE))) {
1854                         rp->reach |= 1;
1855                         rp->count++;
1856                 }
1857                 rp->metric = wwv_metric(rp);
1858                 if (pp->sloppyclockflag & CLK_FLAG4) {
1859                         snprintf(tbuf, sizeof(tbuf),
1860                             "wwv5 %04x %3d %4d %.0f/%.1f %.0f/%.1f %s %04x %.0f %.0f/%.1f %s %04x %.0f %.0f/%.1f",
1861                             up->status, up->gain, up->yepoch,
1862                             up->epomax, up->eposnr, up->datsig,
1863                             up->datsnr,
1864                             sp->refid, sp->reach & 0xffff,
1865                             sp->metric, sp->synmax, sp->synsnr,
1866                             rp->refid, rp->reach & 0xffff,
1867                             rp->metric, rp->synmax, rp->synsnr);
1868                         record_clock_stats(&peer->srcadr, tbuf);
1869 #ifdef DEBUG
1870                         if (debug)
1871                                 printf("%s\n", tbuf);
1872 #endif /* DEBUG */
1873                 }
1874                 up->errcnt = up->digcnt = up->alarm = 0;
1875
1876                 /*
1877                  * If synchronized to a station, restart if no stations
1878                  * have been heard within the PANIC timeout (2 days). If
1879                  * not and the minute digit has been found, restart if
1880                  * not synchronized withing the SYNCH timeout (40 m). If
1881                  * not, restart if the unit digit has not been found
1882                  * within the DATA timeout (15 m).
1883                  */
1884                 if (up->status & INSYNC) {
1885                         if (up->watch > PANIC) {
1886                                 wwv_newgame(peer);
1887                                 return;
1888                         }
1889                 } else if (up->status & DSYNC) {
1890                         if (up->watch > SYNCH) {
1891                                 wwv_newgame(peer);
1892                                 return;
1893                         }
1894                 } else if (up->watch > DATA) {
1895                         wwv_newgame(peer);
1896                         return;
1897                 }
1898                 wwv_newchan(peer);
1899                 break;
1900
1901         /*
1902          * Save the bit probability in the BCD data vector at the index
1903          * given by the argument. Bits not used in the digit are forced
1904          * to zero.
1905          */
1906         case COEF1:                     /* 4-7 */ 
1907                 bcddld[arg] = bit;
1908                 break;
1909
1910         case COEF:                      /* 10-13, 15-17, 20-23, 25-26,
1911                                            30-33, 35-38, 40-41, 51-54 */
1912                 if (up->status & DSYNC) 
1913                         bcddld[arg] = bit;
1914                 else
1915                         bcddld[arg] = 0;
1916                 break;
1917
1918         case COEF2:                     /* 18, 27-28, 42-43 */
1919                 bcddld[arg] = 0;
1920                 break;
1921
1922         /*
1923          * Correlate coefficient vector with each valid digit vector and
1924          * save in decoding matrix. We step through the decoding matrix
1925          * digits correlating each with the coefficients and saving the
1926          * greatest and the next lower for later SNR calculation.
1927          */
1928         case DECIM2:                    /* 29 */
1929                 wwv_corr4(peer, &up->decvec[arg], bcddld, bcd2);
1930                 break;
1931
1932         case DECIM3:                    /* 44 */
1933                 wwv_corr4(peer, &up->decvec[arg], bcddld, bcd3);
1934                 break;
1935
1936         case DECIM6:                    /* 19 */
1937                 wwv_corr4(peer, &up->decvec[arg], bcddld, bcd6);
1938                 break;
1939
1940         case DECIM9:                    /* 8, 14, 24, 34, 39 */
1941                 wwv_corr4(peer, &up->decvec[arg], bcddld, bcd9);
1942                 break;
1943
1944         /*
1945          * Miscellaneous bits. If above the positive threshold, declare
1946          * 1; if below the negative threshold, declare 0; otherwise
1947          * raise the BGATE bit. The design is intended to avoid
1948          * integrating noise under low SNR conditions.
