赞
踩
在某些场景下,单片机需要通过网络获取准确的时间进行数据同步,例如日志记录、定时任务等。然而,单片机本身无法直接获得准确的标准时间,往往需要依靠网络时间协议(NTP
)服务器来同步时间。本文将详细介绍如何通过NTP服务器获取准确的网络时间。
NTP(Network Time Protocol
,网络时间协议)是一种用于使计算机时钟同步到互联网标准时间的协议。NTP服务器通常分层级(Stratum
)运作,一级服务器直接与时间基准同步,而其他级别的服务器则从更高级别的服务器获取时间。通过NTP,我们可以让系统的时钟保持与标准时间的一致性。
NTP包通常由以下字段组成:
li_vn_mode
:润秒指示器(2位)、版本号(3位)和模式(3位)。stratum
:服务器层级,1表示主服务器,2及更高层级表示从服务器,0表示未同步。poll
:连续NTP请求间的最大间隔,以2的幂次表示。precision
:服务器时钟的精度,以2的幂次表示。root_delay
:从NTP客户端到NTP服务器的根延迟(秒)。root_dispersion
:NTP服务器与其上一级时钟源的偏差(秒)。reference_identifier
:NTP服务器的参考标识符,通常指示服务器的源。reference_timestamp
:参考时间戳。origin_timestamp
:发起时间戳。receive_timestamp
:接收时间戳。transmit_timestamp
:传输时间戳。偏移量的计算:
70 * 365 + 17
天(17天是因为这段时间内包括了17 次闰年),每天86400秒。2208988800
秒,即70 * 365 * 86400 + 17 * 86400
。偏移量的用途:
这里在Linux环境下为例对NTP时间进行获取,使用标准的POSIX/BSD
套接字编程,这样如果想在单片机中LwIP实现的话,也可以直接使用。
1、NTP服务端地址
这里我们以阿里云的NTP服务器ntp3.aliyun.com
为例,来获取获取网络时间,它的端口为123
。
#define NTP_SERVER "203.107.6.88" // NTP服务器地址:"ntp3.aliyun.com"
#define NTP_PORT 123 // NTP服务器端口号
ntp3.aliyun.com
的ip为203.107.6.88
。若用在程序中,建议做DNS解析。2、NTP结构体
// NTP数据包结构体
typedef struct {
uint8_t li_vn_mode; // 润秒指示器(2),版本号(3),模式(3)
uint8_t stratum; // 服务器层级,1-主服务器,2-从服务器,0-未同步
uint8_t poll; // 连续NTP请求间的最大间隔,2的幂表示
uint8_t precision; // 服务器时钟的精度,2的幂表示(秒)
uint32_t root_delay; // 从NTP客户端到NTP服务器的根延迟(秒)
uint32_t root_dispersion; // NTP服务器与其上一级时钟源的偏差(秒)
uint32_t reference_identifier; // NTP服务器的参考标识符,通常指示了服务器的源
uint32_t reference_timestamp[2]; // 参考时间戳
uint32_t origin_timestamp[2]; // 发起时间戳
uint32_t receive_timestamp[2]; // 接收时间戳
uint3232 transmit_timestamp[2]; // 传输时间戳
} ntp_packet;
2、创建套接字并设置超时时间
int sockfd;
struct timeval timeout;
timeout.tv_sec = NTP_RCV_TIMEO / 1000;
timeout.tv_usec = (NTP_RCV_TIMEO % 1000) * 1000;
// 创建socket
sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, IPPROTO_UDP);
setsockopt(sockfd, SOL_SOCKET, SO_RCVTIMEO, &timeout, sizeof(timeout));
这里创建套接字后,需要使用setsockopt
设置套接字的接收超时时间。这是因为NTP是UDP协议的,有可能请求了NTP报文后,请求报文没发送出去或响应报文没被正确接收,所以过了超时时间还没有接收到NTP时间的话,我们不能卡在读函数中。
3、设置服务端地址和NTP请求报文
#define NTP_UNIX_OFFSET 2208988800UL // UNIX时间戳(1970.1.1)和NTP时间戳(1900.1.1)之间的偏移量
struct sockaddr_in server_addr;
// 设置服务器地址
server_addr.sin_family = AF_INET;
server_addr.sin_port = htons(NTP_PORT);
server_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(NTP_SERVER);
// 设置NTP版本和客户端模式
packet.li_vn_mode = (0x3 << 6) | (0x3 << 3) | 0x3; // NTP版本3、客户端模式
packet.transmit_timestamp[0] = htonl(NTP_UNIX_OFFSET); // 设置传输时间为偏移,则后面无需转换
在网络协议中,大多数字段都遵循“大端字节序”,即高位字节在前,低位字节在后。htonl
将主机字节序的 NTP_UNIX_OFFSET
转换为符合 NTP 协议要求的字节序。
4、请求、获取并输出NTP时间
// 请求NTP时间
sendto(sockfd, (const char*)&packet, sizeof(packet), 0, (struct sockaddr*)&server_addr, sizeof(server_addr));
recv_len = recvfrom(sockfd, (char*)&packet, sizeof(packet), 0, NULL, NULL);
// 成功接收,计算NTP时间
