RPIGPS
GPS a NTP - zde se pokusím shrnout zprovoznění NTP serveru z GPS modulem. K testům byl použit Respberry 3 z distribucí Jessie a GSM modulem Adafruit Ultimate GPS HAT pro RPi. Doporučuji rovnou přidat i baterii pro GPS CR1230 !
Obsah
Příprava
Po vytvoření image na microCD musíme ještě nahrát prázdný soubor ssh aby byl funkční přístup přes SSH. Teprve poté se můžeme k Raspberry přihlásit přes SSH. Ve výchozím nastavení je IP adresa načtena z DHCP serveru. Výchozí login je "pi" a heslo "raspberry". Po prvním spuštění je vhodné spustit příkaz "sudo raspi-config" pro dokončení plného přednastavení vlastního Raspberry. Viz také článek Raspberry.
Následně provedeme upgrade celé distribuce:
sudo apt-get update sudo apt-get dist-upgrade sudo rpi-update sudo apt-get upgrade
Nastavení distribuce
Některé dále uvedené kroky můžeme nastavit pomocí "sudo raspi-config". Pak stačí jen nastavení podle níže uvedeného zkontrolovat.
Zablokování sériové konzoly
Prvně musíme systému Linux odebrat nastavení pro spuštění sériové konzole. Pokud by jsme tak neučinili, tak nám sériový port obsadí systémová konzole a nešel by následně použít pro GPS. To provedeme editací souboru /boot/cmdline.txt
sudo nano /boot/cmdline.txt
kde odstraníme odeberte console=ttyAMA0,115200 a pokud existuje, kgdboc=ttyAMA0,115200
dwc_otg.lpm_enable=0 console=ttyAMA0,115200 kgdboc=ttyAMA0,115200 console=tty1 root=/dev/mmcblk0p2 rootfstype=ext4 elevator=deadline rootwait
na
dwc_otg.lpm_enable=0 console=tty1 root=/dev/mmcblk0p2 rootfstype=ext4 elevator=deadline rootwait
Poznámka:
- může se zobrazit konzola = serial0,115200 nebo console = ttyS0,115200 a měla by odstranit ty části řádku, pokud jsou k dispozici.
Povolení sériového rozhraní
Na Raspberry V.3 je standardní sériové rozhraní využito pro Bluetooth. My jej ale potřebujeme pro GPS modul. To docílíme vypnutím Bluetooh.
Součástí distribuce je též podpora PPS. Pro aktivaci je potřeba nastavení a načtení příslušného moduly. To docílíme editací v souboru /boot/config.txt
sudo nano /boot/config.txt
kde na konec přidáme parametr
dtoverlay=pi3-disable-bt enable_uart=1 dtoverlay=pps-gpio,gpiopin=4
Dále do souboru /etc/modules
sudo nano /etc/modules
přidáme ještě načtení vlastního ovladače PPS
pps-gpio
Nakonec můžeme povolit čtení ovladače i ostatním uživatelům. Do docílíme přidáním práv do udev (není ale třeba)
sudo nano /etc/udev/rules.d/99-com.rules SUBSYSTEM=="pps", GROUP="systemd-timesync", MODE="0664"
Poté restartujeme celé Reaspberry
sudo reboot
Ověření GPS
Před pokračováním je dobré se přesvědčit že modul GPS má dostatek dat ze satelitů a že je komunikace přes sériový port v pořádku. Dostatek dat je signalizováno led "Fix" na modulu:
- Bliká v intervalu 1s - No Fix (nedostatek dat)
- Blikne jednou za 10s - OK Fix
Je možné,že bude nutné přijímač GPS dát blíže k oknu, nebo připojit externí anténu. Pak můžeme pokračovat v ověření "surových" dat z přijímače přímo ze sériového portu:
stty -F /dev/ttyAMA0 raw 9600 cs8 clocal -cstopb cat /dev/ttyAMA0
Následně by se nám měli zobrazit "surová" data, například
$GPGGA,193338.000,4909.7635,N,01643.8563,E,1,10,0.87,221.4,M,43.4,M,,*6C $GPGSA,A,3,03,11,31,22,01,17,09,14,06,23,,,1.57,0.87,1.30*01 $GPRMC,193338.000,A,4909.7635,N,01643.8563,E,0.21,357.98,220717,,,A*64 $GPZDA,193338.000,22,07,2017,,*56 $GPGGA,193339.000,4909.7635,N,01643.8563,E,1,10,0.87,221.4,M,43.4,M,,*6D $GPGSA,A,3,03,11,31,22,01,17,09,14,06,23,,,1.57,0.87,1.30*01 $GPRMC,193339.000,A,4909.7635,N,01643.8563,E,0.11,57.42,220717,,,A*52
Pokud tomu tak je, můžeme pokračovat ....