1949          */
1950         case MSC20:                     /* 55 */
1951                 wwv_corr4(peer, &up->decvec[YR + 1], bcddld, bcd9);
1952                 /* fall through */
1953
1954         case MSCBIT:                    /* 2-3, 50, 56-57 */
1955                 if (bitvec[nsec] > BTHR) {
1956                         if (!(up->misc & arg))
1957                                 up->alarm |= CMPERR;
1958                         up->misc |= arg;
1959                 } else if (bitvec[nsec] < -BTHR) {
1960                         if (up->misc & arg)
1961                                 up->alarm |= CMPERR;
1962                         up->misc &= ~arg;
1963                 } else {
1964                         up->status |= BGATE;
1965                 }
1966                 break;
1967
1968         /*
1969          * Save the data channel gain, then QSY to the probe channel and
1970          * dim the seconds comb filters. The www_newchan() routine will
1971          * light them back up.
1972          */
1973         case MSC21:                     /* 58 */
1974                 if (bitvec[nsec] > BTHR) {
1975                         if (!(up->misc & arg))
1976                                 up->alarm |= CMPERR;
1977                         up->misc |= arg;
1978                 } else if (bitvec[nsec] < -BTHR) {
1979                         if (up->misc & arg)
1980                                 up->alarm |= CMPERR;
1981                         up->misc &= ~arg;
1982                 } else {
1983                         up->status |= BGATE;
1984                 }
1985                 up->status &= ~(SELV | SELH);
1986 #ifdef ICOM
1987                 if (up->fd_icom > 0) {
1988                         up->schan = (up->schan + 1) % NCHAN;
1989                         wwv_qsy(peer, up->schan);
1990                 } else {
1991                         up->mitig[up->achan].gain = up->gain;
1992                 }
1993 #else
1994                 up->mitig[up->achan].gain = up->gain;
1995 #endif /* ICOM */
1996                 break;
1997
1998         /*
1999          * The endgames
2000          *
2001          * During second 59 the receiver and codec AGC are settling
2002          * down, so the data pulse is unusable as quality metric. If
2003          * LEPSEC is set on the last minute of 30 June or 31 December,
2004          * the transmitter and receiver insert an extra second (60) in
2005          * the timescale and the minute sync repeats the second. Once
2006          * leaps occurred at intervals of about 18 months, but the last
2007          * leap before the most recent leap in 1995 was in  1998.
2008          */
2009         case MIN1:                      /* 59 */
2010                 if (up->status & LEPSEC)
2011                         break;
2012
2013                 /* fall through */
2014
2015         case MIN2:                      /* 60 */
2016                 up->status &= ~LEPSEC;
2017                 wwv_tsec(peer);
2018                 up->rsec = 0;
2019                 wwv_clock(peer);
2020                 break;
2021         }
2022         if ((pp->sloppyclockflag & CLK_FLAG4) && !(up->status &
2023             DSYNC)) {
2024                 snprintf(tbuf, sizeof(tbuf),
2025                     "wwv3 %2d %04x %3d %4d %5.0f %5.1f %5.0f %5.1f %5.0f",
2026                     nsec, up->status, up->gain, up->yepoch, up->epomax,
2027                     up->eposnr, up->datsig, up->datsnr, bit);
2028                 record_clock_stats(&peer->srcadr, tbuf);
2029 #ifdef DEBUG
2030                 if (debug)
2031                         printf("%s\n", tbuf);
2032 #endif /* DEBUG */
2033         }
2034         pp->disp += AUDIO_PHI;
2035 }
2036
2037 /*
2038  * The radio clock is set if the alarm bits are all zero. After that,
2039  * the time is considered valid if the second sync bit is lit. It should
2040  * not be a surprise, especially if the radio is not tunable, that
2041  * sometimes no stations are above the noise and the integrators
2042  * discharge below the thresholds. We assume that, after a day of signal
2043  * loss, the minute sync epoch will be in the same second. This requires
2044  * the codec frequency be accurate within 6 PPM. Practical experience
2045  * shows the frequency typically within 0.1 PPM, so after a day of
2046  * signal loss, the time should be within 8.6 ms.. 
