ラズパイでGPSからのntp鯖構築
前々からやってみたかった。
最初軽く調べたらきのこアンテナなるものを発見。
ebayで売ってたけどさすがにトータル1万かけて輸入するのもなんだかなと思って安い選択肢を模索。
秋月でこんなものが売っているので買って構築してみることに。
ＧＮＳＳ（ＧＰＳ・ＧＬＯＮＡＳＳ・ＱＺＳＳ）受信機キット １ＰＰＳ出力 みちびき３機対応 アンテナセット付キット
父親が秋葉原の近くに行ってきたのでGPSモジュールとアンテナがセットのキット買ってきてもらった pic.twitter.com/zkINSetgW0
— yui (@sugtao4423) November 22, 2019
GPSモジュールで遊んでいきますか pic.twitter.com/EDtrIVb6Dh
— yui (@sugtao4423) November 23, 2019
案外このGPSモジュールを使った記事は目にしたので情報は豊富。
目次
GPSからntpのセットアップまでやったのでちょっと長くなりすぎてしまった
環境
- Raspberry Pi 2 Model B
- Raspbian Buster Lite
- 上記GPS受信機キット
接続方法
| GPSモジュール | ラズパイGPIO |
|---|---|
| VDD5V | 04 (5V) |
| GND | 06 (GND) |
| TXD | 10 (UART RX) |
| RXD | 08 (UART TX) |
| 1PPS | 12 (GPIO 18) |
ＧＰＳ受信機キット １ＰＰＳ出力付き 「みちびき」３機受信対応
よくネットの記事で見かけるアンテナ一体型のこいつと同じようなものかと思っていたのだが、よく見るとTXとRXが逆だった。
そのせいで2時間くらい無駄にした。（よく見ない奴が悪い）
ちなみに下では1PPSをGPIO18に繋いでいる例なので変える場合は適宜読み替えて
シリアルコンソール無効化
/boot/cmdline.txtのconsole=serial0,115200を削除する
#console=serial0,115200 console=tty1 root=PARTUUID=6c586e13-02 rootfstype=ext4 elevator=deadline fsck.repair=yes rootwait
console=tty1 root=PARTUUID=6c586e13-02 rootfstype=ext4 elevator=deadline fsck.repair=yes rootwait
# Raspberry Pi 3: ttyS0
# Raspberry Pi 2: ttyAMA0
sudo systemctl stop serial-getty@ttyAMA0.service
sudo systemctl mask serial-getty@ttyAMA0.service # disableできないので注意
UART有効化
/boot/config.txtにenable_uart=1を追記
sudo su -c 'echo -e "\nenable_uart=1" >> /boot/config.txt'
1PPS受信設定
/boot/config.txtにdtoverlay=pps-gpio,gpiopin=18,assert_falling_edge=trueを追記
sudo su -c 'echo "dtoverlay=pps-gpio,gpiopin=18,assert_falling_edge=true" >> /boot/config.txt'
/etc/modulesにpps-gpioを追記
sudo su -c 'echo "pps-gpio" >> /etc/modules'
重要
assert_falling_edge=true
このGPSモジュールはPPS信号を立ち下がりエッジで送信する模様。
デフォルトでは立ち上がりエッジでの検出になっているので、これがないと絶対100msずれる。（実際なった）
誤差修正で数時間悩んでいたので絶対に忘れてはいけない。
assert_falling_edgeをtrueにすることで、1PPS入力について下りエッジで反応するようにしています。今回用いた太陽誘電製のGPSモジュールは、アクティブローの端子であるためこのような設定となっています。同モジュールのPPS出力は、1秒ごとに100msほどアクティブロー状態となる動作であります。最初この設定を忘れていたために、後に誤差を確認する際NICTのサーバ群と100msほど確実にずれてしまうという事象に陥ることになりました。
Raspberry Piの設定メモ - 日記テスト運用中
まさにこれ。
これで準備はOKなのでsudo reboot
gpsdとかのインストール
sudo apt install gpsd gpsd-clients pps-tools
# Raspberry Pi 3: ttyS0
# Raspberry Pi 2: ttyAMA0
$ cat /etc/default/gpsd
START_DAEMON="true"
USBAUTO="true"
DEVICES="/dev/ttyAMA0 /dev/pps0"
GPSD_OPTIONS="-n"
sudo systemctl enable gpsd.socket
sudo systemctl start gpsd.socket
sudo reboot
受信の確認系コマンド
sudo ppstest /dev/pps0cgpsgpsmon
ppstest成功 pic.twitter.com/mcVSGC9FGn
— yui (@sugtao4423) November 23, 2019
gpsmonで整形されたデータ pic.twitter.com/NSRVFqGu5F
— yui (@sugtao4423) November 23, 2019
これでGPSやPPSはOK
ntp鯖を立ち上げる
sudo apt install ntp
gpsdは127.127.28.uのシェアードメモリ経由で時刻の情報を提供してくれる。
