摘要：眼見為憑！用示波器般的精度見證 PTP 的物理脈動

上一回，我們解鎖了 One-Step 模式，看著 Wireshark 裡的封包像上了發條一樣精准，是不是覺得還是有點“虛”？畢竟那些都是網線裡的資料。

今天，我們要玩點硬的！ (Getting Physical)

我們將直接調用Davicom(聯傑)的 DM9058 GPIO 介面，讓這顆晶片把它的“心跳”直接輸出成電子信號。我們會配置一台 Pi 5 做為信號產生器 (Generator)，每秒準時打出一個脈衝；另一台 Pi 5 做為捕捉器 (Capture)，去抓這個脈衝到底准不准。

這不僅僅是測試，這是對 PTP 物理極限的一次 “探底” 行動！

一、 戰地配置 (The Rig)

我們要搭建一個最簡單、但也最殘酷的測試環境：直球對決。

連線示意圖：
DM9058 透過 Ethernet 對接跑 PTP4L 同步。
左側 (GPIO 1) 負責開火，右側 (GPIO 2) 負責中彈紀錄。

二、 改裝武器 (Modding the Code)

官方的測試程式 perout.c 雖然好用，但我們需要它更“聽話”一點。原本的程式是隨機時間開始輸出，我們要把它改成 “絕對正秒” 輸出，這樣我們才能驗證它到底准不准。

目標檔案：dm9058_linux_driver/test/perout.c

修改大法：

發射次數修改 , 10 -> 10000,

#define DURATION 10000 // Duration to observe the perout behavior

我們要強制設零納秒 (nsec = 0)，讓它精確地在 .000000000 發射！

    // ... 前略 ...
    // 設定從現在起 2 秒後開始
    struct timespec ts;
    clockid_t clkid = get_clockid(fd);

    // ... 省略中間 boilerplate ...

    if (clock_gettime(clkid, &ts)) {
        perror("clock_gettime");
        return -1;
    }

    perout.index = 1;
    perout.start.sec = ts.tv_sec + 2;  // 兩秒後開跑

    // [重點修改] 強制歸零！我們要的是絕對正秒！
    perout.start.nsec = 0;            
    perout.period.sec = 1;             // 每秒打一次
    perout.period.nsec = 0;
    // ... 後略 ...

改完之後，在 test/ 目錄下執行 make，編譯出我們專屬的測試工具。

dm9058_linux_driver/test$ make

gcc -Wall -Wextra -g -o perout perout.c ... # 編譯成功！

另外一台 Pi, 接收信號時, 印出 timestamp , 修改接收次數:

目標檔案：dm9058_linux_driver/test/extts.c

int main(int argc, char *argv[])

{

struct ptp_extts_event event;

int n_events = 7200; // 設定要讀取的事件數量

...

這裡我們該 7200 次, 所以估計打 2 個小時

[!NOTE] 重要
測試完成後, Ctrl-C 跳出, 跑 sudo ./stop 停止 GPIO 輸出.

三、 開火！(Fire in the Hole)

一切就緒，見證奇跡的時刻到了。

1.  Input 端 (接收者) 先跑起來等待：
    它會像個狙擊手一樣，靜靜等待 GPIO 信號的到來。
2.  Output 端 (發送者) 執行改裝版 perout：
    ./perout 下去，它就會開始規律地在每一秒的整點發送信號。

我們預期透過 PTP 同步的兩台機器，能夠達成完美的 1.000000000 秒 間隔。任何一點偏差，就是我們常說的 Jitter (抖動)。

四、 真相解密：納秒級的動態平衡 (The Truth)

我們用這個 setup 跑了兩組極端測試，結果令人頭皮發麻。

1. 馬拉松測試 (2小時 Log 分析)

• 樣本數: 7200 (約 2 小時)

--- 統計結果 (Statistics) ---
樣本數 (Count):        7199
平均值 (Mean):         0.999990179 s
標準差 (Std Dev):      0.000000094 s (94 ns)  <-- 看這個！
最小值 (Min):          0.999989986 s
最大值 (Max):          0.999990225 s

2. 閃電戰測試 (1分鐘 Log 分析)

• 交換 GPIO 輸出/輸入方向
• 樣本數: 60 (約 1 分鐘)

--- 統計結果 (Statistics) ---
樣本數 (Count):        59
平均值 (Mean):         1.000000141 s
標準差 (Std Dev):      0.000000117 s (117 ns) <-- 還有這個！

深入解讀：為什麼不是完美的“1秒”？

這就是最有趣的地方！細心的你可能發現了：

*   測試一平均值：0.999990179 s (快了約 9.8 微秒)
*   測試二平均值：1.000000141 s (慢了約 141 納秒)

“這是不是代表不准？”
錯！這恰恰證明了它“活著”！

這就是 1588 PTP 伺服回路 (Servo Loop) 正在工作的聲音。
兩台 Pi 5 上的石英震盪器 (Crystal Oscillator) 受到溫度、電壓的細微影響，頻率無時無刻不在漂移。PTP 就像一個神級賽車手，不斷地微調方向盤：
*   發現 Slave 變慢了？加速追趕！(週期變短)
*   發現 Slave 跑快了？減速等待！(週期變長)

標準差 (Std Dev) 僅約 100 納秒，意味著這個“微調”的過程極其平滑且精確。系統不是死板地固定在某個錯誤值，而是動態地、有機地鎖定在完美的時間軸上。

五、 總結：工業級的浪漫

透過 DM9058，我們把 Raspberry Pi 4/5 從一個“玩具”變成了一台工業級精密儀器。

當你看到示波器（或 log）上那 100 ns 等級的抖動資料時，你看到的不再是冰冷的電子信號，而是兩顆晶片跨越網線，在納秒尺度上進行的一場完美協奏曲。

這，就是我們追求的 One-Step 終極同步。

第一篇：玩家篇 樹莓派 Pi 5 核心效能結合 DM9058 1588 擴展 (一)：高速 SPI 介面應用教學

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