2047  */
2048 static void
2049 wwv_clock(
2050         struct peer *peer       /* peer unit pointer */
2051         )
2052 {
2053         struct refclockproc *pp;
2054         struct wwvunit *up;
2055         l_fp    offset;         /* offset in NTP seconds */
2056
2057         pp = peer->procptr;
2058         up = pp->unitptr;
2059         if (!(up->status & SSYNC))
2060                 up->alarm |= SYNERR;
2061         if (up->digcnt < 9)
2062                 up->alarm |= NINERR;
2063         if (!(up->alarm))
2064                 up->status |= INSYNC;
2065         if (up->status & INSYNC && up->status & SSYNC) {
2066                 if (up->misc & SECWAR)
2067                         pp->leap = LEAP_ADDSECOND;
2068                 else
2069                         pp->leap = LEAP_NOWARNING;
2070                 pp->second = up->rsec;
2071                 pp->minute = up->decvec[MN].digit + up->decvec[MN +
2072                     1].digit * 10;
2073                 pp->hour = up->decvec[HR].digit + up->decvec[HR +
2074                     1].digit * 10;
2075                 pp->day = up->decvec[DA].digit + up->decvec[DA +
2076                     1].digit * 10 + up->decvec[DA + 2].digit * 100;
2077                 pp->year = up->decvec[YR].digit + up->decvec[YR +
2078                     1].digit * 10;
2079                 pp->year += 2000;
2080                 L_CLR(&offset);
2081                 if (!clocktime(pp->day, pp->hour, pp->minute,
2082                     pp->second, GMT, up->timestamp.l_ui,
2083                     &pp->yearstart, &offset.l_ui)) {
2084                         up->errflg = CEVNT_BADTIME;
2085                 } else {
2086                         up->watch = 0;
2087                         pp->disp = 0;
2088                         pp->lastref = up->timestamp;
2089                         refclock_process_offset(pp, offset,
2090                             up->timestamp, PDELAY + up->pdelay);
2091                         refclock_receive(peer);
2092                 }
2093         }
2094         pp->lencode = timecode(up, pp->a_lastcode,
2095                                sizeof(pp->a_lastcode));
2096         record_clock_stats(&peer->srcadr, pp->a_lastcode);
2097 #ifdef DEBUG
2098         if (debug)
2099                 printf("wwv: timecode %d %s\n", pp->lencode,
2100                     pp->a_lastcode);
2101 #endif /* DEBUG */
2102 }
2103
2104
2105 /*
2106  * wwv_corr4 - determine maximum-likelihood digit
2107  *
2108  * This routine correlates the received digit vector with the BCD
2109  * coefficient vectors corresponding to all valid digits at the given
2110  * position in the decoding matrix. The maximum value corresponds to the
2111  * maximum-likelihood digit, while the ratio of this value to the next
2112  * lower value determines the likelihood function. Note that, if the
2113  * digit is invalid, the likelihood vector is averaged toward a miss.
2114  */
2115 static void
2116 wwv_corr4(
2117         struct peer *peer,      /* peer unit pointer */
2118         struct decvec *vp,      /* decoding table pointer */
2119         double  data[],         /* received data vector */
2120         double  tab[][4]        /* correlation vector array */
2121         )
2122 {
2123         struct refclockproc *pp;
2124         struct wwvunit *up;
2125         double  topmax, nxtmax; /* metrics */
2126         double  acc;            /* accumulator */
2127         char    tbuf[TBUF];     /* monitor buffer */
2128         int     mldigit;        /* max likelihood digit */
2129         int     i, j;
2130
2131         pp = peer->procptr;
2132         up = pp->unitptr;
2133
2134         /*
2135          * Correlate digit vector with each BCD coefficient vector. If
2136          * any BCD digit bit is bad, consider all bits a miss. Until the
2137          * minute units digit has been resolved, don't to anything else.
2138          * Note the SNR is calculated as the ratio of the largest
2139          * likelihood value to the next largest likelihood value.
2140          */
2141         mldigit = 0;
2142         topmax = nxtmax = -MAXAMP;
2143         for (i = 0; tab[i][0] != 0; i++) {
2144                 acc = 0;
2145                 for (j = 0; j < 4; j++)
2146                         acc += data[j] * tab[i][j];
2147                 acc = (vp->like[i] += (acc - vp->like[i]) / TCONST);
2148                 if (acc > topmax) {
2149                         nxtmax = topmax;
2150                         topmax = acc;
2151                         mldigit = i;
2152                 } else if (acc > nxtmax) {
2153                         nxtmax = acc;
2154                 }
2155         }
2156         vp->digprb = topmax;
2157         vp->digsnr = wwv_snr(topmax, nxtmax);
2158
2159         /*
2160          * The current maximum-likelihood digit is compared to the last
2161          * maximum-likelihood digit. If different, the compare counter
2162          * and maximum-likelihood digit are reset.  When the compare
2163          * counter reaches the BCMP threshold (3), the digit is assumed
2164          * correct. When the compare counter of all nine digits have
2165          * reached threshold, the clock is assumed correct.
