複数台のラズパイの時刻をus精度で一致させたい

前提

初心者で申し訳ないのですが
ラズパイを使って，音を拾う時刻差を求めたいのですが内部時計がずれているため正確な時間差にならない．
msレベルの時刻のずれがある
外付けRTCモジュールは使えないです．

実現したいこと

複数台のラズパイをus精度の時刻同期を行いたい．
同期していなくても，各ラズパイごとの時刻のずれを知りたい

試したこと

現在はntpを使ってますが誤差がある
GPSモジュールを取り付けていますが受信データがmsオーダーなので誤差がusレベルでは分からない
PPS信号を取り出すことができたが利用の仕方が分からない
NMEAからの受信データはGGAだけにしたいので，PPS信号を使った正確な時刻を受信する方法がわからない

方法がなければNMEAをGGA以外も受信してGPSから正確な時刻を受け取ります

退会済みユーザー

2023/01/07 15:48

https://forum.arduino.cc/t/how-do-i-get-gps-timestamp-to-millisecond-accuracy-with-nmeagps-h/461646/3 https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-02968155/file/IEEE_Sensors.pdf 専門外ですが、GPSからμsオーダーの時間を取り出せる的なことが書いてありました。

thkana

2023/01/08 02:17

・「内部時計がずれているため」であることは確認されているのですか? 心配しているのはRapberyPiのリアルタイム性ですが、音を検出してから時刻を取得するまでにタスクスイッチが起こったりしない保証はされているのでしょうか。・複数台とは具体的にどのくらいの台数でしょうか。2台と100台とでは対応のが変わってくるかと思います。・時間の絶対精度はあまり重要でないように読み取りましたがそうですか? 例えば10msが10.1msと測定されても、全てのRaspberryPiが同じであれば問題ないとか。・データについて事後にオフライン処理というのはありでしょうか。・RaspberryPi以外の外部機器についてはどのくらいの使用が想定されているのでしょうか。外部に数個のチップを付けるのはありとか、外部にPC程度の箱をつけるのはありとか。あと金銭的な話としても。

退会済みユーザー

2023/01/08 02:21

US$12でGPS信号からミリ秒オーダーで時間同期するRasbperry Piの動画がありました。 https://www.youtube.com/watch?v=YfgX7qPeiqQ ※専門外なのでコメントで…

TaichiYanagiya

2023/01/08 11:39

PTP を使うとか？

Ayatakamaru

2023/01/17 06:37

皆さん申し訳ございません，はやり病で体調を崩していて返事できませんでした＞＞thkana ・タスクスイッチがあっても音をサンプリングする各点にunixタイムを紐づけているので，そこからの時間で大丈夫です．データはAD変換されたものをSPI通信によって取り込んでいます．サンプリングとはこのSPI通信の各点への時間付けです・三台のラズパイで考えています・そうです，すべてが同じであれば大丈夫です・外部機器は無しが望ましいです・オフライン処理は大丈夫です

Ayatakamaru

2023/01/17 06:38

>>fourteenlength ありがとうございます参考にしてみますが．時間だけ取り出すのは難しそうですね

Ayatakamaru

2023/01/17 06:39

>>TaichiYanagiya PTPは外部モジュール無しで可能ですかね？

行動規範の内容に同意します

回答2件

PTPを使用した正確な時刻同期(≠時間合わせ)を実施する場合、grandmasterが必要となります。

grandmasterのクロックと合わせたいなら、それなりのネットワーク環境が必要です。それなりのネットワークとはPTPで言うところのTC(transparent clock)対応のスイッチに関係するRaspberry Piとgrandmasterが接続されている状態を言い、そうでないとスイッチ内での遅延によりクロックがバラつきます。

そして、Raspberry Piでとありますが、Raspberry Pi 4BではPTPが期待した程度のクロックが得られる状態ではありません。同じRaspberry PiでもCM4を使用する必要があります。4BもCM4も同じBroadcomのBCM54210PEというethernetコントローラを使用していますが、PTPというかIEEE1588を動作させる上で必要なチップ上のピンが4Bではどこにも接続されていない一方でCM4ではこれらへのアクセスが可能となるよう設計されています。

ここ数ヶ月でこれらのピンを利用し、PTPのgrandmasterおよびslaveとして動作可能なようにRaspbianのコードに手が入りました。

繰り返しですが、PTPで時刻同期をするにはネットワーク環境、CM4とそれ用のIOボード(Raspberry Pi財団以外が出しているもの以外のIOボードはPTPを動作させるために必要なピンが基板上に出ていないものもあるのでどれでもいいというわけではありません)等準備すべきものがあります。

参考までに私がこれらの環境で稼働させているPTPによる時刻同期のslave側の様子を載せておきます。マイクロ秒単位以下での同期がされています。NTPとしてchronydも稼働させていますが、こちらは外部のNTPサーバの時間と比較するためだけです。

root@gm1:~# phc_ctl eth0 cmp
phc_ctl[4222.643]: offset from CLOCK_REALTIME is -37000000503ns

root@gm1:~# chronyc sources
MS Name/IP address         Stratum Poll Reach LastRx Last sample               
===============================================================================
#* SHM0                          0   0     4     3   -113ns[-1847ns] +/- 1000ns
^- helium.constant.com           2   9   377   499  +6256us[+6258us] +/-  103ms
^- 2404:2a00::31                 2   9   377   491    +13ms[  +13ms] +/-  172ms
^- mail.balfolk-koeln.de         2  10   377    40  -1314us[-1316us] +/-  160ms
^- 2a01:4ff:f0:e33b::1           4   9   377   487  +2605us[+2607us] +/-   88ms
root@gm1:~# chronyc tracking
Reference ID    : 53484D30 (SHM0)
Stratum         : 1
Ref time (UTC)  : Sat Feb 11 16:21:12 2023
System time     : 0.000000000 seconds fast of NTP time
Last offset     : -0.000001735 seconds
RMS offset      : 0.000000648 seconds
Frequency       : 16.161 ppm fast
Residual freq   : -0.032 ppm
Skew            : 0.021 ppm
Root delay      : 0.000000001 seconds
Root dispersion : 0.000011655 seconds
Update interval : 14.0 seconds
Leap status     : Normal
root@gm1:~#

投稿2023/02/11 16:36

notechnology

総合スコア4

専用のgps同期した時計なりrtc形を用意する、ってのが既製品もあるし自作で専用ハードウエアを組み上げるって手ですが、
問題はラズパイ自体がその時計で同期できるのか、というはなしとなります
そこらへんの検討はどうなってるでしょうか

投稿2023/01/08 02:48

y_waiwai

総合スコア88163

Ayatakamaru

2023/01/17 06:48

各ラズパイは同じネットワーク上にあり，さらにそれぞれGPSモジュールをUARTを介して接続していますラズパイどうしは有線的にはつながっていません正確な時間ではなく同じ時計にusレベルで同期したいです(間違っている時計でもラズパイどうしにずれがなければOK) 今はNTPを用いています RTCは無しの方向性で考えています