1. 背景

Raspberry Piは、標準でRTCを搭載していないため、外部に接続されていないネットワークに繋いで使用する場合は、起動のたびに日付と時刻がリセットされてしまう。

FA用途でRaspberry Pi+Ubuntuの環境を使用することになり、RTCを採用することになったが、Ubuntuのサポートが明記されている製品が見当たらない。そのため、試しに３種類のRTCを入手し、調査することにした。

2. 環境

試した環境は以下の通り。

Raspberry Pi 4 Model B (4GB)
OS
- Raspberry Pi OS (32bit)
- Ubuntu Desktop 21.04 (RPi 4/400)
RTC
- Raspberry Pi用RTCモジュール v1.1
- Raspberry Pi用RTC（DS1307）
- Raspberry Pi用高精度RTC（DS3231）

3. 動作結果

先に結論を示す。

Raspberry Pi OSとUbuntuの２種類のOSで、RTCのドライバをインストールして接続した。RTCの機能が確認できたものを ○、機能しなかったものを ×と記載している。

No.	RTC	RasPi OS	Ubuntu
1	RTCモジュール v1.1	○	○
2	RTC（DS1307）	○	×
3	高精度RTC（DS3231）	○	×

このように、Raspberry Pi OSならばどれもドライバが対応しているが、Ubuntuの場合はドライバが対応していないものもある。Ubuntuを採用する場合は、RTCの選択は注意した方が良い。

4. 使用したRTCについて

各RTCの情報と、インストール手順を示す。
インストール方法は製品ドキュメントに記載されているが、予めパッケージのインストールが必要なものや、手順が少し異なっていたものもあった。

4-1. Raspberry Pi用RTCモジュール v1.1

4-1-1. 製品情報

スイッチサイエンスのページ：
Raspberry Pi用RTCモジュール v1.1
2021/9/1に1,067円で購入

製品ページ：
Raspberry Pi RTC Expansion Module v1.1

技術ドキュメント：
DS1307 RTC Module with BAT for Raspberry Pi SKU: EP-0059

4-1-2. インストール手順

(1) RTCをセット
RTCに電池をセットし、電源を切った状態でRaspberry Pi のGPIOに装着する。

(2) 電源を入れて起動

(3) I2Cの有効化
Ubuntuはすでに有効化されているので、本作業は不要。
Raspberry Pi OSのみ実施する。

/boot/config.txtに以下の行を追加する。

dtoverlay=i2c-rtc,ds1307 
dtparam=i2c_arm=on

(4) fake-hwclockの削除
本作業は不要だったが、ドキュメントに記載があったので参考までに紹介する。

fake-hwclockがインストールされている場合、以下の手順で削除する。

sudo apt-get -y remove fake-hwclock
sudo update-rc.d -f fake-hwclock remove

(5) I2Cドライバのロード

以下のコマンドを実行する。

sudo su -
modprobe i2c-bcm2835
modprobe rtc-ds1307
echo ds1307 0x68 > /sys/class/i2c-adapter/i2c-1/new_device

(6) firmware/config.txtの修正

/boot/firmware/config.txtに以下の行を追加。

dtoverlay=i2c-rtc,ds1307

(7) hwclockの設定を変更

/lib/udev/hwclock-setを編集して、以下のように書き換える。

      1 #!/bin/sh
      2 # Reset the System Clock to UTC if the hardware clock from which it
      3 # was copied by the kernel was in localtime.
      4 
      5 dev=$1
      6 
      7 # if [ -e /run/systemd/system ] ; then
      8 #     exit 0
      9 # fi
     10 
     11 if [ -e /run/udev/hwclock-set ]; then
     12     exit 0
     13 fi
     14 
     15 if [ -f /etc/default/rcS ]; then
     16     . /etc/default/rcS
     17 fi
     18 
     19 /sbin/hwclock --rtc=$dev --systz
     20 /sbin/hwclock --rtc=$dev --hctosys

7-8行目をコメントアウト
11-17行目を追加

(8) OSを再起動

(9) ドライバの確認

以下のようにコマンドを入力して、このようなメッセージが表示されていればOK。

$ sudo dmesg | grep rtc-ds1307
[    2.430793] rtc-ds1307 1-0068: registered as rtc0
[    2.431828] rtc-ds1307 1-0068: setting system clock to 2021-09-04T07:45:03 UTC (1630741503)

Raspberry PiからRTC本体を外して起動しまうと、手動なり時刻を設定しなおす必要があるので注意。

4-2. Raspberry Pi用RTC（DS1307）

4-2-1. 製品情報

スイッチサイエンスのページ
Raspberry Pi用RTC（DS1307）
2021/9/1に572円で購入

製品ページ
Pi RTC (DS1307)

技術ドキュメント
DS1307 RTC (Real Time Clock) for Raspberry Pi

4-2-2. インストール手順

(1) Luaのインストール

インストーラがLuaを使用しているので、インストールする。

sudo apt install -y lua5.3

(2) ドライバをインストール

以下のコマンドを実行する。

git clone https://github.com/Seeed-Studio/pi-hats.git
cd pi-hats/tools
sudo ./install.sh -u rtc_ds1307

(3) 電源を落としてRTCをセットし、再び起動する

(4) ドライバのインストールチェック

以下のコマンドを実行し、インストールされているドライバを確認する。

./install.sh -l

(5) ハードウェアクロックを表示

以下のコマンドを実行し、ハードウェアクロックの取得ができるか確認する。

sudo hwclock -r

Ubuntuでは以下のメッセージが表示され、RTCが動作していなかった。

$ sudo hwclock -r
hwclock: 既知のいずれの方法を使用しても、ハードウェアの時計にアクセスすることが
できません。
hwclock: Use the --verbose option to see the details of our search for an access method.

4-3. Raspberry Pi用高精度RTC（DS3231）

4-3-1. 製品情報

スイッチサイエンスのページ
Raspberry Pi用高精度RTC（DS3231）
2021/9/1に858円で購入

製品ページ
High Accuracy RTC (DS3231) for Raspberry Pi

技術ドキュメント
DS3231 High Accuracy RTC (Real Time Clock) for Raspberry Pi

4-3-2. インストール手順

基本的な手順は「Raspberry Pi用RTC（DS1307）」と同じ。 (2) ドライバをインストールのコマンド引数だけ異なる。

(1) Luaのインストール

インストーラがLuaを使用しているので、インストールする。

sudo apt install -y lua5.3

(2) ドライバをインストール

以下のコマンドを実行する。

git clone https://github.com/Seeed-Studio/pi-hats.git
cd pi-hats/tools
sudo ./install.sh -u rtc_ds3231

(3) 電源を落としてRTCをセットし、再び起動する

(4) ドライバのインストールチェック

以下のコマンドを実行し、インストールされているドライバを確認する。

./install.sh -l

(5) ハードウェアクロックを表示

以下のコマンドを実行し、ハードウェアクロックの取得ができるか確認する。

sudo hwclock -r

以上