PPS - 每秒脉冲信号¶
版权所有 (C) 2007 Rodolfo Giometti <giometti@enneenne.com>
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分发本程序是希望它有用，但不作任何担保；甚至没有对适销性或针对特定用途的适用性的暗示担保。有关更多详细信息，请参阅 GNU 通用公共许可证。
概述¶
LinuxPPS 提供了一个编程接口 (API)，用于在系统中定义多个 PPS 源。
PPS 代表“每秒脉冲信号”，PPS 源只是一个设备，它每秒提供一个高精度信号，以便应用程序可以使用它来调整系统时钟时间。
PPS 源可以连接到串行端口（通常连接到数据载波检测引脚）或并行端口（ACK 引脚）或特殊的 CPU GPIO（这是嵌入式系统中的常见情况），但在每种情况下，当新的脉冲到达时，系统必须对其应用时间戳并将其记录到用户空间。
常见的用法是将 NTPD 作为用户空间程序，与 GPS 接收器作为 PPS 源结合使用，以获得与 UTC 具有亚毫秒级同步的挂钟时间。
RFC 注意事项¶
在实现 RFC 2783 定义的 PPS API 并使用嵌入式 CPU GPIO 引脚作为信号的物理链路时，我遇到了一个更深层次的问题
在启动时，它需要一个文件描述符作为函数 time_pps_create() 的参数。
这意味着源具有 /dev/... 条目。 对于串行和并行端口，此假设是正确的，除了收集时间戳（这是 PPS API 的核心任务）之外，您还可以做一些有用的事情。 但是对于单用途 GPIO 线，此假设不适用。 在这种情况下，即使是基本的文件相关功能（如 read() 和 write()）也毫无意义，并且不应成为使用 PPS API 的前提条件。
如果您认为 PPS 源并不总是与 GPS 数据源连接，则可以简单地解决此问题。
因此，您的程序应检查 GPS 数据源（例如，串行端口）是否也是 PPS 源，如果不是，它们应提供打开另一个设备作为 PPS 源的可能性。
在 LinuxPPS 中，PPS 源只是通常映射到文件 /dev/pps0、/dev/pps1 等的字符设备。
带 USB 到串行设备的 PPS¶
可以从 USB 到串行设备获取 PPS。 但是，您应该考虑到 USB 堆栈引入的延迟和抖动。 用户报告说，通过 USB 与 PPS 同步时，时钟不稳定在 +-1ms 左右。 使用 USB 2.0，抖动可能会降低到 125 微秒的量级。
由于其欠采样和算法，这可能适用于与 NTP 的时间服务器同步。
如果您的设备没有报告 PPS，您可以检查其驱动程序是否支持该功能。 大多数情况下，您只需要在检查 DCD 状态后添加对 usb_serial_handle_dcd_change 的调用（请参阅 ch341 和 pl2303 示例）。
编码示例¶
要在内核中注册 PPS 源，您应按如下所示定义 struct pps_source_info
static struct pps_source_info pps_ktimer_info = {
.name = "ktimer",
.path = "",
.mode = PPS_CAPTUREASSERT | PPS_OFFSETASSERT |
PPS_ECHOASSERT |
PPS_CANWAIT | PPS_TSFMT_TSPEC,
.echo = pps_ktimer_echo,
.owner = THIS_MODULE,
};
然后在您的初始化例程中调用函数 pps_register_source()，如下所示
source = pps_register_source(&pps_ktimer_info,
PPS_CAPTUREASSERT | PPS_OFFSETASSERT);
pps_register_source() 原型是
int pps_register_source(struct pps_source_info *info, int default_params)
其中“info”是指向描述特定 PPS 源的结构的指针，“default_params”告诉系统设备的初始默认参数应该是什么（很明显，这些参数必须是描述驱动程序功能的 struct pps_source_info 中定义的参数的子集）。
一旦您在系统中注册了一个新的 PPS 源，您就可以使用以下方式发出断言事件（例如在中断处理程序例程中）
pps_event(source, &ts, PPS_CAPTUREASSERT, ptr)
其中“ts”是事件的时间戳。
如果用户要求，同一函数也可以运行定义的 echo 函数 (pps_ktimer_echo()，将“ptr”指针传递给它)...等等。
请参阅文件 drivers/pps/clients/pps-ktimer.c 以获取示例代码。
SYSFS 支持¶
如果在内核中启用了 SYSFS 文件系统，它将提供一个新类
$ ls /sys/class/pps/
pps0/ pps1/ pps2/
每个目录都是系统中定义的 PPS 源的 ID，在其中您会找到几个文件
$ ls -F /sys/class/pps/pps0/
assert dev mode path subsystem@
clear echo name power/ uevent
在每个“assert”和“clear”文件中，您都可以找到时间戳和序列号
$ cat /sys/class/pps/pps0/assert
1170026870.983207967#8
在“#”之前是时间戳（以秒为单位）；之后是序列号。 其他文件是
echo：报告 PPS 源是否具有 echo 函数；
mode：报告可用的 PPS 功能模式；
name：报告 PPS 源的名称；
path：报告 PPS 源的设备路径，即 PPS 源连接到的设备（如果存在）。
测试 PPS 支持¶
为了在没有特定硬件的情况下测试 PPS 支持，您可以使用 pps-ktimer 驱动程序（请参阅 PPS 配置菜单中的客户端子部分）和您的发行版 pps-tools 包中提供的用户空间工具，http://linuxpps.org ，或 https://github.com/redlab-i/pps-tools。
一旦您启用了 pps-ktimer 的编译，只需 modprobe 它（如果不是静态编译）
# modprobe pps-ktimer
然后按如下所示运行 ppstest
$ ./ppstest /dev/pps1
trying PPS source "/dev/pps1"
found PPS source "/dev/pps1"
ok, found 1 source(s), now start fetching data...
