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标题: Linux 使用 PTP 举行时间同步 [打印本页]
作者: 李优秀    时间: 2024-7-13 01:23
标题: Linux 使用 PTP 举行时间同步
概述​

PTP（精确时间协议）是一种用于在网络中举行时钟同步的协议。当与硬件支持结合使用时，PTP 能够到达亚微秒的精度，这种精度远高于 NTP 协议。
PTP 时间同步协议的支持分为内核空间和用户空间两部分。在 Linux 系统中，PTP 协议的现实实现称为 LinuxPTP，它是 PTPv2 根据 Linux 的 IEEE 1588 尺度实现的。在 LinuxPTP 软件包包罗 ptp4l 和 phc2sys 用于时钟同步的步伐，其中 ptp4l 步伐实现了 PTP 界限时钟和普通时钟，支持硬件时钟同步和软件时间同步，硬件时间戳用于将 PTP 硬件时钟与主时钟同步，软件时间戳用于将系统时钟与主时钟同步。phc2sys 步伐则用于将系统时钟同步到网卡上的 PTP 硬件时钟（PHC）。
预备工作​

安装 LinuxPTP​

首先，需要在 Linux 系统中安装 LinuxPTP。
Debian/Ubuntu 系统使用 apt 命令安装：
  1. sudo apt install linuxptp
复制代码
对于 RHEL/CentOS 6/7 系统，使用 yum 命令安装：
  1. sudo yum install linuxptp
复制代码
对于 RHEL/CentOS 8 和 Fedora 系统，使用 dnf 命令安装：
  1. sudo dnf install linuxptp
复制代码
假如是其他嵌入式 Linux 系统，大概你想安装最新版本的 LinuxPTP，可以接纳源码编译安装方式：
  1. sudo git clone git://git.code.sf.net/p/linuxptp/code linuxptp
  2. cd linuxptp
  3. sudo make
  4. sudo make install
复制代码
安装完成后可通过 ptp4l -v 命令检查是否安装乐成：
  1. $ ptp4l -v
  2. 1.92
复制代码
检查网卡驱动​

为了使用 PTP ，网络接口的内核网络驱动步伐必须支持软件或硬件时间戳功能。除了驱动步伐中存在的硬件时间戳支持之外，NIC 还必须能够在物理硬件中支持此功能。验证特定驱动步伐和 NIC 的时间戳功能的最佳方法是使用 ethtool 查询接口。
比方：检查 eth0 网卡对硬件时间戳的支持
  1. sudo ethtool -T eth0
复制代码
执行上述命令后的输出结果可能如下：
  1. Time stamping parameters for eth0:
  2. Capabilities:
  3.         hardware-transmit     (SOF_TIMESTAMPING_TX_HARDWARE)
  4.         software-transmit     (SOF_TIMESTAMPING_TX_SOFTWARE)
  5.         hardware-receive      (SOF_TIMESTAMPING_RX_HARDWARE)
  6.         software-receive      (SOF_TIMESTAMPING_RX_SOFTWARE)
  7.         software-system-clock (SOF_TIMESTAMPING_SOFTWARE)
  8.         hardware-raw-clock    (SOF_TIMESTAMPING_RAW_HARDWARE)
  9. PTP Hardware Clock: 0
  10. Hardware Transmit Timestamp Modes:
  11.         off                   (HWTSTAMP_TX_OFF)
  12.         on                    (HWTSTAMP_TX_ON)
  13.         one-step-sync         (HWTSTAMP_TX_ONESTEP_SYNC)
  14. Hardware Receive Filter Modes:
  15.         none                  (HWTSTAMP_FILTER_NONE)
  16.         all                   (HWTSTAMP_FILTER_ALL)
复制代码
对于软件时间戳支持，参数列表应包罗：

对于硬件时间戳支持，参数列表应包罗：

设置文件​

ptp4l 设置文件​

ptp4l 步伐启动时会从 /etc/linuxptp/ptp4l.conf 文件读取设置选项，部分设置如下所示。
  1. [global]
  2. #
  3. # Default interface options
  4. #
  5. network_transport        UDPv4
  6. delay_mechanism                E2E
  7. time_stamping                hardware
  8. tsproc_mode                filter
  9. delay_filter                moving_median
  10. delay_filter_length        10
  11. egressLatency                0
  12. ingressLatency                0
  13. boundary_clock_jbod        0
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ptp4l 服务设置文件​

