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为了实现工业基础设施所需的纳秒级时间同步,作者使用树莓派 CM4 和廉价的 GPS 模块构建了一个 PTP(精确时间协议)主时钟,新零件总成本约 103 美元。
通过利用 CM4 的 BCM54210PE 以太网 PHY(支持硬件级 IEEE 1588v2 时间戳),该系统绕过了内核级的抖动,实现了亚微秒级的精度。该设备集成了基于 u-blox M10 的 GPS 模块,利用秒脉冲(PPS)信号来校准 PHC(PTP 硬件时钟)。
主要挑战包括内核对 PTP 的特定支持、修复 SYNC_OUT 引脚配置错误,以及确保 SatPulse、`ptp4l` 和 `chrony` 之间的服务协同。测试证实,该主时钟能够将 GPS 偏差控制在约 7 纳秒以内,且在连接到硬件交换架构时,客户端同步精度可保持在 100 纳秒以内。
虽然该设备缺少昂贵商业产品中配备的高稳定性 TCXO 振荡器,但在 10 小时的保持测试中仍维持了 15 毫秒的精度。该项目证明,消费级硬件配合适当的软件栈和网络拓扑,能够以仅相当于商业替代品一小部分的成本,提供专业级的时间同步功能。