Raspberry Pi

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ふみなひろき
7 years ago
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に関する記事 GPSのPPS信号を使った Stratum-1 NTPサーバの作り方 [1] コメントを追加 [2] GPSのPPS信号を使うと非常に高精度なNTPサーバが作れるそうなので実際にを使ってやってみました GP Sモジュールは測位計算をする時に非常に正確な時刻を得ることができますこれを利用してGPSモジュールの中にはPPS

TS-109 NAS)のそれぞれでNTPサーバを動かし上位のNTPサーバとの時刻オフセットをMRTGを使って表したグラフです MRTGがマイナスの値を扱えないので 5ms のオフセットをかけてありますつまり中央の5msのラインより上がプラスのオフセット下がマイナスのオフセットですまず NTPサーバとして ntp.nict.

1 に関する記事 GPSのPPS信号を使った Stratum-1 NTPサーバの作り方 [1] コメントを追加 [2] GPSのPPS信号を使うと非常に高精度なNTPサーバが作れるそうなので実際にを使ってやってみました GP Sモジュールは測位計算をする時に非常に正確な時刻を得ることができますこれを利用してGPSモジュールの中にはPPS 信号を出力するものがあります PPSはPulse Per Secondの略で正確に1秒間隔で出力されるパルス信号のことです詳細な手順は後回しにしてまずはどれくらい正確な時刻が得られたのかをお見せします Internet上のNTPサーバを使うと数ms程度の精度だったのがに接続したGPSのPPSを使うと数μs程度の精度が得られました以下のグラフはと TS-109 NAS)のそれぞれでNTPサーバを動かし上位のNTPサーバとの時刻オフセットをMRTGを使って表したグラフです MRTGがマイナスの値を扱えないので 5ms のオフセットをかけてありますつまり中央の5msのラインより上がプラスのオフセット下がマイナスのオフセットですまず NTPサーバとして ntp.nict.jp を指定した時の時刻オフセットです TS-109はサーバとしてntp.nict.jpとRaspberry Piと両方を指定していましただいたい数ms程度のオフセットに収まっていることがわかりますネット上のNTPサーバを使っても百分の一秒程度の精度が得られるのですが PPSを使うとさらに高精度な時刻同期をする Page 1 of サイト内検索プライバシーポリシー --

Piは直接PPSを使用しているので数μsのオフセット値が得られています TS-109の方はを上位サーバとして参照していますがこちらは100μs程度の精度です GPSモジュールのPPS信号を使うとほぼ数μs程度の精度で時刻同期をすることができました以下が詳細な手順です概要使用したGPSモジュールは Adafruit Ultimate GPS Breakout [3]というものです

2 ことができます以下のグラフはNTPの参照クロックとしてNICTのサーバからPPSへと変更したときの時刻オフセットです 22時30分頃にNTPサーバを入れ替えたり ntp.conf を書き換えたりの作業をしたせいでオフセットが突出している箇所がありますがそれより右の平らな部分ではPPSを使った時刻同期に変わっていますこれはPPS使用時の時刻オフセットを別のスケールで測定したグラフですの方は 20μsのオフセット TSｰ109の方は500μsのオフセットをかけてあります Raspberry Piは直接PPSを使用しているので数μsのオフセット値が得られています TS-109の方はを上位サーバとして参照していますがこちらは100μs程度の精度です GPSモジュールのPPS信号を使うとほぼ数μs程度の精度で時刻同期をすることができました以下が詳細な手順です概要使用したGPSモジュールは Adafruit Ultimate GPS Breakout [3]というものですこれにGPS外部アンテナ [4] を接続して使っています GPSモジュールのシリアル出力はUARTに入力していますでは/dev/ttyAMA0からデータを取り込みます GPSモジュールのPPS信号はのGPIO 18につなげていますに最初から入っているNTPサーバではPPSと同期できないので NTPサーバもビルドする必要があります [追記:2018/01/29] 最新の OS ( ) では ntp が入っていないので自分で入れる必要がありました以下のコマンドを実行します $ sudo apt-get install ntp 以下のページを参考にしました書いてあることをほぼなぞるだけでできてしまいました [5] GPS無しでNTPサーバを動かすまず GPS無しでNTPサーバを動かしてみます ntp.conf を編集します Page 2 of 15

