LinuxPTP：一個高效的網路時間協議實現

一、什麼是網路時間協議

網路時間協議(Network Time Protocol, 簡稱NTP) 是一種用來同步計算機時鐘的協議。 它設計用來解決電腦時鐘問題，確保計算機和其他設備的時間是一致的，並儘可能減小同步時間的誤差，從而達到精準的時間同步。

二、LinuxPTP框架介紹

LinuxPTP是一個基於linux內核的高效的網路時間協議實現，它實現了IEEE1588-2008協議。相比傳統的NTP來說，其精度更高（可以達到1~10納秒級別），並且支持同時進行多路同步，可以適用於各種高精度時鐘同步場景，如自動化生產線、數據中心等。

LinuxPTP的主要架構分為核心層、協議守護進程（daemon）層、系統調用庫(libc)層和用戶空間應用程序層。核心層提供了基本的時間戳服務和基於系統計時器的幀處理過程，daemon層負責協議狀態機的實現，libc層為用戶空間應用提供了與內核交互的介面。用戶空間應用程序層提供命令行工具和API等服務。

三、使用LinuxPTP進行時間同步

使用LinuxPTP進行時間同步分為兩個步驟:

1. 配置網卡為PTP模式

#ip link set eno0 multicast on

#ip link set eno0 type ptp

這樣就把eno0網卡配置成了PTP模式。

2. 啟動ptp4l守護進程並綁定所需要同步的網卡：

#ptp4l -i eno0 -m -H -A -S

其中-i指定綁定的網卡；-m表示使用多播傳輸模式；-H表示以硬體時鐘為時間源；-A表示使用全自適應時鐘濾波器；-S表示使用對稱模式進行同步。

四、示例代碼

以下是一個使用LinuxPTP進行時間同步的示例代碼：

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 

#define TX_TYPES	PTP_TX_TYPE_SYNC | PTP_TX_TYPE_DELAY_REQ //同步和延遲請求
#define RX_TYPES	PTP_RX_TYPE_SYNC //只接收同步包

int main(int argc, char *argv[]) {
    /* 初始化結構體 */
    int clockid, ret;
    struct ptp_clock_caps caps; //設備屬性
    struct ptp_clock_time tx_time, rx_time;
    struct ptp_clock_retval tsret;
    struct timespec timeout; //超時
    struct sockaddr_in addr, from;
    socklen_t addr_len = sizeof(struct sockaddr_in);
    char buf[300];

    /* 打開時鐘設備 */
    clockid = ptp_clock_open(0);
    if (clockid < 0) {
        printf("Unable open ptp clock\n");
        exit(1);
    }

    /* 獲取設備屬性 */
    ret = ptp_clock_getcaphash(clockid, &caps);
    if (ret < 0) {
        printf("Unable retrieve clock capabilities from the PTP clock\n");
        exit(1);
    }

    /* 打開udp套接字 */
    int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, IPPROTO_UDP);
    if (sockfd < 0) {
        printf("Unable to create socket\n");
        exit(1);
    }

    memset(&addr, 0, sizeof(struct sockaddr_in));
    addr.sin_family = AF_INET;
    addr.sin_port = htons(319);
    addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY); /* 接收所有網卡上面的時鐘包 */

    /* 綁定地址 */
    if (bind(sockfd, (struct sockaddr *)&addr, sizeof(struct sockaddr_in)) < 0) {
        printf("Unable to bind socket\n");\
        close(sockfd);
        exit(1);
    }

    /* 接收PTP包 */
    while (1) {
        timeout.tv_sec = 5;
        timeout.tv_nsec = 0;
        memcpy(&from, &addr, sizeof(struct sockaddr_in));
        memset(&buf, 0, sizeof(buf));
        ret = ptp_clock_get_rxts(clockid, &from, &rx_time, &tsret);
        if (ret < 0) {
            printf("Unable receive PTP packet\n");
            continue;
        }

        printf("Received PTP packet\n");
        ret = ptp_clock_gettime(clockid, &tx_time);
        if (ret < 0) {
            printf("Unable get PTP clock\n");
            continue;
        }

        printf("Send PTP packet\n");
        ret = ptp_clock_sendto(clockid, &addr, TX_TYPES, &tx_time);
        if (ret < 0) {
            printf("Unable send PTP packet\n");
        }
    }
    /* 關閉時鐘設備和socket */
    ptp_clock_close(clockid);
    close(sockfd);

    return 0;
}