2166          *
2167          * Note that the clock display digit is set before the compare
2168          * counter has reached threshold; however, the clock display is
2169          * not considered correct until all nine clock digits have
2170          * reached threshold. This is intended as eye candy, but avoids
2171          * mistakes when the signal is low and the SNR is very marginal.
2172          */
2173         if (vp->digprb < BTHR || vp->digsnr < BSNR) {
2174                 up->status |= BGATE;
2175         } else {
2176                 if (vp->digit != mldigit) {
2177                         up->alarm |= CMPERR;
2178                         if (vp->count > 0)
2179                                 vp->count--;
2180                         if (vp->count == 0)
2181                                 vp->digit = mldigit;
2182                 } else {
2183                         if (vp->count < BCMP)
2184                                 vp->count++;
2185                         if (vp->count == BCMP) {
2186                                 up->status |= DSYNC;
2187                                 up->digcnt++;
2188                         }
2189                 }
2190         }
2191         if ((pp->sloppyclockflag & CLK_FLAG4) && !(up->status &
2192             INSYNC)) {
2193                 snprintf(tbuf, sizeof(tbuf),
2194                     "wwv4 %2d %04x %3d %4d %5.0f %2d %d %d %d %5.0f %5.1f",
2195                     up->rsec - 1, up->status, up->gain, up->yepoch,
2196                     up->epomax, vp->radix, vp->digit, mldigit,
2197                     vp->count, vp->digprb, vp->digsnr);
2198                 record_clock_stats(&peer->srcadr, tbuf);
2199 #ifdef DEBUG
2200                 if (debug)
2201                         printf("%s\n", tbuf);
2202 #endif /* DEBUG */
2203         }
2204 }
2205
2206
2207 /*
2208  * wwv_tsec - transmitter minute processing
2209  *
2210  * This routine is called at the end of the transmitter minute. It
2211  * implements a state machine that advances the logical clock subject to
2212  * the funny rules that govern the conventional clock and calendar.
2213  */
2214 static void
2215 wwv_tsec(
2216         struct peer *peer       /* driver structure pointer */
2217         )
2218 {
2219         struct refclockproc *pp;
2220         struct wwvunit *up;
2221         int minute, day, isleap;
2222         int temp;
2223
2224         pp = peer->procptr;
2225         up = pp->unitptr;
2226
2227         /*
2228          * Advance minute unit of the day. Don't propagate carries until
2229          * the unit minute digit has been found.
2230          */
2231         temp = carry(&up->decvec[MN]);  /* minute units */
2232         if (!(up->status & DSYNC))
2233                 return;
2234
2235         /*
2236          * Propagate carries through the day.
2237          */ 
2238         if (temp == 0)                  /* carry minutes */
2239                 temp = carry(&up->decvec[MN + 1]);
2240         if (temp == 0)                  /* carry hours */
2241                 temp = carry(&up->decvec[HR]);
2242         if (temp == 0)
2243                 temp = carry(&up->decvec[HR + 1]);
2244         // XXX: Does temp have an expected value here?
2245
2246         /*
2247          * Decode the current minute and day. Set leap day if the
2248          * timecode leap bit is set on 30 June or 31 December. Set leap
2249          * minute if the last minute on leap day, but only if the clock
2250          * is syncrhronized. This code fails in 2400 AD.
2251          */
2252         minute = up->decvec[MN].digit + up->decvec[MN + 1].digit *
2253             10 + up->decvec[HR].digit * 60 + up->decvec[HR +
2254             1].digit * 600;
2255         day = up->decvec[DA].digit + up->decvec[DA + 1].digit * 10 +
2256             up->decvec[DA + 2].digit * 100;
2257
2258         /*
2259          * Set the leap bit on the last minute of the leap day.