3 $ sudo nano /etc/ntp.conf 次の1行を加えるだけです server ntp.nict.jp iburst NTPサーバを再起動します $ sudo /etc/init.d/ntp restart NTPサーバの動作をチェックします $ ntpq -p remote refid st t when poll reach delay offset jitter ============================================ *ntp-a2.nict.go..nict. 1 u こんなような出力がでればOK. この状態で1日動かしてMRTGでデータをとりました PPS無しのGPSを使ってNTPサーバを動かす次に PPSは使わずにGPSを接続してNTPサーバを動かします GPSモジュールは通常 NMEA0183というフォーマットで時刻や位置などの測位結果をテキストのメッセージとして出力していますこれを使ってNTPの同期をとることができます PPSは1秒おきのパルスに過ぎないのでPPSだけでは時刻はわかりません GPS+PPS またはインターネットのNTPサーバ PPS)という組合せによって GPSで秒単位の時刻を取得しそれとの差分をPPSのパルスで知ることによって正確な時刻同期を行うことができますまず GPS関連のツールをインストールします $ sudo apt-get install gpsd gpsd-clients python-gps 上述のように私はGPSの出力をUARTに入力しているのでではGPSの入力が /dev/ttyama0 になります gpsd を以下のように起動します $ sudo gpsd /dev/ttyama0 -F /var/run/gpsd.sock GPSが動いているか確認します $ cgps -s GPSの動作確認は gpsmon でもOK ntp.conf の編集をします $ sudo nano /etc/ntp.conf 以下の2行を追加します server minpoll 4 maxpoll 4 fudge refid GPS stratum 15 NTPを再起動して確認します Page 3 of 15

4 $ sudo /etc/init.d/ntp restart $ ntpq -p remote refid st t when poll reach delay offset jitter ============================================= SHM(0).GPS. 15 l *ntp-a2.nict.go..nict. 1 u こんなような出力ならOK. SHMはShared Memoryの略ですというのはNTPの参照クロックとしてPPSを使用するという意味です他にどのような参照クロックがあるのかは以下のページでわかりますちなみに後でPPSを使う時にType22を追加します [6] ついでに gpsd の設定をしておきます $ sudo nano /etc/default/gpsd 以下のようにします START_DAEMON="true" USBAUTO="true" DEVICES="" GPSD_OPTIONS="/dev/ttyAMA0" GPSD_SOCKET="/var/run/gpsd.sock" PPSを使ったNTPサーバを動かす /etc/modules に次の1行を追加します pps-gpio /boot/config.txt に次の1行を加えます dtoverlay=pps-gpio,gpiopin=18 を再起動しますモジュールがロードされたことを確認します $ lsmod grep pps pps_gpio pps_core pps_gpio PPSが有効になったかどうか確認します $ dmesg grep pps [ ] pps_core: LinuxPPS API ver. 1 registered [ ] pps_core: Software ver Copyright Rodolfo Giometti [ ] pps pps0: new PPS source pps.-1 [ ] pps pps0: Registered IRQ 178 as PPS source pps tools をインストールします $ sudo apt-get install pps-tools PPS をテストします Page 4 of 15

5 $ sudo ppstest /dev/pps0 trying PPS source "/dev/pps0" found PPS source "/dev/pps0" ok, found 1 source(s), now start fetching data... source 0 - assert , sequence: clear , sequence: 0 source 0 - assert , sequence: clear , sequence: 0 source 0 - assert , sequence: clear , sequence: 0 source 0 - assert , sequence: clear , sequence: 0 source 0 - assert , sequence: clear , sequence: 0 source 0 - assert , sequence: clear , sequence: 0 source 0 - assert , sequence: clear , sequence: 0... 次に PPSが使えるNTPサーバをビルドします $ mkdir ntp $ cd ntp $ sudo apt-get install libcap-dev $ wget [7] $ tar xvfz ntp-4.2.8p7.tar.gz $ cd ntp-4.2.8p7 $./configure --enable-linuxcaps $ make $ sudo make install NTPサーバーを新しく作ったものに入れ替えます $ sudo /etc/init.d/ntp stop $ sudo cp /usr/local/bin/ntp* /usr/bin/ $ sudo cp /usr/local/sbin/ntp* /usr/sbin/ $ sudo /etc/init.d/ntp start /etc/ntp.conf に以下の2行を追加します server minpoll 4 maxpoll 4 fudge flag3 1 refid PPS それから PPSを使うためには他のサーバーに prefer 指定が必要とのことなので NICTのサーバの後ろに prefer を付けます server ntp.nict.jp iburst prefer NTPサーバを再起動して ntpq -p してみるとこんなふうになっているはずです remote refid st t when poll reach delay offset jitter ============================================ SHM(0).GPS. 15 l opps(0).pps. 0 l *ntp-a2.nict.go..nict. 1 u さらに ntpq -c rv の出力はこんな感じ associd=0 status=0115 leap_none, sync_pps, 1 event, clock_sync, version="ntpd 4.2.8p3@ Mon Jul 13 11:28:54 UTC 2015 (3)", processor="armv6l", system="linux/ ", leap=00, stratum=1, precision=-18, rootdelay=0.000, rootdisp=1.075, refid=pps, reftime=d94e2d5d Mon, Jul :28:13.532, Page 5 of 15