Instalace GPS a PPS
Pro zpracování dat z GPS modulu je nutné mít nainstalovaná démon "gpsd". Ten můžeme nainstaloval několika způsoby.
GPS - balíček
sudo apt-get install gpsd gpsd-clients python-gps pps-tools
Následně otevřeme konfigurační soubor /etc/default/gpsd kde nastavíme parametry
sudo nano /etc/default/gpsd
START_DAEMON="true" USBAUTO="false" DEVICES="/dev/pps0 /dev/ttyAMA0" GPSD_OPTIONS="-n"
Instalace ovladače GPS - new
Doinstalujeme potřebné balíčky - povinné, doporučené:
sudo apt-get install scons libncurses5-dev python-dev pps-tools sudo apt-get install git-core
Ověříme nejnovější verzi a následně ji stáhneme:
wget http://git.savannah.gnu.org/cgit/gpsd.git/snapshot/gpsd-release-3.16.tar.gz
Poté soubor rozbalíme:
tar -xzvf gpsd-release-3.16.tar.gz
Přesuneme se do zdrojového adresáře a spustíme instalaci:
cd ./gpsd-release-3.16 scons && scons check && sudo scons udev-install
Pokud se to podaří gpsd a gpsdctl budou instalovány zde:
/usr/local/sbin/
Ostatní klienti a nástroje budou instalovány zde:
/usr/local/bin/
Tyto jsou:
cgps, gps2udp, gpsctl, gpsdecode, gpsmon, gpspipe, gpxlogger, lcdgps, ntpshmmon
Ověření gpsd
Ověření funkčnosti GPS je možné použít několik pomocných programů. Například:
gpsmon cgps -s ntpshmmon
Instalace NTP
V základní distribuci sice je server NTP nainstalován, ale jedná se o starší verzi, která nepodporuje PPS. Proto je nutné nainstalovat novější verzi která má i tuto podporu. Dále nabízím dvě možnosti instalace:
NTP - tar.gz
Na serveru ntp.org v sekci dovnloads si ověříme nejnovější verzi a podle toho je vhodné upravit názvy instalovaných souborů. Následně můžeme postupovat:
sudo service ntp stop wget http://archive.ntp.org/ntp4/ntp-4.2/ntp-4.2.8p10.tar.gz tar zxvf ntp-4.2.8p10.tar.gz cd ntp-4.2.8p10 ./configure --enable-linuxcaps make sudo make install sudo cp /usr/local/bin/ntp* /usr/bin/ && sudo cp /usr/local/sbin/ntp* /usr/sbin/
Poznámka: k 9.8.2017 je aktuální a doporučená verze 4.2.8p10
NTP - balíček
Další možností je instalace novější verze přímo jako debianí balíček. V tomto případě je nutné přidat adresář depozitáře balíčků do souboru sources.list.
sudo nano /etc/apt/sources.list
na stávající konec přidáme:
deb http://ftp.cz.debian.org/debian/ stretch
Poté provedeme aktualizaci balíčků a přeinstalujeme ntp server
sudo apt-get update sudo apt-get install ntp
Na závěr doporučuji přidaný záznam do souboru sources.list zakomentovat aby se nechtěně neaktualizovali i další balíčky. Poté opětovně aktualizovat seznam balíčků:
sudo apt-get clean sudo apt-get update
Nastavení NTP
Po instalaci upravíme soubor ntp.conf podle našich požadavků nakonec opět NTP restartujme/spustíme.
