【学习记录】镭神激光雷达与PC机的NTP同步

本文仅用于记录自己在实现镭神C32激光雷达和PC机进行NTP同步时的一些总结。

吐槽在先，镭神的文档写极其不完善，很多都只是提了一句，但并没有完整的说应该具体怎么做。前前后后折腾了三四天，在一知半解的官方技术支持和实验室大佬的帮助下，最终完成了。

0. 激光雷达的同步

根据镭神使用说明书V2.6版，时间同步共有3种：GPS同步、NTP同步、外PPS同步。
如果不用同步，在ROS下的驱动中，将time_synchronization设置为false则在驱动的lslidar_c32_driver.cpp中的poll()下每次打上ROS自己的时间戳。若开启了同步，则会发布一个名为sync_header的topic。这个消息类型是ROS的sensor_msgs::TimeReference类型，具体可查看相关说明，附截图如下：

• 其中GPS同步需要有一个GPS提供GPRMC信息。此时雷达根据该信息设置雷达内部的UTC时间，并由自身的FPGA计时器获取微秒部分；
• NTP同步，是每隔4s获取服务器的NTP授时，得到整数秒的部分，然后用自身的FPGA计时器获取微秒部分；
• PPS外同步是输出收到PPS信号后的us，此时没有UTC时间；
• 雷达内部计时，即上述所说的FPGA计时器，从上电后开始计时，最大到360e6，即1h。

了解完基本同步方式后，我选用NTP同步。
然而，单纯的将雷达launch文件中的time_synchronization设置为true后，得到的时间戳很奇怪，转化为UTC时间发现永远是一个恒定的数943891200（unix时间戳），对应UTC时间是1999年10月30日？并且每隔4秒会重置一次，确实是符合说明书中所说的“4s获取一次NTP授时，中间用FPGA计数”
那接下来就要解决，如何获取真正的NTP时间，这个问题。

1. 关于NTP

关于NTP的内容，参考了这两个资料：
NTP原理-博客园
NTP服务介绍、配置、使用-bilibili

安装ntp相关内容

sudo apt install ntp
sudo apt install ntpstat

修改/etc/ntp.conf相关文件：

driftfile /var/lib/ntp/drift			# 这个是将ntp参数临时存储的路径，保留当前状态，下次启动时可以载入；实测没什么太大的影响；

# 开放本机的任何访问
restrict 127.0.0.1							# restrict关键词是允许相应的ip访问，127.0.0.1是本机的
restrict -6 ::1
# 开放其他ip的访问
restrict 192.168.1.200					# 允许192.168.1.200这个ip访问本机的ntp，直接设置为雷达的对应ip
restrict 192.168.1.0 mask 255.255.255.0		# 直接允许192.168.1.0-255这个区间的ip访问

# 设置NTP同步时采用的服务器，按照顺序依次访问
# server IP 或 server 网址，两种写法均可，例如
server 114.118.7.161						# 采用中国国家授时中心的NTP
server 203.107.6.88							# 采用阿里的NTP
server ntp.aliyun.com						# 采用阿里的NTP
# 上述指令最后可能存在 `nomodify` `notrap` `noquery`等词，表示禁止修改xxx，连接速度次数等限制，不加也不影响使用
server 127.127.1.0							# 采用本地时间作为时间服务；上述失效（例如没有联网时）将使用到这个。也可以把其他的都取消，只保留本地，在局域网内NTP，此时误差极小；
fudge 127.127.1.0 stratum 10			# 将本地server的层级设置为10，这是一个默认的数值，一般建议局域网设置为10以上。国家授时中心的层级是1，阿里的层级是2。

# 其他的参数暂时不用调整

修改后，需要重新启动ntp服务：

service ntp restart

经过5分钟（实测大概几十秒）后，能够通过ntpstat指令查看NTP同步的情况，如果刚重启，此时会显示 not synchronized，稍等片刻即可。此时同步到了local的ntp，层级是10+1：

除此之外，还可以用：

service ntp status			# 查看NTP服务的状态，如果出现 active(running)则认为服务是启动正常的
ntpq -p								# 查看NTP各个节点的同步状态。

完成本地NTP配置后，其他客户端连接到该PC，可以通过

ntpdate 192.168.1.102		# 102是本机PC的ip

指令同步到该机器的NTP时钟，并输出相关信息。至此，完成了PC段的NTP服务配置。

2. 镭神雷达端的配置

这部分坑我好惨。上述设置完，雷神雷达连接后，依旧是99年10月30日。于是，我开始去查源码。

根据手册，镭神雷达共有3种UDP包协议，长度均为1248bytes，分别是：

时间戳这块来自于DIFOP设备包，查看设备包的定义：

可以看到，里面是包含了UTC时间的，即数据部分的36-41，在代码中可以看出，确实是从36-41提取了UTC，然后mktime转化为了当前点云的时间戳。可以看出，1202位表示版本，我们用的是2.6版，代码中0x03我推测是3.0版，此时的协议用了预留的52-57字段。但问题是，此时的UTC时间，没有读取到我PC的NTP时间。

显然此时是没有读取到NTP的时间，此时我又看到下图中以太网配置存在“NTP服务器地址”，怀疑是不是这个NTP服务器地址并没有设置？

于是我在对应代码接收设备包的部分，输出了NTP的服务器地址，发现是 0,0,0,0（下图中我是我已经改了NTP服务器地址，改为了192.168.1.102后的截图）。同时我输出了端口port1和port2，发现是“9 64”和“9 65”，即大端模式下2368和2369，这证明我这22字节的以太网配置读取没问题。
所以，此时需要修改NTP服务器地址！NTP服务器地址的修改，需要PC端发送配置包如下：

然而ROS下驱动并没有提供配置包的发送例程，因为镭神手册中写到：“推荐用户通过Win点云软件配置雷达，禁止客户自行打包配置雷达参数”，所以也就是不能用ROS改了。于是，打开了win下软件，在配置中找了下，果然有一个NTP的地址，而且默认了四个0，于是修改这个为192.168.1.102后，再插回ROS的PC机，同步成功。

但需要注意的是，雷达返回的UTC时间戳并不是+8区，而PC机本身存在+8，所以时间不完全一致（上面输出DIFOP的截图中，时间是122(即1900+122=2022)年(10+1)月17日凌晨3点45分54秒，实际上是中午11点45。这个后面再调吧，小问题。

小结

折腾了半天，学习了NTP，仔细翻阅了雷达驱动源码，收获颇多。