嵌入式系统中时间戳的同步与漂移校正

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分布式系统需要时间同步，但每个节点的时钟都有漂移。
首先是时钟源误差。晶振的频率误差通常±20ppm，也就是每秒钟误差±20微秒，一天误差±1.728秒。温度变化还会引起额外漂移。TCXO（温补晶振）好一些，但贵。软件校正是必要的。常用NTP（网络时间协议）或PTP（精确时间协议）。NTP精度在局域网内能达到毫秒级，PTP能达到微秒级。但嵌入式系统资源有限，完整的NTP/PTP实现开销大。
我常用的简化方法是：主节点定期广播时间戳，从节点收到后校正。但要考虑网络延迟。双向时间同步能估计延迟：从节点发送请求，主节点回复，从节点计算往返时间，假设双向延迟对称，就能估计单向延迟。
但实际网络延迟可能不对称。无线网络更复杂，因为有随机延迟。对于高精度要求，可以用硬件时间戳。有些网络PHY芯片支持在物理层打时间戳，精度高。但需要硬件支持。
另一个问题是时钟漂移的长期校正。可以记录时钟漂移率，预测未来的误差。比如，每同步一次，计算实际时间差和本地计时差，得到漂移率。然后本地计时时考虑这个漂移率。但漂移率不是常数，会变化。可以用卡尔曼滤波估计漂移率。
最后，时间源的选择。GPS提供高精度时间，但有遮挡时不可用。可以考虑多时间源融合，GPS、网络时间、本地晶振加权平均。时间同步不仅是技术问题，还是系统架构问题。要在精度、复杂度、成本之间权衡。