source 0 - assert 1186592699.388832443, sequence: 364 - clear 0.000000000, sequence: 0
source 0 - assert 1186592700.388931295, sequence: 365 - clear 0.000000000, sequence: 0
source 0 - assert 1186592701.389032765, sequence: 366 - clear 0.000000000, sequence: 0
请注意，要编译用户空间程序，您需要文件 timepps.h。 这在上面提到的 pps-tools 存储库中可用。
发生器¶
有时，人们不仅需要能够捕获 PPS 信号，还需要能够生成它们。 例如，运行一个分布式模拟，这要求计算机的时钟非常紧密地同步。
为此，添加了类 pps-gen。 可以通过定义一个 struct pps_gen_source_info 来在内核中注册 PPS 生成器，如下所示
static const struct pps_gen_source_info pps_gen_dummy_info = {
.use_system_clock = true,
.get_time = pps_gen_dummy_get_time,
.enable = pps_gen_dummy_enable,
};
其中 use_system_clock 说明生成器是否使用系统时钟来生成其脉冲，或者它们是否来自外围设备时钟。 方法 get_time() 用于查询存储在生成器时钟中的时间，而方法 enable() 用于启用或禁用 PPS 脉冲生成。
然后在您的初始化例程中调用函数 pps_gen_register_source()，如下所示，以在系统中创建一个新的生成器
pps_gen = pps_gen_register_source(&pps_gen_dummy_info);
生成器 SYSFS 支持¶
如果在内核中启用了 SYSFS 文件系统，它将提供一个新类
$ ls /sys/class/pps-gen/
pps-gen0/ pps-gen1/ pps-gen2/
每个目录都是系统中定义的 PPS 生成器的 ID，在其中您会找到几个文件
$ ls -F /sys/class/pps-gen/pps-gen0/
dev enable name power/ subsystem@ system time uevent
要启用 PPS 信号生成，您可以使用以下命令
$ echo 1 > /sys/class/pps-gen/pps-gen0/enable
并行端口生成器¶
一种方法是发明一些复杂的硬件解决方案，但它可能既没有必要也没有负担得起。 廉价的方法是在其中一台计算机（主计算机）上加载 PPS 生成器，在其他计算机（从计算机）上加载 PPS 客户端，并使用非常简单的电缆通过并行端口传递信号，例如。
并行端口电缆引脚排列
pin name master slave
1 STROBE *------ *
2 D0 * | *
3 D1 * | *
4 D2 * | *
5 D3 * | *
6 D4 * | *
7 D5 * | *
8 D6 * | *
9 D7 * | *
10 ACK * ------*
11 BUSY * *
12 PE * *
13 SEL * *
14 AUTOFD * *
15 ERROR * *
16 INIT * *
17 SELIN * *
18-25 GND *-----------*
请注意，并行端口中断仅在高 -> 低转换时发生，因此它用于 PPS 断言边沿。 只能通过在中断处理程序中轮询来确定 PPS 清除边沿，这实际上可以更精确地完成，因为中断处理延迟可能非常大且随机。 因此，当前的 parport PPS 生成器实现（pps_gen_parport 模块）倾向于使用清除边沿进行时间同步。
清除边沿轮询是在禁用中断的情况下完成的，因此最好选择断言和清除边沿之间的延迟尽可能小，以减少系统延迟。 但如果它太小，从机将无法捕获清除边沿转换。 在大多数情况下，30us 的默认值应该足够好。 可以使用“delay”pps_gen_parport 模块参数选择延迟。
英特尔定时 I/O PPS 信号发生器¶
英特尔定时 I/O 是一种高精度设备，存在于 2019 年及更新的英特尔 CPU 上，可以生成 PPS 信号。
定时 I/O 和系统时间都由同一硬件时钟驱动。 信号的生成精度约为 20 纳秒。 生成的 PPS 信号用于将外部设备与系统时钟同步。 例如，它可用于与接收由定时 I/O 设备生成的 PPS 信号的设备共享您的时钟。 有专用的定时 I/O 引脚可将 PPS 信号传递到外部设备。
使用英特尔定时 I/O 作为 PPS 生成器
开始生成 PPS 信号
$echo 1 > /sys/class/pps-gen/pps-genx/enable
停止生成 PPS 信号
$echo 0 > /sys/class/pps-gen/pps-genx/enable