ptp4l 可以作为服务运行，对应的设置文件是 /lib/systemd/system/ptp4l.service。
  1. [Unit]
  2. Description=Precision Time Protocol (PTP) service
  3. Documentation=man:ptp4l
  5. [Service]
  6. Type=simple
  7. ExecStart=/usr/sbin/ptp4l -f /etc/linuxptp/ptp4l.conf -i eth0
  9. [Install]
  10. WantedBy=multi-user.target
复制代码
执行以下命令即可启动 ptp4l 服务：
  1. sudo systemctl start ptp4l
复制代码
假如要永久启用 ptp4l 服务，可执行以下命令：
  1. sudo systemctl enable ptp4l
复制代码
假如要禁用 ptp4l 服务，可执行以下命令：
  1. sudo systemctl disable ptp4l
复制代码
phc2sys 服务设置文件​

phc2sys 也可以作为服务运行，对应的设置文件是 /lib/systemd/system/phc2sys.service。
  1. [Unit]
  2. Description=Synchronize system clock or PTP hardware clock (PHC)
  3. Documentation=man:phc2sys
  4. After=ntpdate.service
  5. Requires=ptp4l.service
  6. After=ptp4l.service
  8. [Service]
  9. Type=simple
  10. ExecStart=/usr/sbin/phc2sys -w -s eth0
  12. [Install]
  13. WantedBy=multi-user.target
复制代码
执行以下命令即可启动 phc2sys 服务：
  1. sudo systemctl start phc2sys
复制代码
假如要永久启用 phc2sys 服务，可执行以下命令：
  1. sudo systemctl enable phc2sys
复制代码
假如要禁用 phc2sys 服务，可执行以下命令：
  1. sudo systemctl disable phc2sys
复制代码
实验​

我们可以通过修改 /etc/linuxptp/ptp4l.conf 来设置 ptp4l 的模式，再通过 systemctl start ptp4l 启动。但为了更加直观，下面的实验我们将直接通过 ptp4l 命令行启动。
提示：为了完成 PTP 时间同步实验，我们需要两台 Linux 设备，其中一台作为 PTP master，另一台作为 PTP slave。
PTP 硬件时钟同步​

ptp4l 默认使用硬件时间戳，也可以显式指定 -H 选项使用硬件时间戳。-i 选项指定支持硬件时戳的网络接口；-m 指示 ptp4l 将其输出列显到尺度输出，而不是列显到系统的日志记录工具。
PTP 主端口（Master），-H 选项显式指定使用硬件时间戳。
  1. sudo ptp4l -m -H -i eth0
复制代码
PTP 从端口（Slave），-s 选项设置为从端口。
  1. sudo ptp4l -m -H -s -i eth0
复制代码
此时终端打印的输出可能如下：
  1. selected eth0 as PTP clock
  2. port 1: INITIALIZING to LISTENING on INITIALIZE
  3. port 0: INITIALIZING to LISTENING on INITIALIZE
  4. port 1: new foreign master 00a152.fffe.0b334d-1
  5. selected best master clock 00a152.fffe.0b334d
  6. port 1: LISTENING to UNCALIBRATED on RS_SLAVE
  7. master offset -25937 s0 freq +0 path delay       12340
  8. master offset -27887 s0 freq +0 path delay       14232
  9. master offset -38802 s0 freq +0 path delay       13847
  10. master offset -36205 s1 freq +0 path delay       10623
  11. master offset  -6975 s2 freq -30575 path delay   10286
  12. port 1: UNCALIBRATED to SLAVE on MASTER_CLOCK_SELECTED
  13. master offset  -4284 s2 freq -30135 path delay    9892
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其中，port 0 是用于当地 PTP 管理的 Unix 域套接字。port 1 是 eth0 接口。INITIALIZING、LISTENING、UNCALIBRATED 和 SLAVE 是发生 INITIALIZE、RS_SLAVE 和 MASTER_CLOCK_SELECTED 事件时更改的端口状态示例。当端口状态从 UNCALIBRATED 更改为 SLAVE 时，表示计算机已与 PTP 主时钟乐成同步。
master offset 行说明：

PTP 软件时间同步​

PTP 主端口（Master），使用 -S 选项启用软件时间戳。
  1. sudo ptp4l -m -S -i eth0
复制代码
PTP 从端口（Slave），-s 选项设置为从端口。
  1. sudo ptp4l -m -S -s -i eth0
复制代码
使用软件时间戳举行时间同步的准确度比硬件时间戳要低，这是因为 IEEE 1588 的同步原理决定了时钟同步的精度主要取决于时间戳的精度。

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