最近在研究GPSD相關(guān)信息，查閱到GPSD可以與NTPD相配合實(shí)現(xiàn)高精度時(shí)間同步功能，因此才涉及到此主題。

目前手頭用的是Ublox F9P模塊，UART輸出NEMA數(shù)據(jù)，另外一個(gè)GPIO輸出1PPS脈沖

首先看一張時(shí)序圖：

1. NEMA中包含有時(shí)間信息，一般是秒級(jí)別，也有部分帶有毫秒

2. 1PPS即每秒輸出一個(gè)脈沖，圖中以高電平觸發(fā)為例（沒(méi)畫(huà)下降沿），接收及處理1PPS脈沖的時(shí)間也在ns級(jí)別

3. 因?yàn)镹EMA是通過(guò)串口發(fā)送和接收，而且一次NEMA數(shù)據(jù)量也有KB級(jí)別大小，處理時(shí)間遠(yuǎn)比1PPS時(shí)間長(zhǎng)

4. 通過(guò)NEMA中的秒級(jí)時(shí)間和1PPS脈沖相配合，即可實(shí)現(xiàn)高精度時(shí)間同步（ns級(jí)：依據(jù)1PPS的響應(yīng)時(shí)間）

具體時(shí)間同步實(shí)現(xiàn)，以Linux為例，常用組合方式為：kenel pps.ko，GPSD，chronyd或者NTPD

首先Kernel pps.ko:

當(dāng)前kernel是支持pps處理的，因?yàn)槲矣玫膗blox的pps是接到gpio的，所以選擇gpio方式

1. kernel timer client 是內(nèi)核軟件模擬的pps信號(hào)，用于測(cè)試

2. pps client using gpio 是以gpio作為pps信號(hào)源

pps-gpio.c源碼實(shí)現(xiàn)也比較簡(jiǎn)單，主要通過(guò)注冊(cè)gpio中斷，當(dāng)gpio電平變化時(shí)，記錄當(dāng)前系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)刻，然后post event到用戶空間。

因?yàn)槭褂昧送獠縂PIO，因此在使用該模塊之前，需要在dts中指定相關(guān)的gpio引腳，compatible 為 "pps-gpio"

static const struct of_device_id pps_gpio_dt_ids[] = {{ .compatible = "pps-gpio", },{ /* sentinel */ }};

配置后編譯啟動(dòng)，查閱dmesg

root@imx8qxpmek:~# dmesg |grep pps [ 0.708441] pps_core: LinuxPPS API ver. 1 registered [ 0.713357] pps_core: Software ver. 5.3.6 - Copyright 2005-2007 Rodolfo Giometti <giometti@linux.it> [ 1.737515] pps pps0: new PPS source ktimer [ 1.741727] pps pps0: ktimer PPS source registered [ 1.747556] pps pps1: new PPS source pps.-1 [ 1.751804] pps pps1: Registered IRQ 115 as PPS source [ 236.866057] pps pps1: unsupported capabilities (2)

此處， PPS0為內(nèi)核模擬的pps信號(hào)，pps1? ublox模塊的pps 信號(hào)

在應(yīng)用層，使用ppstest工具可查看pps信號(hào)時(shí)間值（pps信號(hào)發(fā)生時(shí)刻的系統(tǒng)時(shí)間點(diǎn)）

root@imx8qxpmek:~# 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 1591828917.828448156, sequence: 85791 - clear 0.000000000, sequence: 0 source 0 - assert 1591828918.852533634, sequence: 85792 - clear 0.000000000, sequence: 0 source 0 - assert 1591828919.876534727, sequence: 85793 - clear 0.000000000, sequence: 0 ^C root@imx8qxpmek:~# root@imx8qxpmek:~# ppstest /dev/pps1 trying PPS source "/dev/pps1" found PPS source "/dev/pps1" ok, found 1 source(s), now start fetching data... source 0 - assert 1591828923.065352191, sequence: 87742 - clear 0.000000000, sequence: 0 source 0 - assert 1591828924.065348846, sequence: 87743 - clear 0.000000000, sequence: 0 source 0 - assert 1591828925.065347127, sequence: 87744 - clear 0.000000000, sequence: 0 source 0 - assert 1591828926.065348783, sequence: 87745 - clear 0.000000000, sequence: 0 ^C

查看pps中斷：

root@imx8qxpmek:~# date Thu Jun 11 06:43:49 CST 2020 root@imx8qxpmek:~# cat /proc/interrupts |grep pps 115: 87851 0 0 0 gpio-mxc 16 Edge pps.-1 root@imx8qxpmek:~# date Thu Jun 11 06:43:53 CST 2020 root@imx8qxpmek:~# cat /proc/interrupts |grep pps 115: 87855 0 0 0 gpio-mxc 16 Edge pps.-1

通過(guò)date時(shí)間打印，可以看到1s產(chǎn)生一次中斷。

至此，pps配置完畢，接下來(lái)處理NEMA數(shù)據(jù)，使用gpsd

gpsd是一個(gè)支持多設(shè)備，多協(xié)議以及提供豐富工具集的專用gps信號(hào)處理服務(wù)。此處主要介紹起使用，不做編譯以及功能詳細(xì)說(shuō)明。

通過(guò)gpsd -l可以查閱支持的gps協(xié)議或者說(shuō)模塊，我裁剪過(guò)，只保留NEMA和ublox，所以只顯示兩個(gè)

root@imx8qxpmek:~# ./gpsd -lNMEA0183 n b c * u-blox # n: mode switch, b: speed switch, c: rate switch, *: non-NMEA packet type. # Socket export enabled. # Shared memory export enabled. # Time service features enabled.

