【得捷电子Follow me第4期】进阶任务：从NTP服务器同步时间

HonestQiao

【得捷电子Follow me第4期】进阶任务：从NTP服务器同步时间 [复制链接]

 

进阶任务：从NTP服务器(注意数据交互格式的解析)同步时间，获取时间送显示屏(串口)显示。

 

NTP是从时间协议（Time Protocol）和ICMP时间戳报文（ICMP TimeStamp Message）演变而来，在准确性和健壮性方面进行了特殊的设计，理论上精度可达十亿分之一秒。

NTP协议应用于分布式时间服务器和客户端之间，实现客户端和服务器的时间同步，从而使网络内所有设备的时钟基本保持一致。

NTP协议是基于UDP进行传输的，使用端口号为123。

 

一、NTP报文了解

NTP报文的数据格式具体如下：

 

 

 

NTP报文格式如上图所示，它的字段含义参考如下：

• LI（ 闰秒标识器 ），占用2bits，值为“11”时表示告警状态，时钟未被同步；其他值时NTP本身不做处理
• 1：no warning 未告警
• 2：last minute of the day has 61 seconds 最后一分钟有61秒
• 3：last minute of the day has 59 seconds 最后一分钟有59秒
• 4：unknown (clock unsynchronized) 未知（时钟未同步）
• VN（ 版本号 ），占用3bits，表示NTP的版本号，目前最新版本为4.
• Mode（ 模式 ），占用3bits，表示NTP的工作模式；不同的值所表示的含义分区是：
• 0：reserved 未定义
• 1：symmetric active 表示主动对等模式
• 2：symmetric passive 表示被动对等模式
• 3：client 表示客户模式
• 4：server 表示服务器模式
• 5：broadcast 表示广播模式或组播模式
• 6：NTP control message 表示此报文NTP控制报文
• 7：reserved for private use 预留给内部使用
• Stratum（ 层 ），系统时钟的层数，占用8bits；
• 0 ：unspecified or invalid 未指定或无效
• 1 ：primary server (e.g., equipped with a GPS receiver) 主服务器
• 2-15 ：secondary server (via NTP) 辅助服务器
• 16 ：unsynchronized 不同步
• 17-255：reserved 保留
• Poll（ 轮询间隔 ），占用8bits，表示两个NTP报文之间的最大时间间隔，以log2秒为单位，默认最小和最大的轮询间隔为6和10。
• Precision（ 精度 ），占用8bits，表示系统时钟的精度，以log2秒为单位
• Root Delay（ 根时延 ），占用8bits，表示在到参考时钟的总往返的时延
• Root Dispersion（ 根离散 ），占用8bits，表示到参考时钟的总色散
• Reference Identifier（ 参考时钟标识符），占用32bits，用来标识特殊的参考源
• Reference Timestamp（ 参考时间戳 ），占用64bits，系统时钟最后一次被修改的本地时间
• Origin Timestamp（ 原始时间戳 ），占用64bits，NTP请求报文离开发送端时发送端的本地时间
• Receive Timestamp（ 接受时间戳 ），占用64bits，NTP请求报文到达接收端的本地时间
• Transmit Timestamp（ 传送时间戳 ），占用64bits，NTP应答报文离开应答者时的应答者本地时间
• Destination Timestamp（ 目的时间戳 ），NTP应答包从服务器到达客户端的时间，（注：该字段不在标题字段中，它在数据包到达时确定，并在数据包缓冲区数据包结构中体现。）
• Extension Field 2 ( 扩展字段，可变 )
• Key Identifier （ 密钥标识符 ）：客户端和服务器用于指定128位MD5哈希值
• dgst（ Message Digest，消息摘要 ）：NTP数据包头和扩展字段

 

 

二、直接socket请求进行NTP通讯

在Arduino的Ethernet库中，提供了一个直接使用Socket进行NTP请求的实例。

 

 

在读取到NTP信息后，会使用如下的代码解码：

    unsigned long highWord = word(packetBuffer[40], packetBuffer[41]);
    unsigned long lowWord = word(packetBuffer[42], packetBuffer[43]);
    // combine the four bytes (two words) into a long integer
    // this is NTP time (seconds since Jan 1 1900):
    unsigned long secsSince1900 = highWord << 16 | lowWord;

从而获取自1900年以来的秒数，在转换到实际的时间信息。

 

大家感兴趣的话，可以自行研究这个源码。

 

 

三、使用NTPClient库来进行时间同步

在Arduino中，使用NTPClient可以很方便的进行时间同步。

 

首先，需要安装这个库：

 

 

然后，在之前配置好网络的基础上，添加下面的代码：

// UDP
#include <EthernetUdp.h>

// NTP
#include <NTPClient.h>

// UDP
EthernetUDP ntpUDP;

// 初始化NTP实例，设置时间服务器、时区偏移秒数、更新时间间隔
NTPClient timeClient(ntpUDP, "cn.pool.ntp.org", 3600*8, 60000);


void setup() {

  // 在联网成功以后，添加如下的代码
  // 开启NTP服务
  Serial.println("ntp Begin");
  timeClient.begin();
}

void loop() {
  // 更新时间
  timeClient.update();

  // 输出当前时间
  Serial.println(timeClient.getFormattedTime());

  // 延时
  delay(5000);
}

 

上述代码的核心，就是 使用 NTPClient timeClient(ntpUDP, "cn.pool.ntp.org", 3600*8, 60000) 设置使用cn.pool.ntp.org同步时间，以及北京地区位+8时区，所以秒数偏移量位3600*8，然后60秒后进行同步，然后启动服务，并在lookp()中，定期更新。

 

编译运行后，输出如下：

 

 

NTP服务同步需要一定的时间，所以在一定时间后，就会更新到了最新的正确时间了。

 

 

四、总结

NTP服务是网络应用中，非常重要的服务。

即使是使用了RTC时钟模块的设备，也无法保证时间是完全准确的，因为运行一定时间之后都有偏差。

那么适时通过网络同步修正，就非常必要而且重要了。

这样，可以确保各项网络设备，都在同一个时间进行交互运行，以免时间错乱产生不可预测的结果。

yilonglucky

最后一幅图片中，之前已经ntp对时过？所以begin前后都是正确时间？

 

HonestQiao

yilonglucky 发表于 2024-1-17 09:33 最后一幅图片中，之前已经ntp对时过？所以begin前后都是正确时间？  

日志每一行最左边的时间吗？

哪个是电脑的本地时间，不是板子上输出的。