摘要

本文為上篇，介紹如何將 AT32F403A 微控制器搭配 DM9058 網路控制器作為 PTP End Slave 的完整環境建置流程，包括硬體連接、軟體初始化、以及平台 bring-up 的詳細步驟。

關鍵特色：

• 完整的三層 PTP 拓撲（Topology）：GM → TC → ES
• PTP One-Step 模式 + E2E Transparent Clock
• 硬體時間戳記支援（DM9058）
• 詳細的 AT32F403A + DM9058 Bring-up / 環境建置（⭐ 本文重點）
• 完整程式碼範例與驗證方法

適用讀者：

• 嵌入式系統工程師
• 工業自動化開發者
• 時間同步系統研發人員
• 對 IEEE 1588 PTP 感興趣的技術人員

1. 引言與背景

1.1 為什麼需要 PTP？

在現代工業自動化、測試測量、音視頻傳輸等領域，多個設備之間的高精度時間同步至關重要。傳統的 NTP（Network Time Protocol）只能提供毫秒級精度，無法滿足許多應用需求。

IEEE 1588 PTP 能夠實現：

• Sub-microsecond 精度：同步精度可達 100 納秒以內
• 硬體時間戳記：利用硬體捕捉精確時間
• 確定性延遲：透過 Transparent Clock 修正網路延遲

1.2 本文實作目標

建立一個完整可驗證的 PTP 時間同步系統，並著重介紹 AT32F403A 作為 End Slave 的實作細節，包括：

1. 硬體連接與初始化（SPI、GPIO、中斷配置）
2. PTP Daemon 軟體整合
3. 時間同步驗證方法
4. 常見問題與除錯技巧

1.3 系統拓撲（Topology）概覽

本文使用以下固定拓撲（Topology）進行實作：

文章重點分配：

• 上篇（本文）：AT32F403A + DM9058 Bring-up 與環境建置（如何跑起來）
• 下篇：系統整合與測試（如何量測、如何除錯）

2. 系統架構

2.1 整體系統拓撲圖（System Topology）

以下圖展示完整的 PTP 時間同步拓撲（Topology），包含 Sync 與 Delay 訊息的雙向流向。

圖說：

• 綠色：Grandmaster（時間源）
• 金色：Transparent Clock（網路中繼，自動修正延遲）
• 藍色：End Slave（本文實作重點）
• 實線箭頭：Sync 訊息流向（Forward Path）
• 虛線箭頭：Delay 訊息流向（Reverse Path）
• CF：Correction Field（修正欄位）
• S1 / S2（符號對照）：
  • S1：Sync 在透明時鐘（TC）內部的駐留時間（Sync Residence Time）。
  • S2：Delay_Req 在透明時鐘（TC）內部的駐留時間（Delay Residence Time）。
• S1 的計算：Sync 封包進入 TC 的入埠時間戳（Ingress） 與離開 TC 的出埠時間戳（Egress） 之差，即 S1 = Egress - Ingress。TC 會把 S1 累加到該 Sync 的 CorrectionField（Forward path 修正）。
• S2 的計算：Delay_Req 封包進入 TC 的入埠時間戳（Ingress） 與離開 TC 的出埠時間戳（Egress） 之差，即 S2 = Egress - Ingress。TC 會把 S2 累加到該封包的 CorrectionField（Reverse path 修正），讓後續計算能把「交換器內部造成的額外延遲」扣除掉，避免把它誤當成線路傳播延遲。
• 注意：此處 TC 的 Ingress/Egress 時間戳與後面四步交換公式中的 t1, t2, t3, t4 是不同的量測點。四步交換的 t1~t4 是指 Master 與 Slave 之間的端點時間戳，而 S1/S2 是 TC 內部的駐留時間。

2.1.1 多個 End Slave 的完整拓撲（Multiple End Slaves Topology）

以下圖展示完整的 PTP 時間同步拓撲（Topology），包含一個 Grandmaster、一個 Transparent Clock，以及兩個 End Slave 的架構。

