文章目录
- 1 前言
- 2 协议简介
- 2.1 什么是SNTP
- 2.2 SNTP的优点
- 2.3 SNTP原理
- 2.4 应用场景
- 3 WIZnet以太网芯片
- 4 SNTP网络设置示例概述以及使用
- 4.1 流程图
- 4.2 准备工作核心
- 4.3 连接方式
- 4.4 主要代码概述
- 4.5 结果演示
- 5 注意事项
- 6 相关链接
1 前言
随着科技的不断进步和应用需求的不断变化,SNTP协议也面临着一些挑战和机遇。随着网络技术的普及和物联网设备的增多,对于更精确的时间同步和更高效的同步方法的需求也将增加。
W5100S/W5500是一款集成全硬件 TCP/IP 协议栈的嵌入式以太网控制器,同时也是一颗工业级以太网控制芯片。本教程将介绍W5100S/W5500以太网SNTP应用的基本原理、使用步骤、应用实例以及注意事项,帮助读者更好地掌握这一技术。
2 协议简介
2.1 什么是SNTP
SNTP(Simple Network Time Protocol)是网络时间协议的简化版,它是一种用于在网络计算机上同步计算机时间的协议。
SNTP协议采用客户端/服务器的工作方式,可以单播或者广播模式操作。SNTP服务器通过接收GPS信号或自带的原子钟作为系统的时间基准。在单播模式下,SNTP客户端能够通过定期访问SNTP服务器获得准确的时间信息,用于调整客户端自身所在系统的时间,达到同步时间的目的。
2.2 SNTP的优点
SNTP的优点主要包括:
- 高度精确性:SNTP可以提供高度精确的时间同步,它可以将计算机时钟与全球卫星网络同步。这个同步可以达到10毫秒的精度,这对于计算机系统的日志、文件备份和还原等操作都非常重要。
- 网络延迟自适应:SNTP可以自动适应网络延迟的变化。当网络延迟变化时,SNTP可以自动调整时间戳,确保所有计算机都同步到正确的时间。
- 轻量级:与NTP相比,SNTP是一个轻量级的协议,它在网络中传输的数据量很小。这使得SNTP非常适合于低带宽、高延迟的网络环境中
2.3 SNTP原理
工作原理是采用客户端/服务器的工作方式,可以通过单播(点对点)或者广播(一点对多点)模式操作。SNTP服务器通过接收GPS信号或自带的原子钟作为系统的时间基准。
在单播模式下,SNTP客户端可以通过定期访问SNTP服务器获得准确的时间信息,用于调整客户端自身所在系统的时间,达到同步时间的目的。
而在广播模式下,SNTP服务器会周期性地发送消息给指定的IP广播地址或者IP多播地址,SNTP客户端通过监听这些地址来获得时间信息。
网络中一般存在很多台SNTP服务器,客户端会通过一定的算法选择最好的几台服务器使用。如果一台SNTP服务器在工作过程中失去了外部时间源,此时该SNTP服务器会告诉SNTP客户端“我失去了外部时间”。当SNTP客户端收到这个信息时,就会丢弃发生故障的SNTP服务器发给它的时间信息,然后重新选择其他的SNTP服务器。
2.4 应用场景
SNTP协议广泛应用于以下场景:
- 网络设备时间同步:路由器、交换机等网络设备使用SNTP协议来同步时间,确保网络设备具有一致的时间标准。
- 日志记录:服务器、计算机等系统使用SNTP协议来同步时间,确保日志记录的时间准确无误。
- 电子商务:电子商务系统使用SNTP协议来同步时间,确保订单、交易等操作的时间一致性。
除上述外,SNTP还被应用于计算机网络仿真、军事仿真和城市仿真等领域,SNTP计算方法可以用于模拟各种网络拓扑结构、协议和流量,以及战场环境和作战行动,为这些领域的网络设计和优化、军事决策、城市交通等提供支持。
3 WIZnet以太网芯片
WIZnet 主流硬件协议栈以太网芯片参数对比
Model | Embedded Core | Host I/F | TX/RX Buffer | HW Socket | Network Performance |
---|---|---|---|---|---|
W5100S | TCP/IPv4, MAC & PHY | 8bit BUS, SPI | 16KB | 4 | Max.25Mbps |
W6100 | TCP/IPv4/IPv6, MAC & PHY | 8bit BUS, Fast SPI | 32KB | 8 | Max.25Mbps |
W5500 | TCP/IPv4, MAC & PHY | Fast SPI | 32KB | 8 | Max 15Mbps |
- W5100S/W6100 支持 8bit数据总线接口,网络传输速度会优于W5500。
- W6100 支持IPV6,与W5100S 硬件兼容,若已使用W5100S的用户需要支持IPv6,可以Pin to Pin兼容。
- W5500 拥有比 W5100S更多的 Socket数量以及发送与接收缓存。
4 SNTP网络设置示例概述以及使用
4.1 流程图
程序的运行框图如下所示:
4.2 准备工作核心
软件
- Visual Studio Code
- WIZnet UartTool
硬件
- W5100SIO模块 + RP2040 树莓派Pico开发板 或者 WIZnet W5100S-EVB-Pico开发板
- Micro USB 接口的数据线
- TTL 转 USB
- 网线
4.3 连接方式
- 通过数据线连接PC的USB口(主要用于烧录程序,也可以虚拟出串口使用)
- 通过TTL串口转USB,连接UART0 的默认引脚:
- RP2040 GPIO0(UART0 TX) <----> USB_TTL_RX
- RP2040 GPIO1(UART0 RX) <----> USB_TTL_TX
- 使用模块连接RP2040进行接线时
- RP2040 GPIO16 <----> W5100S MISO
- RP2040 GPIO17 <----> W5100S CS
- RP2040 GPIO18 <----> W5100S SCK
- RP2040 GPIO19 <----> W5100S MOSI
- RP2040 GPIO20 <----> W5100S RST
- 通过PC和设备都通过网线连接路由器LAN口
4.4 主要代码概述
我们使用的是WIZnet官方的ioLibrary_Driver库。该库支持的协议丰富,操作简单,芯片在硬件上集成了TCP/IP协议栈,该库又封装好了TCP/IP层之上的协议,我们只需简单调用相应函数即可完成协议的应用。
第一步:sntp_client.c文件中加入对应的.h文件。
第二步:定义DHCP配置需要的宏。
第三步:网络信息的配置还有获取网络时间的服务器,以及配置时区,这里配置的是东八区可以找到sntp.c文件下找到东八区的编号是39。
第四步:编写定时器回调处理函数,用于DHCP 1s滴答定时器处理函数。
