张高兴的.NET IoT入门指南中，如何构建基于GPS的NTP时间同步服务器？

时间究竟是什么？这既可以是一个哲学问题，也可以是一个物理问题。古人对太阳进行观测，利用太阳的投影发明了日晷，定义了最初的时间。随着科技的发展，天文观测的精度也越来越准确，人们发现地球的自转并不是完全一致的，这就导致每天经过的时间是不一样的。这点误差对于基本生活基本没有影响，但是对于股票交易、火箭发射等等要求高精度时间的场景就无法忍受了。科学家们开始把观测转移到了微观世界，找到了一种运动高度稳定的原子——铯，最终定义出了准确的时间：铯原子电子跃迁 9192631770 个周期所持续的时间长度定义为 1 秒。基于这个定义制造出了高度稳定的原子钟。 时间在计算机中又是如何定义的呢？通常使用 Unix 时间戳进行表示，记录的是自公元 1970 年 1 月 1 日 0 时 0 分 0 秒以来的秒数。计算机为了维持时钟的走时，硬件层面使用晶体振荡器保障时钟的精确性（也是石英钟的原理），操作系统层面使用时钟中断去更新时间的流逝。现代计算机的硬件设计通常有独立的时钟（RTC），这源于 Intel 和微软创立的标准 High Precision Event Timer（HPET），标准指定了 10 MHz 的时钟速度，因此时钟可以获得 100 纳秒的分辨率。这也是 .NET 时间有关的类型中 Ticks 属性的由来，1秒 = 10000000 Ticks。虽然计算机的时钟已经足够精准，但也会受到环境温度的影响造成过快或者过慢的问题。为了对计算机的时钟进行校准，通常使用 NTP 协议与网络中的时间服务器进行同步。时间服务器的时间又会使用 GPS 接收机、无线电或者是原子钟进行校准。 本文将从 GPS 时间的获取、NTP 报文的编写实现一个“玩具”级别的时间同步服务器，使用 .NET 6 编写一个控制台应用程序，通过本文你可以学到： 串口 SerialPort 类的使用； 使用 Socket 类实现 UDP 的监听与回复； 在程序中使用 Process 类执行命令行指令； 了解 GPS 数据报文的 NMEA-0183 协议； 了解 NTP 协议报文。 硬件需求 电路 GPS 数据报文的 NMEA-0183 协议 NTP 协议报文 编写代码 项目结构 项目依赖 配置串口读取 GPS 数据 实现 NTP 服务 部署应用 发布到文件 构建 Docker 镜像 后续工作 硬件需求 名称 描述 数量 计算机 可以是运行 Linux 的开发板，也可以是运行 Windows 的电脑 x1 NEO-6M GPS 模块 x1 USB 串口 可选，使用 USB 串口将 GPS 模块与计算机相连 x1 杜邦线 传感器与开发板的连接线 若干 电路 传感器 接口 开发板接口 NEO-6M TX 开发板或 USB 串口的RX RX 开发板或 USB 串口的TX VCC 5V GND GND GPS 数据报文的 NMEA-0183 协议 NMEA-0183 是 GPS 设备输出信息的标准格式，是由美国国家海洋电子协会（National Marine Electronics Association）定制的标准。NMEA-0183 有多种不同的数据报文，每种都是独立的 ASCII 字符串，使用逗号隔开数据，数据流长度从 30-100 字符不等，通常以每秒间隔选择输出。NMEA-0183 协议定义的语句非常多，但是常用的或者说兼容性最广的语句只有 $GPGGA、$GPGSA、$GPGSV、$GPRMC、$GPVTG 等。下面给出这些常用 NMEA-0183 语句的解释。