圖說：

• 綠色區域（時間源層）：Grandmaster 作為唯一的時間源，向所有 End Slave 提供標準時間
• 金色區域（網路中繼層）：Transparent Clock 作為多端口交換機，同時處理兩個 End Slave 的 PTP 訊息
• 藍色區域（同步目標層）：兩個 End Slave 設備，每個都獨立與 GM 進行時間同步
• 實線箭頭：Sync 訊息流向（Forward Path），從 GM 透過 TC 分發到各個 ES
• 虛線箭頭：Delay_Req 與 Delay_Resp 訊息流向（Reverse Path），每個 ES 獨立進行延遲測量
• CF 修正說明：
  • S1_1, S1_2：各 ES 的 Sync 訊息在 TC 內的駐留時間（可能不同，取決於 TC 內部路由）
  • S2_1, S2_2：各 ES 的 Delay_Req 訊息在 TC 內的駐留時間
  • RT_1, RT_2：各 ES 的 Delay_Resp 訊息在 TC 內的駐留時間（Residence Time）

多 Slave 拓撲（Topology）特點：

1. 獨立同步：每個 End Slave 獨立計算自己的 Offset 與 Mean Path Delay
2. TC 多端口處理：KSZ9477 作為多端口交換機，可同時處理多個 ES 的 PTP 訊息
3. CF 獨立修正：每個 ES 的訊息在 TC 內的駐留時間可能不同，TC 會為每個訊息獨立修正 CF
4. 擴展性：理論上可支援多個 ES（實際數量受 TC 端口數與網路頻寬限制）

2.2 PTP One-Step 訊息時序

PTP One-Step 模式的關鍵是時間戳記直接嵌入 Sync 訊息，因此本專案不使用 Two-Step 訊息。

四步時間交換：

1. Sync（GM → TC → ES）：Master 發送 Sync，t1 時間戳記嵌入訊息中
2. Delay_Req（ES → TC → GM）：Slave 發送延遲請求，記錄發送時間 t3
3. Delay_Resp（GM → TC → ES）：Master 回應，包含接收 Delay_Req 的時間 t4

Slave 計算 Offset：

Offset = (t2 - t1 - CF_sync) - Mean_Path_Delay
Mean_Path_Delay = [(t2-t1-CF_sync) + (t4-t3-CF_delay)] / 2

2.3 E2E TC Correction Field (CF) 修正機制

E2E Transparent Clock 的核心功能是**累加網路駐留時間（Residence Time）**到 Correction Field。

CF 修正流程：

訊息進入 TC → 記錄 Ingress 時間 → 處理與轉發 → 記錄 Egress 時間
→ 計算 Residence Time (RT = Egress - Ingress)
→ 更新 CF (CF_new = CF_old + RT) → 轉發修正後的訊息

修正範例：

重要：Slave 在計算 Offset 時必須考慮所有 CF 修正值，才能獲得準確的時間偏移量。

3. 硬體配置

3.1 Grandmaster: Raspberry Pi 3 + DM9058（簡要）

角色：提供標準時間源（Master Clock）

硬體配置：

• 主控：Raspberry Pi 3
• 網路介面：DM9058 10/100Mbps Ethernet（透過 SPI 連接）
• 軟體：Linux PTP daemon (ptp4l)

設定重點：

# RPi3 上的 ptp4l 配置
sudo ptp4l -i eth0 -m -S -l 6 -f master_config.cfg

master_config.cfg：

[global]
clockClass        0
priority1         128
slaveOnly         0
twoStepFlag       0          # One-Step 模式
network_transport UDPv4
time_stamping     hardware  # 硬體時間戳記
delay_mechanism   E2E       # End-to-End 延遲機制

3.2 Transparent Clock: Microchip KSZ9477（簡要）

角色：E2E TC，自動修正網路延遲

特性：

• 硬體 PTP 支援：無需軟體處理，硬體自動更新 CF
• 端口配置：
  • Port 1 連接 RPi3（Grandmaster）
  • Port 2 連接 AT32F403A（End Slave）

