12 – 利用LinuxPTP进行时间同步(软/硬件时间戳) – 研一

大家好，又见面了，我是你们的朋友全栈君。

拖了很久，花了半天测了一下，效果还行，可以脱离隔壁的原子钟做开发测试了。

参考文献： http://linuxptp.sourceforge.net/

0、硬件支持

查看网卡是否支持软硬件时间戳：
sudo ethtool -T eno1

Time stamping parameters for eno1:
Capabilities:
	hardware-transmit     (SOF_TIMESTAMPING_TX_HARDWARE)
	software-transmit     (SOF_TIMESTAMPING_TX_SOFTWARE)
	hardware-receive      (SOF_TIMESTAMPING_RX_HARDWARE)
	software-receive      (SOF_TIMESTAMPING_RX_SOFTWARE)
	software-system-clock (SOF_TIMESTAMPING_SOFTWARE)
	hardware-raw-clock    (SOF_TIMESTAMPING_RAW_HARDWARE)
PTP Hardware Clock: 0
Hardware Transmit Timestamp Modes:
	off                   (HWTSTAMP_TX_OFF)
	on                    (HWTSTAMP_TX_ON)
Hardware Receive Filter Modes:
	none                  (HWTSTAMP_FILTER_NONE)
	all                   (HWTSTAMP_FILTER_ALL)
	ptpv1-l4-sync         (HWTSTAMP_FILTER_PTP_V1_L4_SYNC)
	ptpv1-l4-delay-req    (HWTSTAMP_FILTER_PTP_V1_L4_DELAY_REQ)
	ptpv2-l4-sync         (HWTSTAMP_FILTER_PTP_V2_L4_SYNC)
	ptpv2-l4-delay-req    (HWTSTAMP_FILTER_PTP_V2_L4_DELAY_REQ)
	ptpv2-l2-sync         (HWTSTAMP_FILTER_PTP_V2_L2_SYNC)
	ptpv2-l2-delay-req    (HWTSTAMP_FILTER_PTP_V2_L2_DELAY_REQ)
	ptpv2-event           (HWTSTAMP_FILTER_PTP_V2_EVENT)
	ptpv2-sync            (HWTSTAMP_FILTER_PTP_V2_SYNC)
	ptpv2-delay-req       (HWTSTAMP_FILTER_PTP_V2_DELAY_REQ)

1. 软件时间戳需要包括参数
   SOF_TIMESTAMPING_SOFTWARE
   SOF_TIMESTAMPING_TX_SOFTWARE
   SOF_TIMESTAMPING_RX_SOFTWARE

2. 硬件时间戳需要包括参数
   SOF_TIMESTAMPING_RAW_HARDWARE
   SOF_TIMESTAMPING_TX_HARDWARE
   SOF_TIMESTAMPING_RX_HARDWARE

1、LinuxPTP源码下载

sudo git clone git://git.code.sf.net/p/linuxptp/code linuxptp
cd linuxptp
sudo make
sudo make install

查看Usage

ptp4l -h

  延迟机制选项
  -A 			Auto，自动选择延迟机制。,从E2E开始，当收到对等延迟请求时切换到P2P
  -E 			E2E，选择延迟请求 - 响应（E2E）机制。 默认是用这个机制。 单个PTP通信路径上的所有时钟必须使用相同的机制。 使用E2E机制在端口上收到对等延迟请求时，将输出warning
  -P 			P2P，对等延迟机制
  网络传输选项
  -2 			IEEE 802.3
  -4 			UDP IPV4（默认）
  -6 			UDP IPV6
  时间戳选项
  -H  			使用硬件时间戳（默认）
  -S  			使用软件时间戳					
  -L  			LEGACY HW时间戳
  其他选项
  -f	[file]	从指定文件file中读取配置。 默认情况下不读取任何配置文件。
  -i	[dev]	选择PTP接口设备，例如eth0（可多次指定）必须至少使用此选项或配置文件指定一个端口。
  -p	[dev]	在Linux内核v3.5之前，无法发现与网络接口关联的PHC设备。 此选项指定在旧内核上运行时要使用的PHC设备（例如/ dev/ptp0）。要使用的时钟设备，默认为auto，忽略软件/ LEGACY HW时间戳(不推荐使用此选项)
  -s			slaveOnly mode，从时钟模式（覆盖配置文件）
  -t			透明时钟模式
  -l	[num]	将日志记录级别设置为'num'，默认是6
  -m			将消息打印到stdout
  -q			不打印消息到syslog
  -v			打印软件版本并退出
  -h			help