clock=d94e2d62.c11182ca Mon, Jul 13 2015 21:28:18.754, peer=19590, tc=4, mintc=3, offset=0.008924, frequency=-19.734, sys_jitter=0.003815, clk_jitter=0.319, clk_wander=0.

6 clock=d94e2d62.c11182ca Mon, Jul :28:18.754, peer=19590, tc=4, mintc=3, offset= , frequency= , sys_jitter= , clk_jitter=0.319, clk_wander=0.017 この場合オフセットは約9µs です PPSを参照しているので stratum=1 になっています GPS/GNSS [8] RaspberryPi [9] PPSを使ったNTPサーバのためのカーネル設定コメントを追加 [10] この記事はかなり昔のものです最近のカーネルは最初からPPS対応になっておりカーネルの作り直しはしないでそのまま使えます精度はオフセットが±20μsの範囲に収まる程度です ================================================================================ ============= を使って Stratum-1 NTPサーバを動かしています GPSのPPS信号を使った Stratum-1 NTPサーバの作り方 [11] この記事のコメント欄でのべろさんという人に教わったのですが PPS用のカーネル設定がまだ不完全でした教わった通りやってみるとなんと精度が20倍くらい高くなりました Tickless System をOFFにするとよいとのことで以下のページを教わりました [12] PPSとカーネルの設定について調べてみるといくつか参考になるページが見つかりましたカーネルのバージョンが3.10だとちょっとConfigurationの仕方が異なるようです以下のページが参考になります [13] 以下のようにカーネルの設定をします $ sudo make menuconfig を実行してカーネルコンフィギュレーションメニューが出たところで General setup > Timers subsystem と進みます Timer tick handling という項目があるのでさらに進み Periodic timer ticks (constant rate, no dynticks) にチェックを入れます Page 6 of 15

ひとつ戻って Old Idle dynticks config のチェックをはずし High Resolution

Support と進みます PPS kernel consumer support と PPS client

を再起動しますこれでしばらくデータを取ってみました以下のようになりました 1000ns

7 ひとつ戻って Old Idle dynticks config のチェックをはずし High Resolution Timer Supportにチェックをいれますさらにひとつ戻って Device Drivers > PPS Support と進みます PPS kernel consumer support と PPS client using GPIO にチェックをいれますこれでOK あとは前の記事で書いたようにカーネルイメージを作成しを再起動しますこれでしばらくデータを取ってみました以下のようになりました 1000ns のオフセットをかけてあります中央の1000のラインが0で下がマイナス上がプラスですだいたい±500ns の範囲内に入っています Page 7 of 15