配置方式：
透過交換機管理介面啟用 PTP E2E TC 模式，具體步驟依廠商文件而定。

3.3 End Slave: AT32F403A + DM9058（⭐ 本文重點）

3.3.1 AT32F403A 微控制器

核心規格：

• 處理器：ARM Cortex-M4F @ 200MHz
• Flash：1MB
• RAM：224KB (96KB SRAM + 128KB extension)
• 關鍵特性：
  • 高精度定時器（用於 PTP 時鐘）
  • 多通道 SPI（與 DM9058 通訊）
  • 豐富的 GPIO（控制與中斷）

3.3.2 DM9058 網路控制器

核心規格：

• 網路介面：10/100Mbps Ethernet
• 連接方式：SPI 模式（與 AT32F403A 通訊）
• PTP 支援：硬體時間戳記能力（關鍵功能）

為什麼選擇 DM9058？

1. 硬體時間戳記：能精確捕捉封包收發時間
2. SPI 介面：適合嵌入式系統整合
3. 成本效益：相較於內建 Ethernet 的高階 MCU

3.3.3 AT32F403A ↔ DM9058 硬體連接

接腳連接表（⭐ 實際專案配置）：

硬體架構示意圖：

圖說明：

• 藍色區域：AT32F403A 微控制器內部模組
  • CPU Core：32-bit RISC 處理器
  • Memory：1MB Flash + 224KB RAM
  • SPI1 Master（黃色）：25 MHz SPI 介面，連接 DM9058
  • GPIO Control Pins：中斷控制（PC7）
  • UART：除錯輸出
• 米色區域：DM9051 網路晶片功能模組
  • SPI Slave：接收 AT32F403A 指令
  • Interrupt Ctrl：封包事件通知
  • Timestamp Engine（紅色）：硬體 PTP 時間戳記
  • MAC/PHY Layer：網路協定處理
  • RJ45：實體網路介面
• 綠色區域：網路連接
  • Ethernet Cable 連接到 KSZ9477 Transparent Clock
• 連接關係：
  • SPI 雙向通訊（MOSI/MISO/SCK/CS）
  • INT 中斷信號（PC7，下降沿觸發）

4. 軟體架構

4.1 AT32F403A PTP Daemon 軟體分層

本專案採用分層架構設計，從應用層到硬體層清晰分離，各層透過定義良好的介面進行通訊。

圖說：

• 綠色（應用層）：系統初始化與主控邏輯
• 藍色（PTP 協定層）：IEEE 1588 協定實作核心
• 橙色（網路層）：lwIP TCP/IP 協議棧整合
• 粉色（驅動層）：DM9058 硬體驅動與 PTP 功能
• 紫色（HAL 層）：AT32F403A 硬體抽象
• 灰色（硬體層）：實體硬體元件

4.2 關鍵模組概略說明

本章節僅提供概略導讀：先告訴你「每一層主要看哪些檔案」，以及遇到問題時該從哪裡往下追。

主迴圈的概念：

• 先把網路封包（尤其 PTP Event 封包）盡快收進來，再跑 PTP daemon 的狀態機與週期處理。
• 因此你會看到 lwip_rx_loop_handler()、ptp_daemon_state_machine()、lwip_periodic_handle() 這類呼叫在主迴圈中反覆出現。

除錯建議（從上往下追）：

• 抓不到 PTP 封包：先看 ethif.c / devif_ptp.c（是否收得到、是否判定為 PTP）
• 收得到但協定沒反應：看 dep/net.c（UDP 319/320 是否 bind、是否把 pbuf 丟給 ptpd）
• 有進 ptpd 但時間不準：看 dep/servo.c 與 dm9058_ptp.c（時間戳是否正確、校時介面是否生效）