另外也可以看到，支持socket 和共享內(nèi)存方式通訊，比如后續(xù)要用到的chronyd即是采用共享內(nèi)存方式，同時(shí)也開(kāi)啟了時(shí)間服務(wù)，當(dāng)然此處沒(méi)有用，而是用chrony單獨(dú)實(shí)現(xiàn)。

啟動(dòng)gpsd服務(wù)后，可以通過(guò)其提供的各種工具集獲取gps狀態(tài)，比如gpsmon：

接下來(lái)配置chrony，chrony為一個(gè)專用的時(shí)間服務(wù)程序，與NTPD類似

其配置為/etc/chrony.conf

leapsectz right/UTC makestep 1.0 -1 rtcsyncrefclock PPS /dev/pps1 lock GPSD prefer refid PPS refclock SHM 0 offset 0.0 delay 0.2 refid GPSDallow

driftfile - 根據(jù)實(shí)際時(shí)間計(jì)算出計(jì)算機(jī)增減時(shí)間的比率，將它記錄到一個(gè)文件中是最合理的，它會(huì)在重啟后為系統(tǒng)時(shí)鐘作出補(bǔ)償，甚至可能的話，會(huì)從時(shí)鐘服務(wù)器獲得較好的估值。

rtcsync -指令將啟用一個(gè)內(nèi)核模式，在該模式中，系統(tǒng)時(shí)間每11分鐘會(huì)拷貝到實(shí)時(shí)時(shí)鐘（RTC）。

allow / deny - 這里你可以指定一臺(tái)主機(jī)、子網(wǎng)，或者網(wǎng)絡(luò)以允許或拒絕NTP連接到扮演時(shí)鐘服務(wù)器的機(jī)器。
makestep - 通常，chronyd將根據(jù)需求通過(guò)減慢或加速時(shí)鐘，使得系統(tǒng)逐步糾正所有時(shí)間偏差。在某些特定情況下，系統(tǒng)時(shí)鐘可能會(huì)漂移過(guò)快，導(dǎo)致該調(diào)整過(guò)程消耗很長(zhǎng)的時(shí)間來(lái)糾正系統(tǒng)時(shí)鐘。該指令強(qiáng)制chronyd在調(diào)整期大于某個(gè)閥值時(shí)步進(jìn)調(diào)整系統(tǒng)時(shí)鐘，但只有在因?yàn)閏hronyd啟動(dòng)時(shí)間超過(guò)指定限制（可使用負(fù)值來(lái)禁用限制），沒(méi)有更多時(shí)鐘更新時(shí)才生效

refclock driver parameter[:option]…? [option]…?The refclock directive specifies a hardware reference clock to be used as a time source. It has two mandatory parameters, a driver name and a driver-specific parameter. The two parameters are followed by zero or more refclock options. Some drivers have special options, which can be appended to the driver-specific parameter using the : character.There are four drivers included in chronyd:PPSDriver for the kernel PPS (pulse per second) API. The parameter is the path to the PPS device (typically /dev/pps?). As PPS refclocks do not supply full time, another time source (e.g. NTP server or non-PPS refclock) is needed to complete samples from the PPS refclock. An alternative is to enable the local directive to allow synchronisation with some unknown but constant offset. The driver supports the following option:clearBy default, the PPS refclock uses assert events (rising edge) for synchronisation. With this option, it will use clear events (falling edge) instead.Examples:refclock PPS /dev/pps0 lock NMEA refid GPSrefclock SHM 0 offset 0.5 delay 0.2 refid NMEA noselectrefclock PPS /dev/pps1:clear refid GPS2

詳細(xì)的各項(xiàng)配置可以參閱官方文檔：https://chrony.tuxfamily.org/documentation.html

運(yùn)行chronyd之后，可以看到時(shí)間同步過(guò)程：

root@imx8qxpmek:~# chronyd -d -f /etc/chrony.conf 2020-06-10T17:00:41Z chronyd version 3.2 starting (+CMDMON +NTP +REFCLOCK +RTC -PRIVDROP -SCFILTER -SECHASH -SIGND +ASYNCDNS +IPV6 -DEBUG) 2020-06-10T17:00:41Z Initial frequency -116.709 ppm 2020-06-10T17:00:41Z Timezone right/UTC failed leap second check, ignoring2020-06-10T17:01:28Z Selected source PPS 2020-06-10T17:01:28Z System clock wrong by 34565.191649 seconds, adjustment started 2020-06-11T02:37:33Z System clock was stepped by 34565.191649 seconds

在客戶端方面，使用ntpd測(cè)試如下：

root@OpenWrt:~# ntpd -d -n -p 192.168.3.1 ntpd: sending query to 192.168.3.1 ntpd: reply from 192.168.3.1: offset:+6152.992411 delay:0.008204 status:0x24 strat:1 refid:0x00535050 rootdelay:0.000015 reach:0x01 ntpd: sending query to 192.168.3.1 ntpd: reply from 192.168.3.1: offset:+6152.990378 delay:0.004154 status:0x24 strat:1 refid:0x00535050 rootdelay:0.000015 reach:0x03 ntpd: setting time to 2020-06-11 10:42:38.090639 (offset +6152.990378s)

至此以NEMA，1PPS，GPSD，chronyd 等在linux平臺(tái)搭建的時(shí)間服務(wù)器完畢。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的关于GPS的1PPS时间同步功能探索与测试的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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