8 まだこの他に CPUガバナーの設定とシリアル通信のLatency の設定をするとさらに精度があがるそうなのでそちらもやってみます GPS/GNSS [8] RaspberryPi [9] にMuninを入れて温度気圧センサーの値をグラフ表示するコメントを追加 [14] NASにTS-109を使っていた頃に取り付けた温度気圧センサーの値をNAS上のMRTGで集計してグラフ表示するということをやっていました NASを交換したのを機会に Raspberry Piの上でMuninを動かして温度気圧センサーの値をグラフ表示するようにしてみました MuninはMRTGと同じようないわゆるサーバー監視ツールです MRTGと比べるとずっと簡単にインストールできて扱いも簡単なようですまずは Munin をにインストールするところからです方法はネットで探すといくらでも出てきますがポイントは Apacheを先にインストールすることのようです以下のサイトを参考にしました [15] [16] 私もよく知らないまま先にMuninをインストールして一旦削除する羽目になりましたなんだかんだで Muninが動いて PCのブラウザから表示できるようになりました次は温度気圧センサーの値の表示ですこちらのサイトを参考にしました [17] 温度の値を取るために以下のスクリプトを動かしています気圧の値を取るためのスクリプトもほぼ同じです cat temperature #!/bin/sh #%# family=auto #%# capabilities=autoconf GETNUM=`python /usr/local/bin/bmp180-munin.py 11 4` if [ "$1" = "autoconf" ]; then if [ -n ${GETNUM} ] ; then echo yes exit 0 else echo no exit 0 fi fi if [ "$1" = "config" ]; then echo 'graph_title temperature' Page 8 of 15

9 echo 'graph_args -r --lower-limit 0' echo 'graph_vlabel C' echo 'graph_category Weather' echo 'total.label temperature' echo 'total.min 0' echo 'total.draw LINE2' echo 'total.type GAUGE' exit 0 fi echo "total.value $GETNUM"; 気圧センサーの値の方はこんな感じですグラフの下の線が940hPaになるように調整しています pi@raspberrypi:/usr/share/munin/plugins$ cat pressure #!/bin/sh #%# family=auto #%# capabilities=autoconf GETNUM=`python /usr/local/bin/bmp180-munin-pres.py 11 4` if [ "$1" = "autoconf" ]; then if [ -n ${GETNUM} ] ; then echo yes exit 0 else echo no exit 0 fi fi if [ "$1" = "config" ]; then echo 'graph_title pressure' echo 'graph_args -r -l lower-limit 940' echo 'graph_scale no' echo 'graph_vlabel hpa' echo 'graph_category Weather' echo 'total.label pressure' echo 'total.min 0' echo 'total.draw LINE2' echo 'total.type GAUGE' exit 0 fi echo "total.value $GETNUM"; こんな具合に表示できましたちゃんとした温度計で見ると今の室温は21.2 Cなのでセンサーの値はちょっと高めに出ているようです Page 9 of 15

10 [18] RaspberryPi [9] i2s DACの音の良さに驚愕したコメントを追加 [19] Page 10 of 15

11 [20] c [21] 3 + Hifiberry DAC+ [22]2017/01/13-22:29 投稿者 Ik T [23]. 正月休みに 3 で音楽プレーヤーを作ってみました使ったのは Volumio という音楽プレーヤーに特化したLinux Distributionです用のイメージをダウンロードして microsdカードにいれ 3 の電源を入れればあっという間に音楽プレーヤーができあがります最初は愛用のFostexのHP-A4というUSB-DACを使って鳴らしていたのですがあれこれ調べているうちに i2s DAC なるものの存在を知りましたのGPIOピンに挿して使うDACボードを使うとものすごくいい音がするというのですしかも i2s DAC は数千円で買えるほど安価ですということで Volumioと使う上では定番と思われる Hifiberry DAC+ というボードを買いました Hifiberry のサイトで送料 $8.00 でした安いですね [24] Page 11 of 15

1週間で到着したので早速 3 に装着して音を出してみました驚愕しました音が良いとは聞いていたけれどこれほどとは HP-A4を通して聴いていたときと区別がつきません 4万円近くしたUSB-DACなのに RaspberryPi [9] オーディオ/音楽 [25] + 温度センサーで部屋の温度を測るコメントを追加 [26] NTPサーバ構築に続いてに温度センサーを付けてみました