4.3 關鍵介面與資料流

4.3.1 系統時間介面（PTP Servo ↔ DM9058 PTP）

servo.c                          dm9058_ptp.c
────────                         ────────────
getTime()      ──────────────>   dm9058_ptptime_gettime()
setTime()      ──────────────>   dm9058_ptptime_settime()
updateTime()   ──────────────>   dm9058_ptptime_updateoffset()
adjFreq()      ──────────────>   v51_ptp_time_adj_freq()

4.3.2 封包與時間戳的最小理解

• RX（接收）：DM9058 收到封包並產生硬體時間戳 → 驅動把時間戳寫入 pbuf->time_sec/nsec → dep/net.c 把它交給 ptpd 協定處理（handle*()）。
• TX（發送）：ptpd 組好 PTP Event 封包（Sync/Delay_Req）→ 驅動送出並讀回 TX 時間戳 → 必要時把時間戳回填/關聯到該封包。

想追完整 RX/TX 呼叫鏈時，再回頭看 devif_ptp.c（封包識別/時間戳關聯）與 dm9058_ptp.c（PTP clock + timestamp）。

4.4 專案目錄結構

at32f403a_dm9051a_ptp_daemon_trace/
├── project/                       # 範例工程（BSP/board 支援檔）
├── utilities/                     # 應用程式 + DM9058 驅動（主要工作區）
│   ├── sc0101_ptp_daemon/          # PTP 主程式（main / 網路啟動流程）
│   │   └── mdk_v5/                 # Keil MDK 專案檔（建置入口：*.uvprojx）
│   ├── dm9058_edriver_v1.6.1a/     # DM9058 驅動（含 PTP clock + timestamp）
│   └── dm9058_u2510_if/            # lwIP netif 與 PTP 封包關聯
├── middlewares/                   # lwIP + ptpd（協定核心）
│   ├── lwip_2.1.2/
│   └── 3rd_party/ptpd-2.0.0/
├── libraries/                     # AT32 官方 HAL/SDK
└── docs/                          # 文件與圖表

快速定位（建議只記這幾個）：

• PTP 主程式入口：utilities/sc0101_ptp_daemon/src/main.c
• PTP 協定核心（ptpd）：middlewares/3rd_party/ptpd-2.0.0/src/
• DM9058 PTP（時鐘+時間戳）：utilities/dm9058_edriver_v1.6.1a/dm9058_edriver_extend/dm9058_ptp.c
• lwIP netif 與 PTP 封包關聯：utilities/dm9058_u2510_if/ethif.c、utilities/dm9058_u2510_if/dm9058_edriver_extend/devif_ptp.c

5. AT32F403A 環境建置

⭐ 本章節為文章重點，提供完整的環境建置流程與程式碼範例。

5.1 開發環境準備

5.1.1 必要工具

1. IDE 與編譯器

• Keil MDK-ARM v5.x（推薦）或

2. 調試與燒錄工具

• AT-Link-EZ CMSIS-DAP（推薦）或 J-Link

3. 軟體套件

• AT32F403A Firmware Library（從官方下載）

5.1.2 硬體準備

清單：

• [ ] AT32F403A 開發板
• [ ] DM9058 SPI 模組
• [ ] 杜邦線（連接 SPI 與中斷腳位）
• [ ] Ethernet 網路線（連接到 KSZ9477 TC）
• [ ] UART 轉 USB 模組（用於除錯輸出）
• [ ] AT-Link-EZ 除錯器（CMSIS-DAP）

5.2 硬體連接步驟

步驟 1：SPI 接線

步驟 2：中斷接線

步驟 3：電源與地線

⚠️ 重要：確保所有連接牢固，特別是 SPI 時鐘線和地線。不良連接會導致 SPI 通訊錯誤！

5.3 韌體編譯與燒錄

5.3.1 使用 Keil MDK 編譯

步驟 1：開啟專案

開啟檔案：utilities/sc0101_ptp_daemon/mdk_v5/ptp_daemon_f403a.uvprojx

步驟 2：配置 Target

• 確認 Device: AT32F403ACGT7
• Debug: 選擇 CMSIS-DAP Debugger
• JTAG/SW Adapter: AT-Link-EZ CMSIS-DAP
• Port: SW，Max Clock: 1MHz