ntp_time = (time_t)(ntohl(packet.transmit_timestamp[0]) - NTP_UNIX_OFFSET);
printf("NTP time: %s", ctime(&ntp_time));
close(sockfd);
#include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <string.h> #include <sys/socket.h> #include <arpa/inet.h> #include <netinet/in.h> #include <time.h> #include <unistd.h> #define NTP_SERVER "203.107.6.88" // NTP服务器地址:"ntp3.aliyun.com" #define NTP_PORT 123 // NTP服务器端口号 #define NTP_PACKET_SIZE 48 // NTP数据包大小 #define NTP_UNIX_OFFSET 2208988800UL // UNIX时间戳(1970.1.1)和NTP时间戳(1900.1.1)之间的偏移量 #define NTP_RCV_TIMEOUT 2 // 接收超时时间(秒) #define MAX_RETRIES 5 // 最大重试次数 // NTP数据包结构体 typedef struct { uint8_t li_vn_mode; // 润秒指示器(2),版本号(3),模式(3) uint8_t stratum; // 服务器层级,1-主服务器,2-从服务器,0-未同步 uint8_t poll; // 连续NTP请求间的最大间隔,2的幂表示 uint8_t precision; // 服务器时钟的精度,2的幂表示(秒) uint32_t root_delay; // 从NTP客户端到NTP服务器的根延迟(秒) uint32_t root_dispersion; // NTP服务器与其上一级时钟源的偏差(秒) uint32_t reference_identifier; // NTP服务器的参考标识符,通常指示了服务器的源 uint32_t reference_timestamp[2]; // 参考时间戳 uint32_t origin_timestamp[2]; // 发起时间戳 uint32_t receive_timestamp[2]; // 接收时间戳 uint32_t transmit_timestamp[2]; // 传输时间戳 } ntp_packet; void ntp_get_time_once() { int sockfd; struct sockaddr_in server_addr; ntp_packet packet = {0}; time_t ntp_time; int retries = 0; int recv_len; struct timeval timeout; timeout.tv_sec = NTP_RCV_TIMEOUT; timeout.tv_usec = 0; // 创建socket sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, IPPROTO_UDP); if (sockfd < 0) { perror("socket failed"); return; } // 设置接收超时时间 setsockopt(sockfd, SOL_SOCKET, SO_RCVTIMEO, &timeout, sizeof(timeout)); // 设置NTP服务器地址 memset(&server_addr, 0, sizeof(server_addr)); server_addr.sin_family = AF_INET; server_addr.sin_port = htons(NTP_PORT); server_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(NTP_SERVER); // 初始化NTP请求数据包 packet.li_vn_mode = (0x3 << 6) | (0x3 << 3) | 0x3; // NTP版本3、客户端模式 packet.transmit_timestamp[0] = htonl(NTP_UNIX_OFFSET); // 重试逻辑 while (retries < MAX_RETRIES) { // 发送NTP请求 if (sendto(sockfd, (const char*)&packet, sizeof(packet), 0, (struct sockaddr*)&server_addr, sizeof(server_addr)) < 0) { perror("sendto failed"); close(sockfd); return; } // 接收NTP响应 recv_len = recvfrom(sockfd, (char*)&packet, sizeof(packet), 0, NULL, NULL); if (recv_len >= 0) { // 成功接收,计算NTP时间 ntp_time = (time_t)(ntohl(packet.transmit_timestamp[0]) - NTP_UNIX_OFFSET); printf("NTP time: %s", ctime(&ntp_time)); close(sockfd); return; } else { perror("recvfrom failed, retrying..."); retries++; } } // 达到最大重试次数后失败 printf("NTP sync failed after %d retries.\n", MAX_RETRIES); close(sockfd); } int main() { ntp_get_time_once(); return 0; }
我这里代码就是简单地重新请求固定次数后就退出。大家可以根据实际情况进行更改,比如一定要获取到了再返回。
编译上面的代码并运行,可以看到输出了当前的时间:
这里阿里的NTP服务器返回的是标准的UTC时间,加上12小时为当前的北京时间。
Copyright © 2003-2013 www.wpsshop.cn 版权所有,并保留所有权利。