Raspberry Pi与GPS构建NTP服务器

A) ntp服务器简介

参考

• 百度百科
• http://chuansong.me/n/1453137833223（https://help.ubuntu.com/lts/serverguide/NTP.html）
• http://cn.linux.vbird.org/linux_server/0440ntp.php
• http://www.ntp.org/ntpfaq/NTP-s-config-adv.htm#S-CONFIG-ADV-PPS

NTP服务器【Network Time Protocol（NTP）】是用来使计算机时间同步化的一种协议，它可以使计算机对其服务器或时钟源（如石英钟，GPS等等)做同步化，它可以提供高精准度的时间校正（LAN上与标准间差小于1毫秒，WAN上几十毫秒），且可介由加密确认的方式来防止恶毒的协议攻击。时间按NTP服务器的等级传播。按照离外部UTC源的远近把所有服务器归入不同的Stratum（层）中。

NTP提供准确时间，首先要有准确的时间来源，这一时间应该是国际标准时间UTC。 NTP获得UTC的时间来源可以是原子钟、天文台、卫星，也可以从Internet上获取。这样就有了准确而可靠的时间源。时间按NTP服务器的等级传播。按照离外部UTC 源的远近将所有服务器归入不同的Stratum（层）中。Stratum-1在顶层，有外部UTC接入，而Stratum-2则从Stratum-1获取时间，Stratum-3从Stratum-2获取时间，以此类推，但Stratum层的总数限制在15以内。所有这些服务器在逻辑上形成阶梯式的架构相互连接，而Stratum-1的时间服务器是整个系统的基础。

B) GPS模块

目前在淘宝买高端版的UBLOX gps模块并不方便，原因在于国内为了扶持北斗系统采取了一定的禁售。目前gps比北斗的定位仍然比较优秀，而授时服务基本没有差距。
根据我们的需求，我们只需购买对应的国产的双模接受模块（GPS+北斗）
我们选择了淘宝上的UM220-III型芯片，模块照片如图：

我们使用上方的串口1进行设置和测试，相应的引脚分别是：

vcc_3, RXD1, TXD1, GND

带有短接帽的引脚连接的是pps信号和一颗led，在短接帽连接下，pps信号会驱动led一闪一闪。由于我们要使用pps，拔出短接帽，使用右边的pps信号来源口。

B.a) TTL和RS232电平

参考TTL电平与RS232电平的区别

电平名称	输出L	输出H	输入L	输入H
TTL	<0.8V	>2.4V	<1.2V	>2.0V
RS232	+3~+15V	-3~-15V	+3~+15V	-3~-15V
CMOS	<0.1*Vcc	>0.9*Vcc	<0.3*Vcc	>0.7*Vcc

B.b) GPS模块测试

按照淘宝说明在windows下连接测试可用

B.c) 模块配置

默认的波特率是9600， 主要完成3方面的配置：

• 关闭北斗频点，只使用GPS（由于后面的ntpd只识别GPS的NMEA语句，不支持扩展的北斗NMEA语句，故我们只使用GPS）
• 设置授时脉冲，周期为1000ms，脉冲长为100ms，脉冲上升沿与整秒对齐。只在授时有效时才输出授时脉冲（这一点暂时保留争议，看后续的使用）
• 设置动态模型为车载模式

C) Raspberry-Pi

参考：
https://www.raspberrypi.org/documentation/usage/gpio/README.md

使用的是Raspberry-Pi 3 model B。

其GPIO接口定义如下：

我们将要使用其中的串口15作为gps的NMEA语句接收端口，GPIO 18作为pps的接收端口。

raspberry pi的系统我们使用官方推荐raspbian，安装参考官方的安装说明

C.a) 连线

raspberry pi	gps model
3.3v	vcc_3
Ground	GND
GPIO 15	TXD1
GPIO 18	pps

C.b) 准备Raspberry-pi的串口

参考：
https://www.modmypi.com/blog/raspberry-pi-gps-hat-and-python
http://blog.youkuaiyun.com/qishi_blog/article/details/52843696
http://wengkai.github.io/ntpserver/ntpserver.html
http://www.satsignal.eu/ntp/Raspberry-Pi-NTP.html

C.b.a) 关闭串口登陆功能

关闭树莓派的串口登陆功能，使得树莓派可以使用GPIO 14和GPIO15作为串口通信。
进入系统后，进行配置：

sudo raspi-config

找到Serial这一项，disable之