步驟 3：編譯

選單 → Project → Build Target (F7)

步驟 4：燒錄

選單 → Flash → Download (F8)

5.4 AT32F403A 初始化配置

本專案的初始化分為四個主要部分：系統時鐘、SPI 通訊、外部中斷、DM9058 驅動。以下以文字說明配置要點，完整程式碼請參考 GitHub 專案。

5.4.1 系統時鐘配置（200MHz）

配置檔案：utilities/sc0101_ptp_daemon/src/at32f403a_407_clock.c

時鐘來源與 PLL 配置：

• 外部振盪器（HSE）：8 MHz
• PLL 倍頻：× 50
• PLL 分頻：÷ 2
• 系統時鐘（SYSCLK）：200 MHz

匯流排時鐘分配：

時鐘樹：

HSE (8MHz) → PLL (*50÷2) → SYSCLK (200MHz)
                                ↓
            ┌───────────────────┼───────────────────┐
            ↓                   ↓                   ↓
    AHB (÷1, 200MHz)    APB1 (÷2, 100MHz)    APB2 (÷2, 100MHz)
            ↓                   ↓                   ↓
         Core               低速周邊             SPI1 (25MHz)

關鍵配置函式：

• crm_pll_config(CRM_PLL_SOURCE_HEXT_DIV, CRM_PLL_MULT_50, CRM_PLL_OUTPUT_RANGE_GT72MHZ) - 配置 PLL 倍頻 ×50
• crm_ahb_div_set(CRM_AHB_DIV_1) - 設定 AHB 分頻器 ÷1
• crm_apb1_div_set(CRM_APB1_DIV_2) - 設定 APB1 分頻器 ÷2
• crm_apb2_div_set(CRM_APB2_DIV_2) - 設定 APB2 分頻器 ÷2（影響 SPI 時鐘）

5.4.2 SPI1 配置（25 MHz）

配置檔案：utilities/dm9058_edriver_v1.6.1a/hal/SPI1/at32f403a_spi1_dma.c

SPI 參數配置：

GPIO 配置：

• PA5：SPI1_SCK（複用功能）
• PA6：SPI1_MISO（復用功能）
• PA7：SPI1_MOSI（複用功能）
• PA15：CS 片選（GPIO 輸出，需釋放 JTAG 功能）

特殊配置：

// AT32F403A 需釋放 PA15 的 JTAG 功能
gpio_pin_remap_config(SWJTAG_GMUX_010, TRUE);

SPI 通訊流程：

1. CS 拉低（選中 DM9058）
2. 發送命令字節（讀/寫 + 暫存器位址）
3. 發送/接收數據字節
4. CS 拉高（結束通訊）

5.4.3 外部中斷配置（EXINT7, PC7）

配置檔案：at32f403a_int7.c

中斷參數配置：

中斷處理流程：

1. 檢查 EXINT7 旗標
2. 設定 dm9058_interrupt_event = 1（通知主迴圈）
3. 清除中斷旗標
4. 返回

中斷事件：

• 封包接收完成
• 封包發送完成
• PHY 連結狀態變化

5.4.4 DM9058 初始化流程

配置檔案：dm9058_beta.c

初始化步驟：

1. 晶片 ID 驗證

   • 讀取暫存器 DM9058_PIDL
   • 預期值：0x58（DM9058）
   • 完整 ID：0x9058

2. MAC 位址配置

   • 寫入 6 bytes 到 PAR 暫存器（0x10-0x15）
   • 範例 MAC：00:60:6E:E2:7C:BB

3. PTP 功能啟用（依晶片版本而定）

   • 硬體時間戳記功能
   • 參考 DM9058 Datasheet

初始化成功標誌：

[DRIVER INT mode] DM9058 found: 9058
PTP Transport: UDP over IPv4
LWIP: Network interface added successfully
LWIP: Getting MAC address from DM9058...
reg mac 00 60 6e e2 87 6b
LWIP: Network interface MAC address updated
LWIP: Setting default network interface...