2260          */
2261         isleap = up->decvec[YR].digit & 0x3;
2262         if (up->misc & SECWAR && up->status & INSYNC) {
2263                 if ((day == (isleap ? 182 : 183) || day == (isleap ?
2264                     365 : 366)) && minute == 1439)
2265                         up->status |= LEPSEC;
2266         }
2267
2268         /*
2269          * Roll the day if this the first minute and propagate carries
2270          * through the year.
2271          */
2272         if (minute != 1440)
2273                 return;
2274
2275         // minute = 0;
2276         while (carry(&up->decvec[HR]) != 0); /* advance to minute 0 */
2277         while (carry(&up->decvec[HR + 1]) != 0);
2278         day++;
2279         temp = carry(&up->decvec[DA]);  /* carry days */
2280         if (temp == 0)
2281                 temp = carry(&up->decvec[DA + 1]);
2282         if (temp == 0)
2283                 temp = carry(&up->decvec[DA + 2]);
2284         // XXX: Is there an expected value of temp here?
2285
2286         /*
2287          * Roll the year if this the first day and propagate carries
2288          * through the century.
2289          */
2290         if (day != (isleap ? 365 : 366))
2291                 return;
2292
2293         // day = 1;
2294         while (carry(&up->decvec[DA]) != 1); /* advance to day 1 */
2295         while (carry(&up->decvec[DA + 1]) != 0);
2296         while (carry(&up->decvec[DA + 2]) != 0);
2297         temp = carry(&up->decvec[YR]);  /* carry years */
2298         if (temp == 0)
2299                 carry(&up->decvec[YR + 1]);
2300 }
2301
2302
2303 /*
2304  * carry - process digit
2305  *
2306  * This routine rotates a likelihood vector one position and increments
2307  * the clock digit modulo the radix. It returns the new clock digit or
2308  * zero if a carry occurred. Once synchronized, the clock digit will
2309  * match the maximum-likelihood digit corresponding to that position.
2310  */
2311 static int
2312 carry(
2313         struct decvec *dp       /* decoding table pointer */
2314         )
2315 {
2316         int temp;
2317         int j;
2318
2319         dp->digit++;
2320         if (dp->digit == dp->radix)
2321                 dp->digit = 0;
2322         temp = dp->like[dp->radix - 1];
2323         for (j = dp->radix - 1; j > 0; j--)
2324                 dp->like[j] = dp->like[j - 1];
2325         dp->like[0] = temp;
2326         return (dp->digit);
2327 }
2328
2329
2330 /*
2331  * wwv_snr - compute SNR or likelihood function
2332  */
2333 static double
2334 wwv_snr(
2335         double signal,          /* signal */
2336         double noise            /* noise */
2337         )
2338 {
2339         double rval;
2340
2341         /*
2342          * This is a little tricky. Due to the way things are measured,
2343          * either or both the signal or noise amplitude can be negative
2344          * or zero. The intent is that, if the signal is negative or
2345          * zero, the SNR must always be zero. This can happen with the
2346          * subcarrier SNR before the phase has been aligned. On the
2347          * other hand, in the likelihood function the "noise" is the
2348          * next maximum down from the peak and this could be negative.
2349          * However, in this case the SNR is truly stupendous, so we
2350          * simply cap at MAXSNR dB (40).
2351          */
2352         if (signal <= 0) {
2353                 rval = 0;
2354         } else if (noise <= 0) {
2355                 rval = MAXSNR;
2356         } else {
2357                 rval = 20. * log10(signal / noise);
2358                 if (rval > MAXSNR)
2359                         rval = MAXSNR;
2360         }
2361         return (rval);
2362 }
2363
2364
2365 /*
2366  * wwv_newchan - change to new data channel
2367  *
2368  * The radio actually appears to have ten channels, one channel for each
2369  * of five frequencies and each of two stations (WWV and WWVH), although
2370  * if not tunable only the DCHAN channel appears live. While the radio
2371  * is tuned to the working data channel frequency and station for most
2372  * of the minute, during seconds 59, 0 and 1 the radio is tuned to a
2373  * probe frequency in order to search for minute sync pulse and data
2374  * subcarrier from other transmitters.
