PTP墙钟不实用且过于精确

# PTP 挂钟：不实用，但过于精准 来源：https://www.jeffgeerling.com/blog/2026/ptp-wall-clock-impractical-too-precise/ 在观看了 Oliver Ettlin 在 39C3 上的演讲《Excuse me, what precise time is It?》(https://media.ccc.de/v/39c3-excuse-me-what-precise-time-is-it) 之后，我想复刻他现场演示 PTP（精确时间协议，https://en.wikipedia.org/wiki/Precision_Time_Protocol）时钟同步时所用的那个 PTP 时钟： Oliver Ettlin 在 39C3 上的 PTP 挂钟 我在 LinkedIn 上联系他询问制作细节（我并不是唯一这么做的人！），不久之后，他发布了 [Gemini2350/ptp-wallclock](https://github.com/Gemini2350/ptp-wallclock) 这个仓库，里面包含了粗略的制作说明，以及一个用 C++ 编写的应用程序，用于在两组 LED 矩阵显示屏上显示 PTP 时间（如果网络上有 PTP 源的话），硬件平台是树莓派。 树莓派之所以适用，是因为它满足 PTP 时钟的两个要求： 1. 易于通过 GPIO 和 HAT 与 LED 矩阵显示屏连接 2. 它的博通网卡具备 [PTP 硬件时间戳能力](https://www.jeffgeerling.com/blog/2022/ptp-and-ieee-1588-hardware-timestamping-on-raspberry-pi-cm4/)。 我想为了自娱自乐复刻他的时钟，同时也为即将制作的关于 PTP 的视频提供一个视觉辅助。而且我成功了！ 您的浏览器不支持视频标签。 在这篇文章中，我将详细介绍所使用的硬件、物理构建过程，以及如何从全新的树莓派操作系统安装一路走到在 128x32 RGB LED 矩阵上显示 PTP 时间！我还发布了一个关于此过程的 YouTube 视频，以防你想要更直观的指南： ## 所需硬件 PTP 挂钟所需硬件（松散组装） 所需硬件成本大约在 120-150 美元之间，取决于我们处在 AI 泡沫的哪个阶段： - **树莓派 4 Model B**（[https://www.raspberrypi.com/products/raspberry-pi-4-model-b/](https://www.raspberrypi.com/products/raspberry-pi-4-model-b/)）（树莓派 5 目前还不能与 RGB 矩阵正常工作，参见 [这个 issue](https://github.com/hzeller/rpi-rgb-led-matrix/issues/1603)） - **Adafruit RGB Matrix HAT + RTC 树莓派扩展板**（[https://www.adafruit.com/product/2345](https://www.adafruit.com/product/2345)） - **Waveshare 64x32 像素 LED 矩阵面板**（[https://www.waveshare.com/RGB-Matrix-P3-64x32.htm](https://www.waveshare.com/RGB-Matrix-P3-64x32.htm)）× 2 - **Adafruit 5V 4A 电源**（[https://www.adafruit.com/product/1466](https://www.adafruit.com/product/1466)）或等效电源 - **32GB microSD 卡**（[https://www.raspberrypi.com/products/sd-cards/](https://www.raspberrypi.com/products/sd-cards/)） 任何树莓派 4 都可以正常工作；你不需要大量内存。另外，显而易见的是，你还需要网络中有一个 **PTP 主时钟**（[https://www.timebeat.app/post/understanding-precision-time-protocol-the-guide-to-ptp-grandmaster-boundary-and-transparent-clocks](https://www.timebeat.app/post/understanding-precision-time-protocol-the-guide-to-ptp-grandmaster-boundary-and-transparent-clocks)），它应该向标准的 PTP 多播 IPv4 地址 `224.0.1.129` 发送广播。