💡 技巧：完整的初始化程式碼（含錯誤處理、DMA 配置等）約 500 行，建議直接參考專案原始碼。本節僅列出關鍵配置參數，幫助理解整體架構。

5.5 PTP Daemon 配置與啟動

5.5.1 PTP 配置參數

PTP 協定參數來自 PTPd 的常數與 ptpClock->defaultDS，於 PTPd 初始化時由 initData() 寫入。

實際配置來源：

constants.h 摘錄（middlewares/3rd_party/ptpd-2.0.0/src/constants.h）：

#define DEFAULT_TWO_STEP_FLAG    FALSE  /* One-Step：僅 SYNC，時間戳在 Sync 內 */
#define SLAVE_ONLY               TRUE   /* 僅 Slave 模式 */
#define DEFAULT_DELAY_MECHANISM  E2E
#define DEFAULT_SYNC_INTERVAL    0      /* 2^0 = 1 秒 */

bmc.c 摘錄（initData() 內）：

ptpClock->defaultDS.twoStepFlag = DEFAULT_TWO_STEP_FLAG;

5.5.2 主程式流程

main.c 主要流程（參考 utilities/sc0101_ptp_daemon/src/main.c）：

int main(void)
{
    /* 1. 系統初始化 */
    system_clock_config();           // 200MHz 時鐘
    at32_board_init();
    uart_print_init(115200);
    print_version_info();
    nvic_priority_group_config(NVIC_PRIORITY_GROUP_4);

    /* 2. 網路驅動初始化 */
    emac_tmr_init();                 // TMR6 用於 local_time 更新
    tcpip_stack_init();              // lwIP 協定棧

    printf("[MAIN] Waiting for network connection...\r\n");

    /* 3. 主迴圈 */
    for (;;)
    {
        lwip_rx_loop_handler();      // 網路封包接收
        ptp_daemon_state_machine();  // PTP 狀態機（DHCP 後啟動）
        lwip_periodic_handle(local_time);  /* lwIP timeout handle - 包含 PTP 協定計時器 */
    }
}

PTP Daemon 狀態機（簡化版）：

/* 狀態：WAITING_NETWORK → INITIALIZING → RUNNING */
static void ptp_daemon_state_machine(void)
{
    switch (ptp_daemon_state)
    {
    case PTP_STATE_WAITING_NETWORK:
        if (network_dhcp_is_bound()) {
            ptp_daemon_state = PTP_STATE_INITIALIZING;
        }
        break;

    case PTP_STATE_INITIALIZING:
        if (PTPd_Init() == 0) {
            ptp_daemon_state = PTP_STATE_RUNNING;
            ptp_rtc_sync_enable(true);
        }
        break;

    case PTP_STATE_RUNNING:
        ptpd_Periodic_Handle(local_time);
        break;
    }
}

完整代碼：請參考 utilities/sc0101_ptp_daemon/src/main.c，包含錯誤處理與重試機制。

5.6 編譯與燒錄驗證

5.6.1 編譯輸出

正常編譯後，輸出應類似：

Build target 'AT32F403A_PTP'
compiling main.c...
compiling dm9058_beta.c...
linking...
Program Size: Code=124568 RO-data=8756 RW-data=2048 ZI-data=51200
".\Objects\ptp_daemon.axf" - 0 Error(s), 0 Warning(s).

