在现代计算和网络环境中，时间同步的精度直接关系到数据传输、金融交易、科学实验、定位导航等多个领域的可靠性与效率。Chrony作为一款强大的网络时间协议（NTP）客户端和服务器，因其灵活且高效的时间同步机制，逐渐成为业界的首选方案之一。然而，macOS平台对PPS（脉冲每秒，Pulse Per Second）信号的支持相对有限，为了在苹果生态中实现基于PPS的时间同步，技术爱好者和开发者们展开了极具创造力的探索。本文将深入分析如何在macOS平台上实现PPS输入，并将其无缝集成到Chrony中，以满足高精度时间同步的需求。 首先，理解PPS信号的意义至关重要。PPS是一种每秒输出一个时间脉冲的信号，通常源自高精度的GPS设备。
该信号因其一致性和准确性，是提升时间同步精度的关键利器。尽管Linux内核对PPS信号有较完善的支持，并已集成至许多时间同步软件中，但macOS缺乏类似的底层驱动与内核接口，因此想要利用PPS提升时间同步需要一定的创新思路和第三方工具的支持。 在macOS中实现PPS时间戳的第一种思路是利用USB转TTL设备，并通过检测调制解调器状态线来获取PPS触发。具体而言，将GPS设备的PPS输出连接至支持CTS（清除发送）信号线的USB转TTL适配器，接着运行自制的pollpps程序定期轮询CTS状态的变化。该方案不依赖内核事件通知机制，而是采用用户态的频繁轮询，尽可能捕捉到每秒出现的脉冲边沿。尽管此方法实现门槛低且无需复杂硬件，但其精度受限且CPU占用较高。
其主要瓶颈在于采用USB通讯及用户态轮询引入了较大的时间抖动，达不到理想的亚毫秒精度。不过，对入门尝试者而言，这依然是快速实现PPS输入的实用方案。 这种基于CTS线路轮询的PPS方案通过pollpps程序提供了与Chrony对接的支持。使用时，用户需以root权限启动pollpps程序，指定对应的USB串口设备参数，并在Chrony配置文件中添加相应的SOCK refclock条目。该设计利用Unix域套接字（SOCK）进行时钟信号的传输，使Chrony能够接收并处理由pollpps采集的PPS时间戳。这样，虽然数据传输链路不完美，但已能为Chrony服务器引入一个稳定的时间基准，极大地优于单纯依赖NMEA报文的方式。
随着研究深入，社区技术人员开发了更为先进且精度更高的方案，即利用macOS对音频设备的深度支持。macOS拥有强大的CoreAudio框架，该框架自带高保真的音频同步和时间戳机制，可被巧妙地用于捕获PPS信号。若能将GPS设备的PPS脉冲转化为音频信号输入，再通过CoreAudio软硬件链路获得严格的时间戳，理论上可以大幅度提升时间同步的精确度。 实现方式中，硬件部分只需一个简易电路即可将PPS正负两端信号转换为适合连接至LINE IN接口的音频信号。该电路通常包括电阻和电容，如一个10千欧姆和一个1千欧姆的电阻配合0.1微法的电容，完成信号调理与直流隔离。这个被调制后的音频信号从一条TRRS耳机线的LINE IN端口传入USB音频卡，后者再通过macOS系统接口提供稳定采样率和统一的时间基准。
在软件层面，自研的audiopps程序通过调用CoreAudio接口采集音频数据流，对检测到的PPS脉冲进行数字信号处理与阈值判断，实现对PPS事件的识别和精确时间戳记录。 比起CTS轮询，音频采样方案的优势明显。USB音频设备采用等时传输模式，显著降低了USB通信引入的时延和抖动，同时CoreAudio提供硬件时间戳，使得每个音频采样帧精准对应一个系统单调时钟时间点。这种组合使系统能捕获更稳定且具备微秒量级抖动的PPS信号，可实现远超CTS轮询的时间同步水平。实践中经过校准，校正了平均偏移量后，Chrony与音频PPS信号的时序误差可稳定在1到2微秒之间，相比使用标准NTP或仅NMEA时间戳的几毫秒精度提高数千倍。 为了让Chrony充分利用这一音频PPS信号，需要在Chrony配置中添加对应的SOCK类型参考时钟条目，结合适当的delay、offset以及precision参数来优化性能表现。
delay选项用于弥补音频路径引起的延迟，offset用于修正PPS捕获的系统时间与GPS时间之间的常量误差，precision则反映此类参考源的目标时间稳定性。通过调参和长期运行，Chrony可以充分融合来自GPS的高精度时间信号，维持系统时钟的精确与稳定。 在实际使用中，音频PPS方案的CPU开销相对较低，大约占用单核CPU的1.8%左右。对于一台现代macOS设备，如Mac mini的M4芯片，这样的资源占用非常适合持续后台运行。此外，该方案无需安装内核驱动或修改系统内核，兼容性和安全性较强，适合追求高精度时间同步的个人和科研用户。 除了技术实现之外，用户在搭建硬件线路时应注意避免将PPS信号错误接入麦克风端口或使用电压不匹配的电路，以免损伤设备或导致信号失真。
选用带LINE IN的USB音频卡成本低廉，制作电路简单，且许多市售便宜设备即可满足性能需求，这为macOS用户开启了时间同步领域的新路。 未来展望中，将PPS信号整合进音频接口的方法还有扩展空间。比如考虑使用手机耳机插孔中的TRRS接口并调整电阻降压方案，使得移动设备也可以实现类似方案。此外，伴随着苹果不停升级硬件及系统，未来更完善的内核支持或设备驱动有望进一步降低时延和抖动，为macOS平台带来原生PPS支持。开源社区也可能贡献更多优化软件，提升时间戳的精度和稳定性。 总之，在macOS平台上实现PPS输入是一个颇具挑战性的课题，但通过创新设计和巧用系统资源，用户依然可以获得媲美Linux环境下的高精度时间同步效果。
无论是基于CTS线路的轮询方案还是基于CoreAudio的音频方案，都体现了跨界技术融合的典范，为Chrony支持PPS打开了新的可能，也为推动macOS高性能网络时间同步开辟了崭新道路。未来，随着社区协作和技术进步，这些方案亦有望走向更加稳定和普及，助力更多用户精确掌握时间的节奏，保障各类应用的时效与安全。