第五步:主函数先是对串口和SPI的初始化,然后写入W5100S的网络配置参数,初始化DHCP后开始DHCP获取IP,获取到就打印获取到的IP,获取次数超过最大获取次数时就使用静态IP,之后对SNTP传入socket号、服务器IP、时区序号、缓存buff进行初始化,主循环执行获取网络时间并且每一秒打印一次消息。
#include <stdio.h>
#include "pico/stdlib.h"
#include "pico/binary_info.h"
#include "hardware/spi.h"#include "wizchip_conf.h"
#include "bsp_spi.h"
#include "socket.h"
#include "sntp.h"
#include "dhcp.h"#define SOCKET_ID 0
#define ETHERNET_BUF_MAX_SIZE (1024 * 2)
#define DHCP_RETRY_COUNT 5 // DHCP retry timeswiz_NetInfo net_info = {.mac = {0x00, 0x08, 0xdc, 0x16, 0xed, 0x2e}, // Define MAC variables.ip = {192, 168, 1, 10}, // Define IP variables.sn = {255, 255, 255, 0}, // Define subnet variables.gw = {192, 168, 1, 1}, // Define gateway variables.dns = {8, 8, 8, 8}, // Define DNS variables.dhcp = NETINFO_DHCP}; // Define the DNCP mode
wiz_NetInfo get_info;
static uint8_t ethernet_buf[ETHERNET_BUF_MAX_SIZE] = {0,
};
static uint8_t sntp_server_ip[4] = {202, 112, 10, 60};
static uint16_t timezone = 39;
static uint8_t sntp_get_ip_count = 0;
datetime date;
static uint8_t dhcp_get_ip_flag = 0; // Define the DHCP acquisition flag/*** @brief Timer callback processing function, used for dhcp timing processing* @param repeating :Timer structure* @return bool*/
bool repeating_timer_callback(struct repeating_timer *t);/*** @brief Initialization of chip network information* @param conf_info :Static configuration information* @return none*/
void network_init(wiz_NetInfo *conf_info);int main()
{struct repeating_timer timer; // Define the timer structure/*mcu init*/stdio_init_all(); // Initialize the main control peripheralwizchip_initialize(); // spi initialization/*dhcp init*/DHCP_init(SOCKET_ID, ethernet_buf); // DHCP initializationadd_repeating_timer_ms(1000, repeating_timer_callback, NULL, &timer); // Add DHCP 1s Tick Timer handlernetwork_init(&net_info); // Configuring Network Informationprint_network_information(&get_info); // Read back the configuration information and print it/*sntp init*/SNTP_init(SOCKET_ID, sntp_server_ip, timezone, ethernet_buf); // NTP protocol initialization parametersprintf("wiznet chip sntp client example.\r\n");while (true){sntp_get_ip_count++;sleep_ms(1000); // Print once a secondSNTP_run(&date); // The NTP protocol obtains the current time from the server at the time of authorizationif (sntp_get_ip_count > 2){printf("NOW: %d-%d-%d %d:%d:%d\r\n", date.yy, date.mo, date.dd, date.hh, date.mm, date.ss);}}
}
4.5 结果演示
- 打开WIZ UartTool,填入参数:选择串口对应的COM Port,波特率115200,8位数据位,1位停止位,无校验位,无流控,填完参数后点击open打开。
- 按下复位后,看到串口每一秒进行打印一次网络时间,表示获取网络时间成功。
5 注意事项
- 需要选择一个可信赖的网络时间服务器,确保所选服务器支持您使用的网络时间协议。
- 为了确保输出的时间在不同的时区中保持一致,您应该使用相应的时区编号。您可以使用timezone编号选择特定的时区。
- 如果想用WIZnet的W5500来实现本章的示例,我们只需修改两个地方即可:
(1)在library/ioLibrary_Driver/Ethernet/下找到wizchip_conf.h这个头文件,将_WIZCHIP_ 宏定义修改为W5500;
(2)在library下找到CMakeLists.txt文件,将COMPILE_SEL设置为ON即可,OFF为W5100S,ON为W5500。
6 相关链接
WIZnet官网
WIZnet官方库链接
本章例程链接
想了解更多,评论留言哦!