树莓派：光阴的故事

作者：Vamei 出处：http://www.cnblogs.com/vamei 严禁任何形式转载。

 

对于电子设备来说，时间都是基础性的功能，也很容易被人忽视。上世纪的“千年虫”问题，就是时间方面设计缺陷造成的。对于网络连接的多设备来说，保持时间同步又是一个新的问题。对于树莓派的众多应用情景来说，时间的准确性都至关重要。

NTP服务

树莓派中内置了NTP服务，所以连上网之后就可以自动调整时间。NTP是网络时间协议（Network Time Protocol）的简称，主要用于网络时间的同步。NTP协议早在80年代就已经诞生，至今还是互联网的基础性协议之一。NTP通信分为服务器和客户端两方。客户端发出的数据包中，包含有发出时客户端的时间。服务器收到数据包并回复。回复的数据包中，附加了服务器收到和发出数据包的时间。客户端收到回复后，就可以获得网络延迟时间，以及自己和服务器的时间差。客户端据此调整自己的时钟，就可以与服务器时间保持同步。

NTU客户与服务器

 

你可以通过下面命令来查询当前使用的NTP服务器：

sudo ntpq -pn

 命令返回：

     remote           refid      st t when poll reach   delay   offset  jitter
==============================================================================
 203.135.184.123 .GPS.            1 u  322   64   20  365.136   -7.571  15.792
 223.112.179.133 .INIT.          16 u    - 1024    0    0.000    0.000   0.000
*202.112.29.82   202.118.1.46     2 u  122   64  276   53.148    0.766   0.868

行首加*号的是当前服务器。此外，还列出了网络延迟时间(delay)、与服务器时间差(offset)等关键的NTP时间数据。单位是milliseconds。

 

如果NTP服务出现问题，造成树莓派时间错误，可以强制要求NTP对表： 

sudo service ntp stop
sudo ntpd -gq
sudo service ntp start

上面的第一句和第三句分别用于停止和启动NTP服务。 

 

不使用NTP，你也可以手动调整系统时间： 

sudo date -s "1 Jan 2017 00:00:00"

即把系统时间调整为2017年1月1日00:00:00。

  

然后用date命令来显示系统当前时间：

date

时区设置

地球自西向东转到。所以，全球不同经度地点的日出日落以及正午的时间不同。人们又习惯于用同样的12点来代表正午，这意味着不同经度的人要用不一样的表。可是，如果人每时每刻都要根据经度调表，就会非常麻烦。因此，地球以15度的经度来划分时区，一个时区内的表用统一的时间，向东跨过一个时区，就需要把表调快1小时。当然，时区的划分不是严格的按照15度。比如说，一些地跨多个时区的国家有可能用统一一个时区，例如中国。下面是地球上时区分布的地图。

 

对于不同地区的用户来说，往往需要把树莓派调整成当地的时区。你可以用raspi-config进入到树莓派的设置页面，在"4 Localisation Options"->"I2 Change Timezone"中修改时区。

当然，你也可以用下面的命令手动修改：

sudo cp /usr/share/zoneinfo/Asia/Shanghai /etc/localtime

注意到，/user/share/zoneinfo中有多个以各大洲名字命令的文件夹，里面的文件以该州的主要城市命名。把对应城市的文件复制到/etc/localtime，就可以把系统的时区设成该城市所用的时区。这里我把时区修改为"Shanghai"，也就是上海。修改之后，用date命令查看时间，可以看到时区简写变成CST，也就是“上海时间”的缩写：

Tue  3 Jan 20:42:24 CST 2017

 

用date命令查看UTC时间：

date -u

显示的时间正好相差8个小时：

Tue  3 Jan 12:42:24 UTC 2017

 

实时时钟

大多数电脑在主板上包含了一个实时时钟（RTC，Real Time Clock）。实时时钟是一个有电源的表，能在电脑断电时继续计时。因此，电脑断电后一天再开机，你会发现电脑的时钟也往前走了一天。但树莓派并不包含一个实时时钟。因此，如果树莓派断电一天再开机，在NTP服务校正时间之前，你会发现树莓派的时间还停留在一天前。为了克服这一问题，你可以给树莓派附加一个实时时钟，比如PiFace专门为树莓派设计的实时时钟。

这个实时时钟设计成一个使用纽扣电池的电路板。把PiFace电路板的孔对准树莓派的GPIO针脚插入，就可以使用了。插入位置如下图所示。插入正确的情况下，电池正好在树莓派CPU的上方。网上也有人诟病这一设计，认为电池的发热会影响树莓派CPU的散热。不过我在使用中并没有太大问题。

