WIFI学习六（SNTP）

简介

SNPT（Simple Network Time Protocal简单网络时间协议）用于跨广域网或局域网时间同步的协议，具有较高的精确度（几十毫秒）。SNTP是NTP协议的简化版

SNTP的工作方式

SNTP协议采用客户端/服务器的工作方式，可以采用单播（点对点）或者广播（一点对多点）模式操作。

单播模式下，客户端能够通过定期访问SNTP服务器来获取精确的时间信息，用于调整客户端自身的系统时间。

广播模式下。SNTP服务器周期性地发送消息给指定的IP广播地址或IP多播地址。SNTP客户端通过监听这些地址来获取时间信息。

网络中一般存在多台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发生异常，则会通知SNTP客户端，那么SNTP客户端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。

SNTP校准原理

SNTP协议主要是通过记录客户端向服务器发送数据包时的时间戳 t1，服务器端接收到该数据包时的时间戳 t2，服务器向客户端回应的时间戳 t3和最后客户端接收到服务器回应时的时间戳 t4来计算客户端时间和服务端时间的偏差，从而进行校准时间操作，如下图所示：

则 t1 和 t2之间的时间差为((t2 - t1) + (t4 - t3)) / 2

数据包在网络上传输的时间为(t2 - t1) + (t4 - t3)

获取到时间差后，设备会校准RTC时间，来保证时间的正确性。

源码分析

sntp_setoperatingmode()

设置操作模式

函数原型：

void sntp_setoperatingmode(u8_t operating_mode);

参数：

operating_mode 操作模式

SNTP_OPMODE_POLL //单播模式
SNTP_OPMODE_LISTENONLY //组播模式

返回值：

无

实例：

sntp_setoperatingmode(SNTP_OPMODE_POLL);  //设置为单播模式

sntp_setservername()

设置要连接的服务器主机名字

函数原型：

void sntp_setservername(u8_t idx, const char *server)
{LWIP_ASSERT_CORE_LOCKED();if (idx < SNTP_MAX_SERVERS) {sntp_servers[idx].name = server;}
}

参数：

idx 服务器编号。

server 服务器名字。

可以看到，服务器可以设置多个，而数量的大小取决于SNTP_MAX_SERVERS参数。这个值可以根据需求自行设置。

返回值：

无

实例：

sntp_setservername(0, "1.cn.pool.ntp.org");sntp_setservername(1, "1.hk.pool.ntp.org");

sntp_setserver()

设置要连接的服务器主机IP

函数原型：

void sntp_setserver(u8_t idx, const ip_addr_t *server)
{LWIP_ASSERT_CORE_LOCKED();if (idx < SNTP_MAX_SERVERS) {if (server != NULL) {sntp_servers[idx].addr = (*server);} else {ip_addr_set_zero(&sntp_servers[idx].addr);}
#if SNTP_SERVER_DNSsntp_servers[idx].name = NULL;
#endif}
}

参数：

idx 服务器编号。

server 服务器IP地址。

返回值：

无

实例：

struct ip4_addr test_addr;
IP4_ADDR(&test_addr, 213, 161, 194, 93);sntp_setserver(0, (const ip_addr_t *)(&test_addr));IP4_ADDR(&test_addr, 129, 6, 15, 29);sntp_setserver(1, (const ip_addr_t *)(&test_addr));

sntp_init()

初始化SNTP模块，并创建UDP连接。

函数原型：

void sntp_init(void)
{
#ifdef SNTP_SERVER_ADDRESS
#if SNTP_SERVER_DNSsntp_setservername(0, SNTP_SERVER_ADDRESS);
#else
#error SNTP_SERVER_ADDRESS string not supported SNTP_SERVER_DNS==0
#endif
#endif /* SNTP_SERVER_ADDRESS */if (sntp_pcb == NULL) {sntp_pcb = udp_new_ip_type(IPADDR_TYPE_ANY);    //创建一个UDP PCB(协议控制块),IPV4+IPV6LWIP_ASSERT("Failed to allocate udp pcb for sntp client", sntp_pcb != NULL);if (sntp_pcb != NULL) {udp_recv(sntp_pcb, sntp_recv, NULL);    //设置udp接收回调if (sntp_opmode == SNTP_OPMODE_POLL) {  //是单播模式SNTP_RESET_RETRY_TIMEOUT();
#if SNTP_STARTUP_DELAYsys_timeout((u32_t)SNTP_STARTUP_DELAY_FUNC, sntp_request, NULL);
#elsesntp_request(NULL); //请求
#endif} else if (sntp_opmode == SNTP_OPMODE_LISTENONLY) { //广播模式ip_set_option(sntp_pcb, SOF_BROADCAST);udp_bind(sntp_pcb, IP_ANY_TYPE, SNTP_PORT); //绑定}}}
}

