九、W5100S/W5500+RP2040树莓派Pico＜SNTP 获取网络时间＞

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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：

1. 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。
2. 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。
3. 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：

1. 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。
2. 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。
3. 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

1. W5100S/W6100 支持 8bit数据总线接口，网络传输速度会优于W5500。
2. 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。
3. 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