2375  *
2376  * The search for WWV and WWVH operates simultaneously, with WWV minute
2377  * sync pulse at 1000 Hz and WWVH at 1200 Hz. The probe frequency
2378  * rotates each minute over 2.5, 5, 10, 15 and 20 MHz in order and yes,
2379  * we all know WWVH is dark on 20 MHz, but few remember when WWV was lit
2380  * on 25 MHz.
2381  *
2382  * This routine selects the best channel using a metric computed from
2383  * the reachability register and minute pulse amplitude. Normally, the
2384  * award goes to the the channel with the highest metric; but, in case
2385  * of ties, the award goes to the channel with the highest minute sync
2386  * pulse amplitude and then to the highest frequency.
2387  *
2388  * The routine performs an important squelch function to keep dirty data
2389  * from polluting the integrators. In order to consider a station valid,
2390  * the metric must be at least MTHR (13); otherwise, the station select
2391  * bits are cleared so the second sync is disabled and the data bit
2392  * integrators averaged to a miss. 
2393  */
2394 static int
2395 wwv_newchan(
2396         struct peer *peer       /* peer structure pointer */
2397         )
2398 {
2399         struct refclockproc *pp;
2400         struct wwvunit *up;
2401         struct sync *sp, *rp;
2402         double rank, dtemp;
2403         int i, j, rval;
2404
2405         pp = peer->procptr;
2406         up = pp->unitptr;
2407
2408         /*
2409          * Search all five station pairs looking for the channel with
2410          * maximum metric.
2411          */
2412         sp = NULL;
2413         j = 0;
2414         rank = 0;
2415         for (i = 0; i < NCHAN; i++) {
2416                 rp = &up->mitig[i].wwvh;
2417                 dtemp = rp->metric;
2418                 if (dtemp >= rank) {
2419                         rank = dtemp;
2420                         sp = rp;
2421                         j = i;
2422                 }
2423                 rp = &up->mitig[i].wwv;
2424                 dtemp = rp->metric;
2425                 if (dtemp >= rank) {
2426                         rank = dtemp;
2427                         sp = rp;
2428                         j = i;
2429                 }
2430         }
2431
2432         /*
2433          * If the strongest signal is less than the MTHR threshold (13),
2434          * we are beneath the waves, so squelch the second sync and
2435          * advance to the next station. This makes sure all stations are
2436          * scanned when the ions grow dim. If the strongest signal is
2437          * greater than the threshold, tune to that frequency and
2438          * transmitter QTH.
2439          */
2440         up->status &= ~(SELV | SELH);
2441         if (rank < MTHR) {
2442                 up->dchan = (up->dchan + 1) % NCHAN;
2443                 if (up->status & METRIC) {
2444                         up->status &= ~METRIC;
2445                         refclock_report(peer, CEVNT_PROP);
2446                 }
2447                 rval = FALSE;
2448         } else {
2449                 up->dchan = j;
2450                 up->sptr = sp;
2451                 memcpy(&pp->refid, sp->refid, 4);
2452                 peer->refid = pp->refid;
2453                 up->status |= METRIC;
2454                 if (sp->select & SELV) {
2455                         up->status |= SELV;
2456                         up->pdelay = pp->fudgetime1;
2457                 } else if (sp->select & SELH) {
2458                         up->status |= SELH;
2459                         up->pdelay = pp->fudgetime2;
2460                 } else {
2461                         up->pdelay = 0;
2462                 }
2463                 rval = TRUE;
2464         }
2465 #ifdef ICOM
2466         if (up->fd_icom > 0)
2467                 wwv_qsy(peer, up->dchan);
2468 #endif /* ICOM */
2469         return (rval);
2470 }
2471
2472
2473 /*
2474  * wwv_newgame - reset and start over
2475  *
2476  * There are three conditions resulting in a new game:
2477  *
2478  * 1    After finding the minute pulse (MSYNC lit), going 15 minutes
2479  *      (DATA) without finding the unit seconds digit.
2480  *
2481  * 2    After finding good data (DSYNC lit), going more than 40 minutes
2482  *      (SYNCH) without finding station sync (INSYNC lit).
2483  *
2484  * 3    After finding station sync (INSYNC lit), going more than 2 days
2485  *      (PANIC) without finding any station. 