你也可以拥有多个 PTP 主时钟，让树莓派使用 PTP 的 **最佳主时钟算法 (BMCA)**（[https://blog.meinbergglobal.com/2013/11/14/makes-master-best/](https://blog.meinbergglobal.com/2013/11/14/makes-master-best/)）来选择最佳时间源。 ## 硬件设置 Adafruit RGB Matrix HAT 需要一些焊接工作。它包含一个 2x20 母排针，可以插在树莓派的 GPIO 排针上，顶部有一个排线连接器，还有一个 5V 直流电源输出螺丝端子接头，用于为两个 LED 矩阵供电。 焊接 Adafruit 的 RGB Matrix HAT 完成后，只需将随两个 Waveshare LED 矩阵面板附带的线缆插入 Adafruit HAT 上的接头。一根排线从 HAT 连接到“右侧”LED 矩阵（从正面看）。然后，右侧矩阵通过另一根排线连接到左侧矩阵。电源线已经分叉成两个矩阵显示屏的接口，因此将 4 针插头插入电源输入，并将螺丝端子拧到 HAT 上的正极和负极螺丝端子上。它们会露出一半，所以……不要让它们短路。或者，剪掉线头，剥出一些导线，直接拧入螺丝端子。 一图胜千言： RGB Matrix HAT 插入树莓派 HAT 插入 5V DC 输入插孔（5.5mm x 2.5mm，中心正极）的是一个 5V 4A 电源。在上图中，我使用了 Werewolf VFLEX（[https://werewolf.us/collections/werewolf-products/products/x-cable-5-5mm-od-2-5mm-id-barrel-jack](https://werewolf.us/collections/werewolf-products/products/x-cable-5-5mm-od-2-5mm-id-barrel-jack)）适配器配合树莓派 USB-C 电源，但最好使用专用的 5V 4A 电源，以防止驱动显示屏时出现电压降（会导致闪烁）。 ## 软件设置 假设你的 microSD 卡上已经安装了全新的树莓派操作系统，软件设置分为几个阶段。第一步是配置树莓派，以优化 LED 矩阵的刷新性能。禁用通用 CPU 核心调度（以便线程更好地固定到单个核心），并禁用内置音频输出： ``` # 编辑 `/boot/firmware/cmdline.txt`，在该行末尾添加： isolcpus=3 # 在 `/boot/firmware/config.txt` 中将参数切换为 'off' 以禁用音频： dtparam=audio=off ``` 将 `snd_bcm2835` 内核模块加入黑名单（[https://github.com/hzeller/rpi-rgb-led-matrix?tab=readme-ov-file#bad-interaction-with-sound](https://github.com/hzeller/rpi-rgb-led-matrix?tab=readme-ov-file#bad-interaction-with-sound)）： ``` cat << EOF | sudo tee /etc/modprobe.d/blacklist-snd_bcm2835.conf blacklist snd_bcm2835 EOF ``` 重新启动后，下载并构建 RGB 矩阵代码库： ``` cd ~/Downloads git clone https://github.com/hzeller/rpi-rgb-led-matrix.git cd rpi-rgb-led-matrix make ``` 接下来，克隆 PTP 挂钟项目： ``` cd ~/Downloads git clone https://github.com/Gemini2350/ptp-wallclock.git apt-get install -y libpcap-dev ``` 在 PR #8（[https://github.com/Gemini2350/ptp-wallclock/pull/8](https://github.com/Gemini2350/ptp-wallclock/pull/8)）和 PR #11（[https://github.com/Gemini2350/ptp-wallclock/pull/11](https://github.com/Gemini2350/ptp-wallclock/pull/11)）合并之前，你需要将这些补丁应用到项目中，才能使其正常工作： ``` curl -sL https://github.com/Gemini2350/ptp-wallclock/pull/8.patch | git apply - curl -sL https://github.com/Gemini2350/ptp-wallclock/pull/11.patch | git apply - ``` 要编译应用程序，将 `ptp-clock.cpp` 文件复制到 `rpi-rgb-led-matrix` 目录中，然后在该目录中运行以下命令： ``` # 编译 PTP 挂钟应用程序。 