嵌入式Linux 时间同步 gpsd+chrony

嵌入式Linux系统，外接GPS设备，系统通过NMEA数据和pps进行时间同步，同时将本系统作为时间同步服务器。

一、基本原理

​ NMEA中获取UTC时间的yymmddhhmmss，然后使用pps的秒脉冲对串口或者网路传输的延时进行校正。但是其中Linux检测pps信号的延时无法校正。

二、内核配置

1.PPS端口设备树

a.设备树添加pps节点

pps {
	compatible = "pps-gpio";
	pinctrl-names = "default";
	pinctrl-0 = <&pinctrl_pps>;
	gpios = <&gpio5 0 GPIO_ACTIVE_HIGH>;
	status = "okay";
};

b.设备树pinctl添加gpio信息

	pinctrl_pps: ppsgrp {
		fsl,pins = <
			MX6UL_PAD_SNVS_TAMPER0__GPIO5_IO00	0x1b0b1
		>;
	};

2.内核选项配置

a.pps相关配置

CONFIG_PPS=y
CONFIG_PPS_DEBUG=y
CONFIG_PPS_CLIENT_KTIMER is not set
CONFIG_PPS_CLIENT_LDISC=y
CONFIG_PPS_CLIENT_GPIO=y
CONFIG_GPIO_SYSFS=y

3.buildroot根文件系统配置

a.gpsd和chrony相关配置

BR2_PACKAGE_GPSD_CLIENT_DEBUG=y
# BR2_PACKAGE_GPSD_OLDSTYLE is not set
BR2_PACKAGE_GPSD_PROFILING=y
BR2_PACKAGE_GPSD_NTP_SHM=y
BR2_PACKAGE_GPSD_PPS=y
# BR2_PACKAGE_GPSD_USER is not set
# BR2_PACKAGE_GPSD_GROUP is not set
# BR2_PACKAGE_GPSD_FIXED_PORT_SPEED is not set
# BR2_PACKAGE_GPSD_MAX_CLIENT is not set
# BR2_PACKAGE_GPSD_MAX_DEV is not set
BR2_PACKAGE_GPSD_RECONFIGURE=y
BR2_PACKAGE_GPSD_CONTROLSEND=y
# BR2_PACKAGE_GPSD_SQUELCH is not set

BR2_PACKAGE_PPS_TOOLS=y

BR2_PACKAGE_CHRONY=y

注意：PPS_TOOLS一定要选上，否则chrony中的refclock PPS驱动不被编译

三、gpsd配置和使用

1.gpsd参数配置

gpsd -n udp://127.0.0.1:6600 /dev/pps2

udp://127.0.0.1:6600 指定GNSS数据来源。带有前缀“udp://”的 URI，后跟主机名、冒号和端口号。守护进程将打开一个套接字侦听到达指定地址和端口的 UDP 数据报，这将被解释为好像它们是由串行设备发出的。示例： udp://127.0.0.1:5000。

tcp://127.0.0.1:6600 指定GNSS数据来源。带有前缀“tcp://”的 URI，后跟主机名、冒号和端口号。守护进程将打开一个到指定地址和端口的套接字并从中读取数据包，这些数据包将被解释为好像它们是由串行设备发出的。示例： tcp://data.aishub.net:4006。

gpsd -D 5 -N -n /dev/ttymxc2 /dev/pps2

-D 5 输出5级log

-N 前台运行

-n 在轮询与其关联的任何 GPS 之前，不要等待客户端连接（chrony配合时必选参数）

gpsd -n /dev/ttymxc2 /dev/pps2

/dev/ttymxc2 指定GPS设备串口，传感器连接到的串行或 USB 设备的普通 Unix 设备名称。示例：/dev/ttyUSB0

/dev/pps2指定pps设备，PPS 源所连接的 PPS 设备的普通 Unix 设备名称。设备名称必须以“/dev/pps”开头，并且本地串行或 USB GPS 设备也必须可用。示例： /dev/pps0。