2486  */
2487 static void
2488 wwv_newgame(
2489         struct peer *peer       /* peer structure pointer */
2490         )
2491 {
2492         struct refclockproc *pp;
2493         struct wwvunit *up;
2494         struct chan *cp;
2495         int i;
2496
2497         pp = peer->procptr;
2498         up = pp->unitptr;
2499
2500         /*
2501          * Initialize strategic values. Note we set the leap bits
2502          * NOTINSYNC and the refid "NONE".
2503          */
2504         if (up->status)
2505                 up->errflg = CEVNT_TIMEOUT;
2506         peer->leap = LEAP_NOTINSYNC;
2507         up->watch = up->status = up->alarm = 0;
2508         up->avgint = MINAVG;
2509         up->freq = 0;
2510         up->gain = MAXGAIN / 2;
2511
2512         /*
2513          * Initialize the station processes for audio gain, select bit,
2514          * station/frequency identifier and reference identifier. Start
2515          * probing at the strongest channel or the default channel if
2516          * nothing heard.
2517          */
2518         memset(up->mitig, 0, sizeof(up->mitig));
2519         for (i = 0; i < NCHAN; i++) {
2520                 cp = &up->mitig[i];
2521                 cp->gain = up->gain;
2522                 cp->wwv.select = SELV;
2523                 snprintf(cp->wwv.refid, sizeof(cp->wwv.refid), "WV%.0f",
2524                     floor(qsy[i])); 
2525                 cp->wwvh.select = SELH;
2526                 snprintf(cp->wwvh.refid, sizeof(cp->wwvh.refid), "WH%.0f",
2527                     floor(qsy[i])); 
2528         }
2529         up->dchan = (DCHAN + NCHAN - 1) % NCHAN;
2530         wwv_newchan(peer);
2531         up->schan = up->dchan;
2532 }
2533
2534 /*
2535  * wwv_metric - compute station metric
2536  *
2537  * The most significant bits represent the number of ones in the
2538  * station reachability register. The least significant bits represent
2539  * the minute sync pulse amplitude. The combined value is scaled 0-100.
2540  */
2541 double
2542 wwv_metric(
2543         struct sync *sp         /* station pointer */
2544         )
2545 {
2546         double  dtemp;
2547
2548         dtemp = sp->count * MAXAMP;
2549         if (sp->synmax < MAXAMP)
2550                 dtemp += sp->synmax;
2551         else
2552                 dtemp += MAXAMP - 1;
2553         dtemp /= (AMAX + 1) * MAXAMP;
2554         return (dtemp * 100.);
2555 }
2556
2557
2558 #ifdef ICOM
2559 /*
2560  * wwv_qsy - Tune ICOM receiver
2561  *
2562  * This routine saves the AGC for the current channel, switches to a new
2563  * channel and restores the AGC for that channel. If a tunable receiver
2564  * is not available, just fake it.
2565  */
2566 static int
2567 wwv_qsy(
2568         struct peer *peer,      /* peer structure pointer */
2569         int     chan            /* channel */
2570         )
2571 {
2572         int rval = 0;
2573         struct refclockproc *pp;
2574         struct wwvunit *up;
2575
2576         pp = peer->procptr;
2577         up = pp->unitptr;
2578         if (up->fd_icom > 0) {
2579                 up->mitig[up->achan].gain = up->gain;
2580                 rval = icom_freq(up->fd_icom, peer->ttl & 0x7f,
2581                     qsy[chan]);
2582                 up->achan = chan;
2583                 up->gain = up->mitig[up->achan].gain;
2584         }
2585         return (rval);
2586 }
2587 #endif /* ICOM */
2588
2589
2590 /*
2591  * timecode - assemble timecode string and length
2592  *
2593  * Prettytime format - similar to Spectracom
2594  *
2595  * sq yy ddd hh:mm:ss ld dut lset agc iden sig errs freq avgt
2596  *
2597  * s    sync indicator ('?' or ' ')
2598  * q    error bits (hex 0-F)
2599  * yyyy year of century
2600  * ddd  day of year
2601  * hh   hour of day
2602  * mm   minute of hour
2603  * ss   second of minute)
2604  * l    leap second warning (' ' or 'L')