$ ipcs -m
------ Shared Memory Segments --------
key shmid owner perms bytes nattch status
0x4e545030 0 root 600 80 1
0x4e545031 32769 root 600 80 1
0x4e545032 65538 root 666 80 2
0x4e545033 98307 root 666 80 1
0x4e545034 131076 root 666 80 1
0x4e545035 163845 root 666 80 1
0x4e545036 196614 root 666 80 1
0x4e545037 229383 root 666 80 1
0x47505344 262152 root 666 8928 1
0x00000000 294921 zabbix 600 344 6 dest
0x00000000 327690 zabbix 600 365032 6 dest
0x4e54503uがシェアードメモリーらしい。
今回はpermissionが666なユニット2を使う。
$ cat /etc/ntp.conf
～略～
server 127.127.28.2 minpoll 4 maxpoll 4 prefer
fudge 127.127.28.2 refid SHM
server 127.127.22.0 minpoll 4 maxpoll 4
fudge 127.127.22.0 refid PPS
この他にもserverやpoolを指定し、GPSからの時刻が本当に合っているかを確認する。
数時間放置してからのntpq -p
なお、コピペする前にntpを再起動してしまったのでSHMとPPS以外のpollが低い
remote refid st t when poll reach delay offset jitter
==============================================================================
s2csntp.miz.nao .POOL. 16 p - 64 0 0.000 0.000 0.001
ntp.nict.jp .POOL. 16 p - 64 0 0.000 0.000 0.001
ntp.jst.mfeed.a .POOL. 16 p - 64 0 0.000 0.000 0.001
*SHM(2) .SHM. 0 l 7 16 377 0.000 0.005 0.001
oPPS(0) .PPS. 0 l 6 16 377 0.000 0.005 0.001
-133.40.41.135 133.40.41.133 2 u 53 64 377 10.681 -0.690 0.186
+ntp-b3.nict.go. .NICT. 1 u 60 64 377 3.674 0.440 0.063
-133.40.41.134 133.40.41.133 2 u 63 64 377 11.053 -0.958 0.128
-133.40.41.136 133.40.41.133 2 u 7 64 277 10.531 -1.125 0.283
+ntp-b2.nict.go. .NICT. 1 u 42 64 377 3.706 0.405 0.085
GPSからの時刻はちゃんと合ってるみたいね。
なお、ntp.nict.jpはポーリング間隔に制限を設けているので注意。
ローカルにntp鯖として公開
$ cat /etc/ntp.conf
# /etc/ntp.conf, configuration for ntpd; see ntp.conf(5) for help
driftfile /var/lib/ntp/ntp.drift
# By default, exchange time with everybody, but don't allow configuration.
restrict -4 default kod notrap nomodify nopeer noquery limited
restrict -6 default kod notrap nomodify nopeer noquery limited
# Local users may interrogate the ntp server more closely.
restrict 127.0.0.1
restrict ::1
# うちでは10.0.0.0/24がLAN
restrict 10.0.0.0 mask 255.255.255.0 nomodify notrap
# Needed for adding pool entries
restrict source notrap nomodify noquery
# pool servers
# お好きな外部ntp鯖
# gpsd shared memory
server 127.127.28.2 minpoll 4 maxpoll 4 prefer
fudge 127.127.28.2 refid SHM
# pps
server 127.127.22.0 minpoll 4 maxpoll 4
fudge 127.127.22.0 refid PPS
一応GPSになにかあった時のために外部のntp鯖も一緒に参照候補に入れといたほうがいいと思う。
最後にntp用のポートを開けて終わり
sudo ufw allow 123/udp
おわり
いろいろ試行錯誤してなんとかst1のntp鯖を構築することができた。
一番苦労したのはやはり最初100msズレてて焦ったこと。
立ち下がりエッジでの検出にしたらすんなり解決してクソデカ溜息だった。
それと、当初GPSアンテナを屋外に設置しないといけないと思っていたが、そんなことはなかった。
窓際に置いておくだけでも常時15個の衛星を掴んでいた。
屋外に設置しなくていいのは天候対策をしなくていいのでかなり良かった点。
なにはともあれ高精度なntp鯖が完成して満足。
ローカルからのntp参照を旧鯖からこの新鯖に移行しようと思う。