sudo nano /etc/ntp.conf
Doporučuji upravit seznam NTP serverů. Pokud by jsme ale chtěli použít data jen z GPS, tak seznam nemusí být potřeba.
pool cz.pool.ntp.org
server ntp.cesnet.cz iburst prefer server ntp.nix.cz prefer minpoll 10
NTP z PPS
Pro synchronizaci pomocí PPS přidáme do konfigurace ntp.conf následující řádky:
# PPS ntp server 127.127.22.0 minpoll 4 maxpoll 4 fudge 127.127.22.0 refid PPS
Adresy NTP - GPS
- lx.ujf.cas.cz ( 89.221.208.61 )
- 94.124.107.190
Ověření NTP
sudo service ntp start
Následně ověříme funkcionalitu NTP:
ntpq -p -n
Pro úplný výpis z dalšími informacemi můžeme použít:
ntpq -crv -pn
Adresy NTP - GPS
- lx.ujf.cas.cz ( 89.221.208.61 )
- 94.124.107.190
Ověření NTP
Po chvíli by jsme měli vidět, že se synchronizuje čas z GPS
pi@raspberrypi:~$ ntpq -p remote refid st t when poll reach delay offset jitter ============================================================================== *ns1.luns.net.uk 33.117.170.50 2 u 54 64 7 65.454 2.666 5.800 +resntp-b-vip.lo 127.151.91.34 3 u 45 64 17 55.704 -5.169 8.482 +bart.nexellent. 194.242.34.149 2 u 17 64 17 76.585 -4.271 57.595 +v01.s01.be.it2g 193.190.230.65 2 u 20 64 37 86.464 -2.374 228.460 xSHM(0) .NMEA. 0 l 11 16 377 0.000 144.714 3.026 SHM(1) .PPS. 0 l - 16 0 0.000 0.000 0.000
Kde první znak znamená:
"mezera" Peer je vyřazen jako nedostupný, synchronizovaný na vlastní server (synchronizační smyčka) nebo velká synchronizační vzdálenost. x falsetick Peer je vyřazen algoritmem průniku jako falešný. . excess Peer je vyřazen, protože není mezi prvními deseti podle synchronizační vzdálenosti, a tak je nevhodný kandidát k dalšímu použití. - outlyer Peer je vyřazen clusteringovým algoritmem jako outlier. + candidat Peer je přeživší a je kandidátem na kombinační algoritmus. # selected Peer je přeživší, ale není mezi prvními šest seřazených podle synchronizační vzdálenosti. Pokud je asociace pomíjivá, může být odpojen, aby šetřil zdroje. * sys.peer Peer byl prohlášen za systémový a jeho proměnné jsou předávány vlastnímu systému. o pps.peer Peer byl prohlášen za systémový a předává proměnné vlastnímu systému. Skutečná synchronizace je však odvozena od signálu puls-per-second (PPS), ať už nepřímo přes ovladač referenčních hodin PPS nebo přímo přes rozhraní jádra.
remote - Adresa vzdáleného NTP serveru refid - Referenční NTP server vzdáleného NTP serveru st - vrstvy vzdáleného peeru t - Typ peeru: l - místní, u - unicast, m - multicast, b - broadcast, p - seznam when - Interval v sekundách od posledního přijatého paketu pool - Interval v sekundách dotazování (log2 sec - min/max pool ) reach - Registr dostupnosti (v osmičkové soustavě) delay - Aktuálně odhadované zpoždění offset - Offset serveru vzhledem k tomuto hostiteli jitter - Odhadovaná časová chyba peerových hodin měřená jako exponenciální průměr časových rozdílů RMS
Dokončení
Odstranit soubor /etc/dhcp/dhclient-exit-hooks.d/ntp abychom zabránili přepsání konfigurace ntp z dhcp.
rm /etc/dhcp/dhclient-exit-hooks.d/ntp rm /var/lib/ntp/ntp.conf.dhcp
