● Raspberry Pi Zero W与GPS模块搭建NTP授时服务器

0. GPS模块

因为GPS模块仅做测试，不用于生产环境，我选了一块便宜的GT-U8模块。使用USB串口模块接好GPS模块后，收到GPS上报数据。 gps

1. 配置国内软件源

  • 修改sources.list文件 sudo nano /etc/apt/sources.list
deb http://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/raspbian/raspbian/ stretch main contrib non-free rpi
deb-src http://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/raspbian/raspbian/ stretch main contrib non-free rpi
  • 修改raspi.list文件 sudo nano /etc/apt/sources.list.d/raspi.list
deb http://mirror.tuna.tsinghua.edu.cn/raspberrypi/ stretch main ui
deb-src http://mirror.tuna.tsinghua.edu.cn/raspberrypi/ stretch main ui

2. 更新 RaspberryPi

sudo apt-get update
sudo apt-get dist-upgrade
sudo rpi-update
sudo reboot

rpi-update启动时会更新自己，如果报以下错误：

!!! Failed to download update for rpi-update!
!!! Make sure you have ca-certificates 
installed and that the time is set correctly

直接更新固件的方法：

sudo UPDATE_SELF=0 rpi-update

3. 配置串口信息

  1. 打开串口。输入命令：
sudo raspi-config

  • 选择第3项

  • 选择P6

  • 选择"No"，关闭串口登录

  • 选择"Yes"，打开硬件串口通讯

  • 设置完成后界面

  • 退出，sudo poweroff 关机

4. GPS模块连接GPIO接口

raspberry pi gps model
5v vcc
Ground GND
GPIO 16(RxD) TX
GPIO 15(TxD) RX

  • 通电后启动，在路由器内为主板设置固定IP。SSH远程连接主板，输入以下命令：

    cat /dev/ttyS0

  • 会看到以下结果（马赛克隐藏了经纬度），红框中为UTC时间，时区以系统设置的timezone为准：

5. 配置PPS

  • gpio readall 查看所有针脚，选择上图BCM针脚GPIO 18，插好PPS针脚。

树莓派的引脚主要有3种编码规则： 1、BCM 2、BOARD 3、WiringPi

BCM、BOARD编码主要用在Python的RPi.GPIO库，WiringPi主要用在C++等平台（没用过）。

BCM是Broadcom芯片系列的名字，BCM编码规则与芯片上系统中信道编号相对应，不同版本的树莓派可能会有不同的定义。

BOARD是树莓派硬件上的物理引脚编号，相对稳定。

安装 PPS-tools

sudo apt-get install pps-tools
sudo apt-get install libcap-dev

可能遇到包依赖问题，需要适当降级。

sudo apt-get install 包名=版本

配置 PPS-tools

1.使用 sudo nano /boot/config.txt 修改文件，在文件的最后加入 dtoverlay=pps-gpio,gpiopin=18 保存退出。

2.使用 sudo nano /etc/modules 修改文件，在文件的最后加入 pps-gpio 保存并退出。

3.重启。

验证 PPS 是否工作

  • 使用 lsmod | grep pps 验证模块是否正常加载。若输出如下信息系正常：

  • 使用 dmesg | grep pps 命令检查 PPS GPIO 是否被配置，若输出如下信息系正常：

  • 使用 sudo ppstest /dev/pps0 将会看到类似下面的输出： 正常情况下每一秒输出一条，如果发现输出间隔不是一秒，可能是连线错误或者 GPS 模块未设置导致的。

6.配置 NTP 服务

有两个方案可以实现 NTP 服务，ntpd 和 chrony。但是 RaspberryPi 源中的 ntpd 是一个阉割的版本，里面不含 PPS 支持。

chrony 的优点有： 同步更快，只需要几分钟收敛到最小误差，而 ntpd 可能需要几个小时。 对变频环境有优化。 对于断线和延迟有更好的优化。 chrony 的缺点（可以弥补）： 仅支持 PPS，对于 GPS 的串口连接的 NMEA 语句没有支持，但可以通过 gpsd 的共享内存的方式来获取。

安装 GPSD

sudo apt install gpsd gpsd-clients python-gps
#sudo apt-get install ncurses-term

可能又会遇到包依赖问题，需要适当降级。

安装中可能会遇到很多坑，比如：

1. Error opening terminal: xterm.
2. 'xterm': unknown terminal type.
3. Error opening terminal: xterm-256color

运行 sudo apt install ncurses-base ，然后运行 whereis terminfo，找到 /etc/profile，在尾部增加如下内容：

export TERMINFO=/lib/terminfo/

运行 source /etc/profile 生效。

修改 sudo nano /etc/default/gpsd 文件如下：

DEVICES="/dev/ttyS0"
GPSD_OPTIONS="-n -G"

配置 GPSD 开机启动

sudo systemctl enable gpsd.socket #启用
sudo systemctl start gpsd.socket #开启
sudo systemctl restart gpsd.socket #重启
sudo systemctl status gpsd.socket #查看状态

检查 GPSD

使用 sudo cgps -s 来查看 GPSD 的数据，如果你在开阔的地方，你将会看到类似下面的输出：

安装 chrony

sudo apt install chrony

修改配置文件 sudo nano /etc/chrony/chrony.conf 确保有以下内容（如果没有则添加）

#修改
makestep 1 3
makestep 1.0 -1
#新增
leapsectz right/UTC
refclock PPS /dev/pps0 lock GPSD prefer refid PPS
refclock SHM 0 offset 0.0 delay 0.2 refid GPSD

allow

makestep 1.0 -1表示超过1秒立刻修正，不回归
rtcsync每11分钟自动矫正系统rtc时钟
allow 允许局域网所有设备使用本服务器时间

配置完成后通过 sudo service chrony restart 重启服务。

可以通过下面两个命令来查看连接状态：

watch -n1 chronyc sources -v
watch -n1 chronyc sourcestats -v

6.开启NTP服务

chrony应该自带ntp服务，所以不用单独安装ntpserver，直接连接IP的123端口即可。

下图是为公司写的一个子母钟配置工具，可以完美获取到Raspberry Pi Zero W同步的GPS时间。

参考文章： https://blog.csdn.net/xiaohu50/article/details/78731534