5.6.2 首次燒錄驗證

步驟 1：連接 UART（115200 baud, 8N1）

步驟 2：燒錄韌體

步驟 3：觀察序列埠輸出

========================================
  AT32F403A DM9058 PTP Daemon
========================================
Version:     2.0.0
Build Date:  Jan 23 2026
Build Time:  13:48:28
Git Commit:  0dda3de35c76
Git Date:    Fri Jan 23 2026 13:40:33 GMT+08:00 (CST)
========================================

[INIT] Configuring TMR6 for local_time updates
LWIP: Initializing lwIP stack...
LWIP: DHCP mode - setting IP addresses to 0.0.0.0

[AT32F403a]
tcpip_stack_init
[SPI Instance]
 at32f403a_spi1_dma.c
 AT32F403A ETHERNET SPI1 DMA
[SPI Pins]
 sck/mosi/miso/ pa5/pa7/pa6, cs/ pa15
[DRIVER init] AT32F403A INT Running...
[DRIVER init] AT32F403A INTERRUPT GPIO
[DRIVER init] int/ pc7
[hal] at32f403a_spi1 'spi' Running 25Mhz...
[core] dm9058_constants 'INT' Running...
 (apb2_freq) 100Mhz, set SPI CLK 25Mhz
[DRIVER INT mode] CLK:200000000(sclk_freq) 200000000 100000000(apb2_freq) 100000000(apb1_freq)
[DRIVER INT mode] SPI CLK use apb2_freq 100Mhz, set to 25Mhz
[DRIVER INT mode] DM9058 found: 9058
PTP Transport: UDP over IPv4
****** dm9058 Rate: +0x00000000 (+0) - Clock adjusted to be faster
LWIP: Network interface added successfully
LWIP: Getting MAC address from DM9058...
reg mac 00 60 6e e2 87 6b
LWIP: Network interface MAC address updated
LWIP: Setting default network interface...
LWIP: Bringing up network interface...
LWIP: Setting link callback...
LWIP: Checking initial link status...
LWIP: Link is UP - network ready
LWIP: Network stack initialization completed
[INIT] System initialization completed
[INIT] Waiting for network connection...
DHCP: No DHCP client data available
Link: State changed from UNKNOWN to UP

如果看到以上輸出，恭喜！AT32F403A + DM9058 硬體平台已準備就緒。

6. 本篇成果（平台 bring-up 成功）

6.1 硬體實體設置圖

以下為本專案實際使用的硬體平台實體設置圖，展示了完整的 PTP 時間同步測試環境：

硬體配置說明：

本實驗平台主要由三個核心元件組成，透過乙太網路線和信號跳線連接，構成一個完整的 PTP 時間同步驗證系統：

1. Raspberry Pi 3 + DM9058（左上角）

   • 作為 PTP Grandmaster (GM)，提供標準時間源
   • Raspberry Pi 3 開發板裝在透明塑膠外殼中
   • 多條彩色跳線從 SPI 連接到 DM9058，用於控制信號、中斷
   • 整合 DM9058 乙太網路控制器模組
   • 透過藍色乙太網路線連接到 KSZ9477 交換器
   • USB 線用於供電

2. Microchip KSZ9477 乙太網路交換器（右側中央）

   • 作為 E2E Transparent Clock (TC)，自動修正網路延遲
   • 大型綠色 PCB 評估板，標示為 "Microchip KSZ9477"
   • 擁有多個乙太網路埠，連接不同的 PTP 節點
   • 從 Raspberry Pi 過來的藍色乙太網路線連接到其中一個埠
   • 另一條灰色乙太網路線連接到 AT32F403A 裝置
   • 硬體 PTP 支援，無需軟體處理即可自動更新 Correction Field (CF)

3. AT32F403A + DM9058（左下角）

   • 作為 PTP End Slave (ES)，本文實作重點
   • 白色開發板，標示為 "AT32F403A"
   • 綠色 PCB 小板（帶狀態 LED）插在 AT32F403A 板上為 DM9058
   • 從小板引出的灰色乙太網路線連接到 Microchip KSZ9477 交換器
   • 多條彩色跳線 SPI 連接到中繼小板DM9058，用於控制信號、中斷
   • USB 線用於供電、程式燒錄或序列埠通信

系統拓撲（Topology）說明：

• Microchip KSZ9477 充當網路骨幹，連接 Raspberry Pi 和 AT32F403A 這兩個 PTP 節點
• Raspberry Pi 3 + DM9058 扮演 PTP 主時鐘 (Master)，提供標準時間
• AT32F403A + DM9058 扮演從時鐘 (Slave)，同步到 Master 的時間
• 彩色跳線連接可能用於提供額外的同步信號（如 PPS, Pulse Per Second），或用於監控關鍵狀態，以精確測量 PTP 的同步性能和延遲