g++ -O2 -std=c++17 ptp-clock.cpp -o ptp-clock \ -I./include -I./bindings \ -L./lib -lrgbmatrix -lpthread ``` 现在，你可以运行以下命令来启动编译好的 `ptp-clock` 应用程序： ``` $ sudo ./ptp-clock 正在监听 PTP 消息... ``` 如果 LED 矩阵上没有显示时间，这里有一些 PTP 调试步骤： 1. 你能否看到从运行 `ptp-clock` 的树莓派发出的网络 PTP 流量？安装 `tcpdump` 并运行 `sudo tcpdump -i eth0 -nn -v port 319 or port 320`。你应该会看到一些带有时间戳信息的消息。 2. 查看上面 `tcpdump` 命令输出中的 `msg type` 字段。如果你只看到 `sync msg` 消息，而没有 `follow up msg` 消息，那么 PTP 服务器可能配置为单步模式。在你的 PTP 服务器上，检查 ptp4l 配置中的 `twoStepFlag` 是否设置为 `1`。 我在 `ptp-wallclock` 仓库中提交了一个包含我自己调试步骤的 issue，如果你仍然遇到问题，可能会有所帮助：[无法在我的网络中获得 PTP 时间显示](https://github.com/Gemini2350/ptp-wallclock/issues/7)。 但如果一切正常，你应该能看到当前的 PTP 时间： 桌面上运行的 PTP 挂钟 > **注意**：在此 PR（[https://github.com/Gemini2350/ptp-wallclock/pull/8](https://github.com/Gemini2350/ptp-wallclock/pull/8)）被合并之前，你可能需要在编译前对 `ptp-clock.cpp` 文件应用补丁。如果你遇到错误或没有输出，并且确认 PTP 在你的网络上正常工作，请运行以下命令： > > ``` > cd ~/Downloads/ptp-wallclock > curl -L https://patch-diff.githubusercontent.com/raw/Gemini2350/ptp-wallclock/pull/8.patch | git apply -v > cp ptp-clock.cpp ../rpi-rgb-led-matrix > cd ../rpi-rgb-led-matrix > g++ -O2 -std=c++17 ptp-clock.cpp -o ptp-clock \ > -I./include -I./bindings \ > -L./lib -lrgbmatrix -lpthread > ``` ## 3D 打印支架 / 底座 没有任何支撑的话，它看起来有点乱，而且显示器的两个半部分如果没有固定到某个东西上，不容易保持在一起。每个显示器有四个磁性螺丝，所以如果你将它们固定在一个平坦的金属表面上，就可以让它们对齐。 PTP 挂钟 3D 打印支架，用于固定显示器 我设计了这款 3D 打印支架，它将两个显示器固定在一起，并留有一点余地以适应制造公差。我把它上传到了 Printables，如果你想复刻我的制作：[PTP 挂钟支架（Waveshare RGB 矩阵连接器）](https://www.printables.com/model/1624778-ptp-wall-clock-bracket-waveshare-rgb-matrix-connec)。 将来，我可能还会以某种方式将树莓派整合进来，比如放在桌面底座里。但我的安装支架使磁性螺丝高度与其他螺丝一致，所以你可以将它安装到冰箱或其他铁质表面，树莓派则悬在下方。或者，如果数据线和电源线需要在金属上开孔，也可以藏在后面。 ## 结论 您的浏览器不支持视频标签。 既然我有了这个漂亮的 PTP 时间显示器，我需要弄清楚为什么我的 GPS 衍生时间每隔几天就会与 UTC 偏差正负几秒。我认为我正在使用的 Intel i226 网卡处理 PPS 时间输入的方式有问题，我会在此 issue 中继续研究：[https://github.com/geerlingguy/time-pi/issues/28](https://github.com/geerlingguy/time-pi/issues/28)。我可能也会切换到另一个树莓派时间服务器，因为 i226 驱动总体上让我很沮丧。 我要衷心感谢 Oliver Ettlin 分享他的工作，以及他在 39C3 上关于 PTP 的精彩演讲！如果你对 PTP 或网络时间有任何兴趣，请务必观看。如果你想自己制作一个 PTP 挂钟，希望这篇博文对你有帮助 :)