【個人的備忘録】Raspberry Pi 3BでGPS同期のNTPサーバを構築した話

みちびき対応GPSモジュールの取り付け

秋月で2100円（2021年6月現在）で売っているGPSモジュールを利用する．

それぞれの信号線をRaspberryPiのGPIOに接続する．

この時，TXとRXが交差するように接続する．

1PPS信号線はGPIO18に接続する．

NTPサーバ側（Raspberry Pi）の設定

#まずはアプデ
sudo apt update
sudo apt upgrade

#関連ライブラリインストール
sudo apt install gpsd gpsd-clients pps-tools ntp

#Serial0を使わないように設定
sudo nano /boot/cmdline.txt 
    console=serial0,115200を削除

#pps信号受信，UART有効化のための設定
sudo nano /boot/config.txt 
    末尾に
    core_freq=250
    enable_uart=1
    dtoverlay=pps-gpio,gpiopin=18,assert_falling_edge=true
    を追記

#pps信号受信設定
sudo nano /etc/modules
    末尾に
    pps-gpio
    を追記

#gpsdの設定
sudo nano /etc/default/gpsd
    # Default settings for the gpsd init script and the hotplug wrapper.

    # Start the gpsd daemon automatically at boot time
    START_DAEMON="true"

    # Use USB hotplugging to add new USB devices automatically to the daemon
    USBAUTO="false"

    # Devices gpsd should collect to at boot time.
    # They need to be read/writeable, either by user gpsd or the group dialout.
    DEVICES="/dev/ttyS0 /dev/pps0"

    # Other options you want to pass to gpsd
    GPSD_OPTIONS="-n"

    ↑私の環境での設定例（他もこれで行けるはず）

#再起動
sudo reboot

#GPS情報が取得できているか確認
gpsmon

#ntpの設定
sudo nano /etc/ntp.conf

    # /etc/ntp.conf, configuration for ntpd; see ntp.conf(5) for help
    driftfile /var/lib/ntp/ntp.drift


    ##以下，ログに関する処理．適宜コメントアウト解除のこと
    #logfile /var/log/ntp.log
    #logconfig =all

    # Enable this if you want statistics to be logged.
    #statsdir /var/log/ntpstats/
    #statsdir /var/log/ntpstats/
    #statistics loopstats peerstats clockstats
    #filegen loopstats file loopstats type day enable
    #filegen peerstats file peerstats type day enable　#ここを有効化すると，GPS時刻とラズパイ時刻のずれ(offset)をロギングできる
    #filegen clockstats file clockstats type day enable

    # You do need to talk to an NTP server or two (or three).
    #server ntp.your-provider.example

    # pool.ntp.org maps to about 1000 low-stratum NTP servers.  Your server will
    # pick a different set every time it starts up.  Please consider joining the
    # pool: <http://www.pool.ntp.org/join.html>

    #pool 0.debian.pool.ntp.org iburst
    #pool 1.debian.pool.ntp.org iburst
    #pool 2.debian.pool.ntp.org iburst
    #pool 3.debian.pool.ntp.org iburst

    #PPS信号のアドレス設定
    server 127.127.22.0  minpoll 4  maxpoll 4 #2^4=16sごとに時間同期する．
    fudge 127.127.22.0  refid PPS stratum 0 flag3 1 flag4 1

    #GPS情報のアドレス設定（Stratum 1）
    server 127.127.28.2 minpoll 4 maxpoll 4 prefer 
    fudge 127.127.28.2 refid SHM2 stratum 1

    # Access control configuration; see /usr/share/doc/ntp-doc/html/accopt.html for
    # details.  The web page <http://support.ntp.org/bin/view/Support/AccessRestrictions>
    # might also be helpful.
    #
    # Note that "restrict" applies to both servers and clients, so a configuration
    # that might be intended to block requests from certain clients could also end
    # up blocking replies from your own upstream servers.

    # 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

    # Needed for adding pool entries
    #restrict source notrap nomodify noquery

    # Clients from this (example!) subnet have unlimited access, but only if
    # cryptographically authenticated.

    #LAN内の端末からのアクセスを許可
    restrict x.x.x.0 mask 255.255.255.0 nomodify notrap noquery #IPアドレスに関して，Xの部分は自分のネットワーク環境に合わせる


    # If you want to provide time to your local subnet, change the next line.
    # (Again, the address is an example only.)
    #broadcast 192.168.123.255

    # If you want to listen to time broadcasts on your local subnet, de-comment the
    # next lines.  Please do this only if you trust everybody on the network!
    #disable auth
    #broadcastclient

#再起動
sudo reboot
#GPSとのずれ確認
watch -n 1 sh -c "ntpstat; ntpq -p -crv;"

クライアント側の設定（別のラズパイとかJetsonNanoとかUbuntu搭載PCとか）

systemd-timesyncdに設定する．

sudo nano /etc/systemd/timesyncd.conf
    以下のように設定する．
    [Time]
    NTP=ntp_server_ip_address

NTPで設定したサーバ以外は時刻同期しないようにする

サーバ，クライアントともにこの操作を行う．

#Raspberry Pi
sudo vi /etc/dhcpcd.conf
    option ntp_servers
    をコメントアウト

#Ubuntu
sudo nano /etc/systemd/timesyncd.conf
    以下のように，コメントアウト
    [Time]
    #FallbackNTP=ntp.ubuntu.com

参考

Raspberry PiでLANケーブル1本で窓際に設置できるNTPサーバを作るには

Raspberry pi3とGPSモジュールを接続してNTPサーバを構築

Raspberry Pi + GPS + NTP

GPSのPPS信号を使った Stratum-1 NTPサーバの作り方