四、chrony配置和使用

1.chrony.conf

makestep 0.1 3						//若系统时间与基准时间相差大于0.1s，直接跳变系统时间，仅限前3个时钟周期
rtcsync								//允许系统时间同步rtc时间，Linux每11min同步一次
allow								//允许设备作为时间同步服务器
leapsectz right/UTC					//瑞秒相关设置
driftfile /var/lib/chrony/drift		//指定var/lib/chrony/drift存储时间补偿增减率，每次开机增减率有效前使用存储值
dumpdir /var/run/chrony				//指定测量历史记录存储目录，测量历史用于计算补偿增减率。启动读取后删除

refclock PPS /dev/pps0 refid PPS lock GPSD prefer precision 1e-7 poll 2	//指定硬件PPS为优先时间源
refclock SHM 0 refid GPSD precision 1e-1 offset 0.9999 delay 0.2 poll 2	//指定硬件GPS为时间源

2.chrony参数配置

chronyd -f /etc/chrony.conf

五、调试总结

1.gpsd+chrony基本原理

gpsd从串口或者网络读取gnss数据并进行解析，将解析结果以UNIX socket或者共享内存等方式输出

chrony从UNIX socket或者共享内存取得解析后的gnss和pps信息，两者结合，校正系统时间

注意：chrony校正时并不会使系统时间跳变，通过拨快或者拨慢的方式(控制时间增减率)达到时间校正的目的

2.gpsd+chrony配合注意事项

a.以下内核或者根文件系统选项必须配置

CONFIG_PPS=y
CONFIG_PPS_CLIENT_LDISC=y
CONFIG_PPS_CLIENT_GPIO=y
CONFIG_GPIO_SYSFS=y

BR2_PACKAGE_PPS_TOOLS=y

b.以 root 身份运行gpsd

c.gpsd必须在 -n 模式下运行，这样即使没有客户端处于活动状态，时钟也会更新

d.与 chronyd 对话不需要 gpsd 配置。chronyd 是使用文件 /etc/chrony.conf 或 /etc/chrony/chrony.conf 配置的。检查您的配置文档以获取正确的位置

e.最后请注意，chronyd 需要在 gpsd 之前启动，以便在 gpsd 启动之前准备好套接字。

f. chronyd 连接到 gpsd

​ i.使用套接字方法让 chronyd 连接到 gpsd，请在您的 chrony.conf 文件中添加以下几行。套接字被命名为 /run/chrony.XXXX.sock。其中 XXXX 被 gpsd 使用的设备名称的基本名称替换。如果您的接收器在 /dev/ttyS0 上输出串行数据，则相应的套接字是/run/chrony.ttyS0.sock。如果您的 PPS 在 /dev/pps0 上，那么对应的套接字是 /run/chrony.pps0.sock。

将 XXXX 替换为设备串行端口的基本名称，通常是 ttyS0、ttyACM0 或 ttyAMA0。
将 YYYY 替换为您的 PPS 设备的基本名称，通常是 pps0。

refclock SOCK /run/chrony.XXXX.sock refid GPS precision 1e-1 offset 0.9999
refclock SOCK /run/chrony.YYYY.sock refid PPS precision 1e-7

​ ii.使用基本的 ntpd 兼容 SHM 方法让 gpsd 连接到 chronyd。要使用它而不是套接字，请将这些行添加到基本的 chrony.conf 文件中：

server 0.us.pool.ntp.org
server 1.us.pool.ntp.org
server 2.us.pool.ntp.org
server 3.us.pool.ntp.org

driftfile /var/lib/chrony/drift

allow

# set larger delay to allow the NMEA source to overlap with
# the other sources and avoid the falseticker status
refclock SHM 0 refid GPS precision 1e-1 offset 0.9999 delay 0.2
refclock SHM 1 refid PPS precision 1e-7

您需要在 SHM 1 行上添加“precision 1e-7”，因为 chronyd 无法从 SHM 结构中读取精度。在不知道 SHM 1 上 PPS 的高精度的情况下，它可能不会对其数据给予足够的重视。

3.手动调试命令

su -										//获取root权限
killall -9 gpsd chronyd						//清除已经启动的gpsd和chrony进程
chronyd -f /etc/chrony.conf					//启动chrony指定从/etc/chrony.conf读取配置文件
sleep 2
gpsd -n /dev/ttymxc0 /dev/pps0				//指定从/dev/ttymxc0串口获取GNSS数据
sleep 2

chronyc tracking							//检查时间是否同步
chronyc sources								//检测时间源状态

六、参考文档

1.GPSD Time Service HOWTO，gpsd官方介绍如何使chrony和gpsd协作文档（此次调试的关键文档）

2.GPSD官方文档

3.chrony官方文档

4.CSDN博客对chrony详解教程

5.引用linxu时间同步原理介绍

6.引用linxu时间同步原理介绍