2、run linuxptp

• 2.1 软件时间戳，主从模式测试

服务端（主钟）：

sudo ptp4l -i enp0s31f6 -m -S

客户端（从钟）：

sudo ptp4l -i eno1 -m -S -s

运行结果：
主钟：

从钟：

运行一会儿以后：

log中的内容为：

1. master offset : 即PTP协议中定义的主从端时间差，单位：ns
2. s0，s1，s2 : 表示时钟伺服器的不同状态，s0表示未锁定，s1表示正在同步，s2表示锁定，锁定状态表示不会再发生阶跃行同步，只是缓慢调整
3. freq:
4. port 0:INITIALIZING to LISTENING on INIT_COMPLET : 本地PTP管理的Unix域socket;
5. port 1:new foreign … : eno1上的端口；
6. 从钟端口状态由UNCALIBRATED 变为SLAVE时，则从钟已经成功地与best master同步。

• 2.2 硬件时间戳测试
  服务端（主钟）：

sudo ptp4l -i enp0s31f6 -m -H

客户端（从钟）：

sudo ptp4l -i eno1 -m -H -s

如果要修改系统时间的话，需要PHC把通过PTP协议获取到的时间 同步到系统上，执行phc2sys命令：

#主钟
sudo phc2sys -m -s CLOCK_REALTIME -c enp0s31f6 -w
sudo ptp4l -i enp0s31f6 -m -H
#从钟
sudo phc2sys -m -s eno1 -w
sudo ptp4l -i eno1 -m -H -s

运行结果：
从钟：

显然用硬件时间戳同步的精度高得多，而且这只是一块普通网卡，走的还是校园网

• 2.3 配置文件
  运行时使用-f可以指定配置文件，命令行会覆盖配置文件，常用的配置项如下（‘#’后面是注释，实际配的时候要留注释的话注释需要单独一行，目前是这样）：

[global]
twoStepFlag             1 #PTP两步模式是否开启
clientOnly              0 #
socket_priority         0
priority1               128 #对应BMCA里的优先级1
priority2               128 #对应BMCA里的优先级2
domainNumber            0   #PTP域number
#utc_offset 37 #配置闰秒，截止目前是37秒，一般不用配置因为时钟源配过（默认是注释的）
clockClass              248 #对应BMCA里的clockClass
…………
logAnnounceInterval     1  # log间隔
delayAsymmetry          0  # 可配置的链路不对称性，正数表示rx比tx延迟高，负数表示低，单位ns。
…………
BMCA                    ptp # 指定BMCA算法 ptp、noop、自定义
…………
ptp_dst_mac             01:1B:19:00:00:00
p2p_dst_mac             01:80:C2:00:00:0E
……
clock_type              OC
network_transport       UDPv4 #L2 UDPv4 UDPv6,对应命令行的-2 -4 -6
delay_mechanism         E2E # E2E P2P

• 2.4 透明时钟（TC）模式测试（已修复）

/- 这个bug已经修复了 -\

TC和BC都需要至少有两个interface；
执行以下命令

sudo ptp4l -i eno1 eno2 -m -H -t

提示无效的选项：

嗯？usage里分明写着 -t 是transparent clock 啊
sudo vim ptp4l.8
嗯，-f -i -m -p -l -i -A -E -P -2 -4 -6 -H -S -L -q -v -h
？？就是没有-t，不懂了

• 手动TC/BC：需要设备有俩网卡，一个卡绑从钟一个卡绑定主钟，来实现TC/BC。效果其实差不多。
• 最近开发时遇到的USRP的U L O问题：

1. “U”错误
   当host PC或运行于其上的应用程序不能为USRP以足够快速率提供样值时，往往会出现”U”错误，举例说明：USRP以设定的采样速率为5M/s需求样值，而host PC却只能以低于5M/s的速率提供样值时，就会出现”U”错误。
2. “O”错误
   当host PC或运行于其上的应用程序不能以足够快的速率来处理USRP提供的样值时，往往会出现”O”错误，距离说明：当USRP以设定的采样速率为5M/s提供样值，而host PC却只能以处理低于5M/s的速率处理样值是，就会出现”O”错误。
3. “L”错误
   USRP的设计机理是：要求Packet中的时间戳要早于FPGA中的时间戳。如果指令到达FPGA时Packet中的时间戳已经过时，USRP会给出”L”错误，也就是指令到达的时间比预计执行时间要晚。

这里有一组利用两台铯原子钟时钟服务器通过SDR平台(OAI EPC+srs eNB + COTS UE)针对空口进行的15小时测试得到的数据，可以来一波空口性能分析：

更：
度盘连接被和谐了