此設置旨在驗證 AT32F403A 和 Raspberry Pi 搭配 DM9058 乙太網路模組，在通過 Microchip KSZ9477 交換機連接的網路環境下，實現 PTP 精確時間同步的功能及效能。

結語

這一篇的目標，是把「AT32F403A + DM9058 + lwIP + PTP daemon」這條鏈路先跑起來、再跑穩：

• 硬體連接、SPI/中斷、驅動初始化
• 網路層先就緒（link/DHCP 或靜態 IP），再啟動 PTP
• 你能在 UART 上清楚看到：初始化成功、狀態機前進，以及週期性輸出 offset / mean path delay

到這一步，已經完成工程現場最困難的部份：把平台 bring-up 變成可運作的流程。

中篇與下篇預告

中篇預告

在中篇中，我們將深入探討：

1. PTP 系統運行成果展示：

   • 網路層初始化成功驗證
   • PTP daemon 狀態機轉換過程
   • 周期性 Offset 與 Mean Path Delay 輸出分析

2. 時間同步精度驗證：

   • 如何量測 PTP 同步精度
   • Offset 收斂過程分析
   • Clock Servo 控制迴路調校

3. 常見問題與除錯技巧：

   • 網路連線問題排查
   • PTP 封包收發除錯
   • 時間戳記準確性驗證

4. 系統整合測試：

   • 多個 End Slave 同時運行的驗證
   • Transparent Clock CF 修正機制驗證
   • 長時間穩定性測試

中篇將幫助您：

• 理解 PTP 系統的運行機制
• 掌握時間同步精度的量測方法
• 學會系統除錯與優化技巧

下篇預告

在下篇中，我們將深入探討：

1. 系統整合與測試：

   • 完整的測試前置 Checklist
   • 系統啟動順序與驗證流程
   • Wireshark 抓包技巧與必要欄位

2. 兩點抓包驗證 TC CorrectionField（⭐ 下篇核心）：

   • 端點兩點抓包方案（GM 端 + ES 端）
   • 封包配對與 ΔCF 計算
   • CorrectionField 單位轉換與統計分析

3. 工程實作導向的驗證方法：

   • 可重現、可量化、可除錯的測試流程
   • 完整的測試結果報告模板
   • 常見問題排查 SOP

下篇將幫助您：

• 使用兩點抓包證明 TC 的 CorrectionField 累加機制
• 形成工程現場可直接照做的測試 SOP
• 掌握故障排除手冊與驗證方法

下篇定位：工程實作導向（可重現、可量化、可除錯），使用「兩點抓包」證明 correctionField 在路徑中被累加。

專有名詞對照表（Terminology）

參考資料

1. Artery Technology 原始碼套件（移植來源）：SC0101_AT32F407_437_PTP_Daemon_V2.0.0.zip（本專案以其 PTP daemon 整合架構為基礎，移植到 AT32F403A 平台）
2. IEEE 1588-2008: IEEE Standard for a Precision Clock Synchronization Protocol for Networked Measurement and Control Systems
3. AT32F403A Datasheet: Artery Technology AT32F403A/407 Series MCU Datasheet
4. DM9058 Datasheet: Davicom DM9058 10/100Mbps Ethernet Controller
5. KSZ9477 User Guide: Microchip KSZ9477 7-Port Gigabit Ethernet Switch with PTP
6. LinuxPTP Documentation: http://linuxptp.sourceforge.net/
7. lwIP Documentation: https://www.nongnu.org/lwip/

附錄：原始碼連結

• 程式碼來源：Artery Technology SC0101_AT32F407_437_PTP_Daemon_V2.0.0.zip（移植基礎）
• DM9058 驅動: dm9058_edriver_v1.6.1a

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