参数：

无

返回值：

无

udp_new_ip_type()

创建一个针对IP类型的PCB（Protocol Control Block协议控制块）

函数原型：

struct udp_pcb *udp_new_ip_type(u8_t type)
{struct udp_pcb *pcb;LWIP_ASSERT_CORE_LOCKED();pcb = udp_new();  //创建一个UDP
#if LWIP_IPV4 && LWIP_IPV6if (pcb != NULL) {IP_SET_TYPE_VAL(pcb->local_ip,  type);IP_SET_TYPE_VAL(pcb->remote_ip, type);}
#elseLWIP_UNUSED_ARG(type);
#endif /* LWIP_IPV4 && LWIP_IPV6 */return pcb;
}

参数：

type IP地址类型，类型如下

enum lwip_ip_addr_type {/** IPv4 */IPADDR_TYPE_V4 =   0U,/** IPv6 */IPADDR_TYPE_V6 =   6U,/** IPv4+IPv6 ("dual-stack") */IPADDR_TYPE_ANY = 46U
};

返回值：

NULL失败

其他值 UDP的协议控制块

实例：

static struct udp_pcb* sntp_pcb;
sntp_pcb = udp_new_ip_type(IPADDR_TYPE_ANY); 
if (sntp_pcb != NULL) {//成功
}

udp_recv()

设置一个接收回调，从UDP的协议控制块中

函数原型：

void udp_recv(struct udp_pcb *pcb, udp_recv_fn recv, void *recv_arg)
{LWIP_ASSERT_CORE_LOCKED();LWIP_ERROR("udp_recv: invalid pcb", pcb != NULL, return);/* remember recv() callback and user data */pcb->recv = recv;pcb->recv_arg = recv_arg;
}

参数：

pcb UDP协议控制块，由udp_new_ip_type返回所得。

recv UDP接收的回调函数、

recv_arg UDP接收的回调函数的参数

返回值：

无

实例：

udp_recv(sntp_pcb, sntp_recv, NULL);

sntp_request()

发送SNTP请求

函数原型：

static void sntp_request(void *arg)
{ip_addr_t sntp_server_address;err_t err;LWIP_UNUSED_ARG(arg);/* initialize SNTP server address */
#if SNTP_SERVER_DNSif (sntp_servers[sntp_current_server].name) {/* always resolve the name and rely on dns-internal caching & timeout */ip_addr_set_zero(&sntp_servers[sntp_current_server].addr);err = dns_gethostbyname(sntp_servers[sntp_current_server].name, &sntp_server_address,sntp_dns_found, NULL);if (err == ERR_INPROGRESS) {/* DNS request sent, wait for sntp_dns_found being called */LWIP_DEBUGF(SNTP_DEBUG_STATE, ("sntp_request: Waiting for server address to be resolved.\n"));return;} else if (err == ERR_OK) {sntp_servers[sntp_current_server].addr = sntp_server_address;}} else
#endif /* SNTP_SERVER_DNS */{sntp_server_address = sntp_servers[sntp_current_server].addr;err = (ip_addr_isany_val(sntp_server_address)) ? ERR_ARG : ERR_OK;}if (err == ERR_OK) {LWIP_DEBUGF(SNTP_DEBUG_TRACE, ("sntp_request: current server address is %s\n",ipaddr_ntoa(&sntp_server_address)));sntp_send_request(&sntp_server_address);} else {/* address conversion failed, try another server */LWIP_DEBUGF(SNTP_DEBUG_WARN_STATE, ("sntp_request: Invalid server address, trying next server.\n"));sys_timeout((u32_t)SNTP_RETRY_TIMEOUT, sntp_try_next_server, NULL);}
}

参数：

可以忽略

返回值：

无

实例：

sntp_request(NULL); //请求

sntp_recv()

UDP从SNTP的PCB的接收回调

函数原型：

static void sntp_recv(void *arg, struct udp_pcb* pcb, struct pbuf *p, const ip_addr_t *addr,u16_t port)

参数：

arg：接收的数据传参

pcb：协议控制块

p：接收到的数据

addr：IP地址

Port：端口

返回值：

无

整个函数中，需要注意的是sntp_process函数，该函数相当于对接收到的数据进行数据处理。

sntp_process()

