用 Orange Pi Zero 搭建一台 Stratum 1 的 NTP 服务器

2024-07-11

字数统计: 1.1k字 | 阅读时长≈ 5分

前言

首先：这个东西有什么用？
答：没有任何用处，但是能让你内网的设备时间精度达到亚毫秒级

time.is

当然，不要以这个网页为参考，实际误差要远远低于显示：

chronyc sources

实际应该是几个微秒的误差。

材料准备

1. Orange Pi Zero LTS 一个
	也就是初代的Orange Pi Zero
2. ATGM336H GPS模块 一个
	可替换，只要带PPS输出的就行，我选这个型号是因为他是ipex接口可以外接天线
	2.1 GPS天线(3.3v供电) 一个
	2.2 SMA转IPEX射频转接线 一条
3. DS3231 实时时钟模块 一个
	DS3231M也可以，这里只是用作掉电后的时间备份，精度不太重要
4. 2*13双排26P 2.54杜邦插头双排端子线 一个
	用于优雅的连接到Orange Pi的26P GPIO接口

......

其他电子配件不再赘述

硬件配置

GPS模块

使用USB-TTL板将模块连接到电脑，使用对应的工具将GPS模块的串口波特率调整到115200（模块一般默认为9600，过低，时间报文传输时间太长，会导致延迟过高）
我使用的ATGM336H模块可以用GnssToolKit3进行配置 https://www.icofchina.com/xiazai/
其他模块可以参考手册进行配置

DS3231模块

如果你使用的是同款模块（大概率），使用烙铁拆焊掉这里的电阻以防止VCC倒灌进入电池
DS3231

接线图

系统配置

参考：https://github.com/moonbuggy/Orange-Pi-Zero-GPS-NTP
下载对应的armbian系统并将系统安装到TF卡
系统初始化完成后，使用armbian-config工具，进入System => Hardware启用i2c0, pps-gpio, uart2
运行命令

1	sudo sh -c "echo 'param_pps_pin=PA3' >> /boot/armbianEnv.txt"

指定PA3为PPS输入
新建文件ds3231.dts:

/dts-v1/;
/plugin/;

/ {
        compatible = "xunlong,orangepi-zero", "allwinner,sun8i-h2-plus";

        fragment@0 {
                target-path = "/aliases";

                __overlay__ {
                        rtc0 = "/soc/i2c@1c2b400/ds3231";
                };
        };


        fragment@1 {
                target-path = "/soc/i2c@1c2b400";

                __overlay__ {
                        ds3231: rtc@68 {
                                compatible = "maxim,ds3231";
                                reg = <0x68>;
                                #clock-cells = <1>;
                        };
                };
        };
};

运行命令

1	sudo armbian-add-overlay ds3231.dts

启用DS3231的DTS

软件配置

配置`gpsd`

安装

1	sudo apt install gpsd gpsd-tools pps-tools i2c-tools

修改配置文件/etc/default/gpsd：

# Devices gpsd should connect to at boot time.
# They need to be read/writeable, either by user gpsd or the group dialout.
DEVICES="/dev/ttyS2 /dev/pps0"

# Other options you want to pass to gpsd
GPSD_OPTIONS="-n -s 115200"

# Automatically hot add/remove USB GPS devices via gpsdctl
USBAUTO="true"

/bin/stty -F /dev/ttyS2 115200
/bin/setserial /dev/ttyS2 low_latency

运行命令启动gpsd服务：

1
2
3

sudo systemctl daemon-reload
sudo systemctl enable gpsd
sudo systemctl start gpsd

运行gpsmon查看是否有输出，如配置正确应该可以看到NMEA报文，位置，卫星数等信息
手动调整天线的位置、角度，尽量靠窗，让可见卫星数尽可能的多，使定位误差尽可能的小
gpsmon

配置`chrony`

安装：

1	sudo apt install chrony

创建配置文件/etc/chrony/conf.d/gpsd.conf：

1 2	refclock SHM 0 precision 1e-1 offset 0.0 delay 0.2 refid NMEA noselect refclock PPS /dev/pps0 lock NMEA refid PPS maxlockage 32 prefer

修改配置文件/etc/default/chrony

# This is a configuration file for /etc/init.d/chrony and
# /lib/systemd/system/chrony.service; it allows you to pass various options to
# the chrony daemon without editing the init script or service file.

# Options to pass to chrony.
DAEMON_OPTS="-F 1 -r -m -s"

配置DS3231：

# E̅O̅S̅C̅
i2cset -y 0 0x68 0x0e 0x1c

# OSF
i2cset -y 0 0x68 0x0f 0x08

# 设置时间
sudo hwclock -w -f /dev/rtc

# 读取时间
sudo hwclock -r -f /dev/rtc

杂项与微调

配置上游NTP server

使用就近的NTP server
将配置文件/etc/chrony/chrony.conf中原来的pool/server部分修改如下：

server 0.cn.pool.ntp.org iburst
server 1.cn.pool.ntp.org iburst
server 2.cn.pool.ntp.org iburst
server 3.cn.pool.ntp.org iburst

offset整定

前文在配置文件/etc/chrony/conf.d/gpsd.conf中，暂时将offset设置为了0.0，在chrony服务正常运行半小时后，运行命令：

1	chronyc sourcestats

查看NMEA项的Offset部分：

Name/IP Address            NP  NR  Span  Frequency  Freq Skew  Offset  Std Dev
==============================================================================
NMEA                        7   3    95   -134.817    741.206  +4490us  9095us
PPS                        39  26   608     -0.000      0.008     -1ns  2553ns
......

将Offset的数值转化为秒，填入配置文件中，重启chrony
我的数值已经整定过了，所以只有几毫秒，未整定情况下一般会在±0.2秒。
offset值不应超过±0.45秒。

开启chrony的服务器模式

在配置文件/etc/chrony/chrony.conf末尾，加一行：

allow

现在chrony已经可以被局域网内的设备访问到了，将服务器地址设为chrony的IP后同步时间，然后就可以截图去炫耀了。

本文作者： Disappear9
本文链接： https://thinkalone.win/orangepi-zero-ntp.html
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前言