2605  * d    DST state ('S', 'D', 'I', or 'O')
2606  * dut  DUT sign and magnitude (0.1 s)
2607  * lset minutes since last clock update
2608  * agc  audio gain (0-255)
2609  * iden reference identifier (station and frequency)
2610  * sig  signal quality (0-100)
2611  * errs bit errors in last minute
2612  * freq frequency offset (PPM)
2613  * avgt averaging time (s)
2614  */
2615 static int
2616 timecode(
2617         struct wwvunit *up,     /* driver structure pointer */
2618         char *          tc,     /* target string */
2619         size_t          tcsiz   /* target max chars */
2620         )
2621 {
2622         struct sync *sp;
2623         int year, day, hour, minute, second, dut;
2624         char synchar, leapchar, dst;
2625         char cptr[50];
2626         
2627
2628         /*
2629          * Common fixed-format fields
2630          */
2631         synchar = (up->status & INSYNC) ? ' ' : '?';
2632         year = up->decvec[YR].digit + up->decvec[YR + 1].digit * 10 +
2633             2000;
2634         day = up->decvec[DA].digit + up->decvec[DA + 1].digit * 10 +
2635             up->decvec[DA + 2].digit * 100;
2636         hour = up->decvec[HR].digit + up->decvec[HR + 1].digit * 10;
2637         minute = up->decvec[MN].digit + up->decvec[MN + 1].digit * 10;
2638         second = 0;
2639         leapchar = (up->misc & SECWAR) ? 'L' : ' ';
2640         dst = dstcod[(up->misc >> 4) & 0x3];
2641         dut = up->misc & 0x7;
2642         if (!(up->misc & DUTS))
2643                 dut = -dut;
2644         snprintf(tc, tcsiz, "%c%1X", synchar, up->alarm);
2645         snprintf(cptr, sizeof(cptr),
2646                  " %4d %03d %02d:%02d:%02d %c%c %+d",
2647                  year, day, hour, minute, second, leapchar, dst, dut);
2648         strlcat(tc, cptr, tcsiz);
2649
2650         /*
2651          * Specific variable-format fields
2652          */
2653         sp = up->sptr;
2654         snprintf(cptr, sizeof(cptr), " %d %d %s %.0f %d %.1f %d",
2655                  up->watch, up->mitig[up->dchan].gain, sp->refid,
2656                  sp->metric, up->errcnt, up->freq / WWV_SEC * 1e6,
2657                  up->avgint);
2658         strlcat(tc, cptr, tcsiz);
2659
2660         return strlen(tc);
2661 }
2662
2663
2664 /*
2665  * wwv_gain - adjust codec gain
2666  *
2667  * This routine is called at the end of each second. During the second
2668  * the number of signal clips above the MAXAMP threshold (6000). If
2669  * there are no clips, the gain is bumped up; if there are more than
2670  * MAXCLP clips (100), it is bumped down. The decoder is relatively
2671  * insensitive to amplitude, so this crudity works just peachy. The
2672  * routine also jiggles the input port and selectively mutes the
2673  * monitor.
2674  */
2675 static void
2676 wwv_gain(
2677         struct peer *peer       /* peer structure pointer */
2678         )
2679 {
2680         struct refclockproc *pp;
2681         struct wwvunit *up;
2682
2683         pp = peer->procptr;
2684         up = pp->unitptr;
2685
2686         /*
2687          * Apparently, the codec uses only the high order bits of the
2688          * gain control field. Thus, it may take awhile for changes to
2689          * wiggle the hardware bits.
2690          */
2691         if (up->clipcnt == 0) {
2692                 up->gain += 4;
2693                 if (up->gain > MAXGAIN)
2694                         up->gain = MAXGAIN;
2695         } else if (up->clipcnt > MAXCLP) {
2696                 up->gain -= 4;
2697                 if (up->gain < 0)
2698                         up->gain = 0;
2699         }
2700         audio_gain(up->gain, up->mongain, up->port);
2701         up->clipcnt = 0;
2702 #if DEBUG
2703         if (debug > 1)
2704                 audio_show();
2705 #endif
2706 }
2707
2708
2709 #else
2710 int refclock_wwv_bs;
2711 #endif /* REFCLOCK */