对接收到的时间数据进行处理

函数原型：

static void sntp_process(const struct sntp_timestamps *timestamps)
{s32_t sec;u32_t frac;sec = (s32_t)lwip_ntohl(timestamps->xmit.sec);frac = lwip_ntohl(timestamps->xmit.frac);#if SNTP_COMP_ROUNDTRIP
# if SNTP_CHECK_RESPONSE >= 2 if (timestamps->recv.sec != 0 || timestamps->recv.frac != 0)
# endif{LOGI("Roundtrip compare processing...\n");s32_t dest_sec;u32_t dest_frac;u32_t step_sec;SNTP_GET_SYSTEM_TIME_NTP(dest_sec, dest_frac);step_sec =(dest_sec < sec) ? ((u32_t)sec - (u32_t)dest_sec) : ((u32_t)dest_sec - (u32_t)sec);/* In order to avoid overflows, skip the compensation if the clock step* is larger than about 34 years. */if ((step_sec >> 30) == 0) {s64_t t1, t2, t3, t4;/* t4 the time sntp client recv the reply, or the current time. */t4 = SNTP_SEC_FRAC_TO_S64(dest_sec, dest_frac);/* t3 the time sntp server transmitt the reply. */t3 = SNTP_SEC_FRAC_TO_S64(sec, frac);/* t1 the time sntp client send a request. */t1 = SNTP_TIMESTAMP_TO_S64(timestamps->orig);/* t2 the time sntp server recv the request. */t2 = SNTP_TIMESTAMP_TO_S64(timestamps->recv);/* Clock offset calculation according to RFC 4330 */t4 += ((t2 - t1) + (t3 - t4)) / 2;sec = (s32_t)((u64_t)t4 >> 32);frac = (u32_t)((u64_t)t4);}}
#endif /* SNTP_COMP_ROUNDTRIP */			time_t tim = (u32_t)((sec) + DIFF_SEC_1970_2036);/* change system time and/or the update the RTC clock */SNTP_SET_SYSTEM_TIME(sec);/* display local time from GMT time *///LWIP_DEBUGF(SNTP_DEBUG_TRACE, ("sntp_process: %s", ctime(&tim)));LOGI("sntp_process: %s", ctime(&tim));LWIP_UNUSED_ARG(tim);
}

参数：

timestamps 时间戳，结构体类型如下：

struct sntp_timestamps
{
#if SNTP_COMP_ROUNDTRIP || SNTP_CHECK_RESPONSE >= 2  struct sntp_time orig;  //发送前时间戳struct sntp_time recv;  //接收到时间戳
#endif  struct sntp_time xmit;  //传输
};

sntp_time类型如下：

struct sntp_time
{u32_t sec;  //秒u32_t frac; //毫秒
};

返回值：

无

从上述代码中可以看到，实际上正如在文章开头所讲的那样，SNTP是根据时间差来进行校准时间，计算后得到结果后，需要关注的函数是SNTP_SET_SYSTEM_TIME，后续的数据处理，都在该函数中进行。

#define SNTP_SET_SYSTEM_TIME(sec) sntp_set_system_time((u32_t)((sec)+DIFF_SEC_1970_2036),0)

sntp_set_system_time()

sntp根据计算得到的结果来设置系统时间。

函数原型：

static void sntp_set_system_time(time_t t, u32_t us)
{struct tm *gt = NULL;hal_rtc_time_t r_time;hal_rtc_status_t st = HAL_RTC_STATUS_OK;LOGI("sntp_set_system_time input:  %"U32_F" s,%"U32_F" us\n",t,us);gt = gmtime(&t);if (gt == NULL) {gt = localtime(&t);}r_time.rtc_year = (gt->tm_year % 100);r_time.rtc_mon = gt->tm_mon + 1;r_time.rtc_day = gt->tm_mday;r_time.rtc_week = gt->tm_wday;r_time.rtc_hour = gt->tm_hour;r_time.rtc_min = gt->tm_min;r_time.rtc_sec = gt->tm_sec;st = hal_rtc_set_time(&r_time);if (sntp_cb) {LOGI("sntp callback\n");sntp_cb(r_time);}LOGI("sntp(%d %d %d ",gt->tm_wday,gt->tm_mon,gt->tm_mday); LOGI("%d:%d:%d %d)\n",gt->tm_hour,gt->tm_min,gt->tm_sec,gt->tm_year); LOGI("sntp(atx):(%d:%d)\n",gt->tm_isdst,gt->tm_yday); LOGI("sntp st1(%u)\n",st);st = hal_rtc_get_time(&r_time);(void)st;LOGI("sntp(%u  %u  %u ",r_time.rtc_week,r_time.rtc_mon,r_time.rtc_day); LOGI("%u:%u:%u %u)\n",r_time.rtc_hour,r_time.rtc_min,r_time.rtc_sec,r_time.rtc_year); LOGI("sntp st2(%u)\n",st);
}

参数：

t 时间戳

us 微秒

返回值：

无

该函数将数据进行划分计算，得到最终需要的数据结果，然后设置本地的RTC时间。设置完成后，调用sntp_cb函数来进行用户自己的操作。

sntp_set_callback()

设置用户自定义的回调结果

函数原型：

void sntp_set_callback(sntp_callback callback)
{sntp_cb = callback;
}

参数：

callback 用户自定义回调结果

返回值：

无