12 1週間で到着したので早速 3 に装着して音を出してみました驚愕しました音が良いとは聞いていたけれどこれほどとは HP-A4を通して聴いていたときと区別がつきません 4万円近くしたUSB-DACなのに RaspberryPi [9] オーディオ/音楽 [25] + 温度センサーで部屋の温度を測るコメントを追加 [26] NTPサーバ構築に続いてに温度センサーを付けてみました使ったセンサーは BoschのBMP180 [27] というチップを使ったモジュールで ebay.com で$2.88で買いました温度センサーで検索するとBMP085というチップがよく出てきますが BMP180はBMP085の後継機種だそうです BMP085 BMP180は気圧と温度を測ることができるチップですこのモジュール端子は４つで VIN, GND, SCL, SDAですそれぞれの3V GND SCL SDAに接続 GPSモジュールと違って3Vでないとダメですピンヘッダが付いてなかったのでGPSモジュールの横にちょっと置いてみましたほんとは半田付けしないといけないのですがとりあえず試してみたら動いたのでこの状態でデータを取るところまでやってみました設定ですが AdafruitのBMP085のページを見てやりました Page 12 of 15

13 [28] １ I2Cが使えるようにする以下の2行を/etc/modulesに追加 i2c-bcm2708 i2c-dev 必要なツール類をインストール sudo apt-get install python-smbus sudo apt-get install i2c-tools を再起動します 2 BMP180がI2Cでつながったかどうかテスト sudo i2cdetect -y abcdef 00: : : : : : : : Pythonのライブラリを使う Adafruitが用意したPython のライブラリを使います [29] $ sudo apt-get install -y python3 python3-pip python-dev $ sudo pip3 istall rpi.gpio $ git clone [30] $ cd Adafruit_Python_BMP $ sudo python setutp.py install サンプルを動かしてみましょう $ python./examples/simpletest.py Temp = *C Pressure = Pa Altitude = m Sealevel Pressure = Pa 拍子抜けするくらいあっさり動きましたあとはMRTGで使いやすいようにサンプルスクリプトをちょこちょこっと修正し MRTGのグラフにしてみました Page 13 of 15

14 気圧はそのままだと見にくいので900を引いた値にしてあります RaspberryPi [9] を無線LANで接続する方法コメントを追加 [31] を無線LAN対応にするのは意外と簡単で検索すればやり方がたくさん出てきます無線LANのアダプターはこれを使いましたこれをUSBに挿すだけで認識しますが動いている時に挿すと再起動します Bus 001 Device Bus 001 Device Bus 001 Device Bus 001 Device ~ $ lsusb 002: ID 0424: : ID 1d6b: : ID 0424:ec00 004: ID 0411:01a2 Standard Microsystems Corp. Linux Foundation 2.0 root hub Standard Microsystems Corp. BUFFALO INC. (formerly MelCo., Inc.) WLI-UC-GNM Wireless LAN Adapter [Ralink RT8070] 次にWLANの設定をします $ sudo wpa_passphrase >> /etc/wpa_supplicant/wpa_supplicant.conf $ sudo nano /etc/wpa_supplicant/wpa_supplicant.conf wpa_supplicant.conf の中身はこんな感じ ssidとpskの値はダミーです ctrl_interface=dir=/var/run/wpa_supplicant GROUP=netdev update_config=1 network={ ssid="ssid" proto=wpa2 key_mgmt=wpa-psk pairwise=tkip CCMP group=tkip CCMP #psk="ascii PASSPHRASE" psk="generated WPA PSK" } あとは /etc/network/interfaces を編集して wlan0 の設定をいままでの eth0 の設定と同じにすればOK. English 日本語 Source URL: リンク [1] Page 14 of 15

15 [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] 3%81%A3%E3%81%9F-stratum-1-ntp%E3%82%B5%E3%83%BC%E3%83%90%E3%81%AE%E4%BD%9C% E3%82%8A%E6%96%B9 [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] [24] [25] %E3%82%AA%E9%9F%B3%E6%A5%BD [26] [27] p180 [28] [29] [30] [31] Page 15 of サイト内検索プライバシーポリシー -Powered by TCPDF (

GPSのPPS信号を使った Stratum-1 NTPサーバの作り方

GPSのPPS信号を使った Stratum-1 NTPサーバの作り方 [1] コメントを追加 [2] GPSのPPS信号を使うと非常に高精度なNTPサーバが作れるそうなので実際にRaspberry Piを使ってやってみました GP Sモジュールは測位計算をする時に非常に正確な時刻を得ることができますこれを利用してGPSモジュールの中にはPPS 信号を出力するものがあります PPSはPulse Per Secondの略で正確に1秒間隔で出力されるパルス信号のことです