为了使用这款实时时钟，我还需要进行一些设置。首先，这块电路板是通过I2C接口与树莓派通信的，所以要在raspi-config的页面中打开I2C接口。然后，安装所需的工具包： 

sudo apt-get install i2c-tools
sudo apt-get install python-smbus

 

接下来，赋予用户pi使用I2C接口的权限：

sudo usermod -aG i2c pi

打开文件/etc/modules，这里面列出了系统可以加载的模块。检查是否有如下两行。如果没有的话请添加：

i2c-dev
i2c-bcm2708

 

下面一段程序修改自官网程序，用来让树莓派在开机时自动加载实时时钟。把下面程序保存为rtc.bash，并运行：

#!/bin/bash

#=======================================================================
# NAME: set_revision_var
# DESCRIPTION: Stores the revision number of this Raspberry Pi into
#              $RPI_REVISION
#=======================================================================
set_revision_var() {
    revision=$(grep "Revision" /proc/cpuinfo | sed -e "s/Revision	: //")
    RPI2_REVISION=$((16#a01041))
    RPI3_REVISION=$((16#a02082))
    if [ "$((16#$revision))" -ge "$RPI3_REVISION" ]; then
        RPI_REVISION="3"
    elif [ "$((16#$revision))" -ge "$RPI2_REVISION" ]; then
        RPI_REVISION="2"
    else
        RPI_REVISION="1"
    fi
}

#=======================================================================
# NAME: start_on_boot
# DESCRIPTION: Load the I2C modules and send magic number to RTC, on boot.
#=======================================================================
start_on_boot() {
    echo "[info]Create a new pifacertc init script to load time from PiFace RTC."
    echo "[info]Adding /etc/init.d/pifacertc ."

    if [[ $RPI_REVISION == "3" ]]; then
        i=1  # i2c-1
    elif [[ $RPI_REVISION == "2" ]]; then
        i=1  # i2c-1
    else
        i=0  # i2c-0
    fi

    cat > /etc/init.d/pifacertc  << EOF
#!/bin/sh
### BEGIN INIT INFO
# Provides:          pifacertc
# Required-Start:    udev mountkernfs $remote_fs raspi-config
# Required-Stop:
# Default-Start:     S
# Default-Stop:
# Short-Description: Add the PiFace RTC
# Description:       Add the PiFace RTC
### END INIT INFO

. /lib/lsb/init-functions

case "$1" in
  start)
    log_success_msg "Probe the i2c-dev"
    modprobe i2c-dev
    # Calibrate the clock (default: 0x47). See datasheet for MCP7940N
    log_success_msg "Calibrate the clock"
    i2cset -y $i 0x6f 0x08 0x47
    log_success_msg "Probe the mcp7941x driver"
    modprobe i2c:mcp7941x
    log_success_msg "Add the mcp7941x device in the sys filesystem"
    # https://www.kernel.org/doc/Documentation/i2c/instantiating-devices
    echo mcp7941x 0x6f > /sys/class/i2c-dev/i2c-$i/device/new_device
    log_success_msg "Synchronise the system clock and hardware RTC"
    hwclock --hctosys
    ;;
  stop)
    ;;
  restart)
    ;;
  force-reload)
    ;;
  *)
    echo "Usage: $0 start" >&2
    exit 3
    ;;
esac
EOF
    chmod +x /etc/init.d/pifacertc

    echo "[info]Install the pifacertc init script"
    update-rc.d pifacertc  defaults
}

set_revision_var &&
start_on_boot

完成后重启电脑。此时树莓派应该已经自动通过I2C接口加载了实时时钟。你可以通过下面命令来检查实时时钟是否就位：

sudo i2cdetect -y 1

如果就位，那么60开头的行会有一个"UU"的标准位。你可以通过下面的命令，读出实时时钟的时间：

sudo hwclock -r 

你可以通过下面的命令，把当前系统时间写入实时时钟：

sudo hwclock --systohc

有了实时时钟，你就可以在无网环境下保持时间的连续性。PiFace的产品卖得有一些贵。淘宝上还有一些便宜的实时时钟可以选购。另外，PiFace官网速度很慢。需要说明书的，可以在这里下载。 

date用例

文章中多处使用了date命令。date是UNIX系统下常用的时间命令工具，能提供非常丰富的时间功能，比如以特定格式显示时间：

date +"%Y year %m month %d day"

+号后面的字符串代表了时间显示格式。%开头的标识符会用时间信息填充。%Y代表了年，%m代表了month，%d代表了日期。所以上面命令返回：

2017 year 01 month 01 day

更多的标识符可以通过man date来查询文档。

date不一定只显示当前时间，它还可以用来显示一个用户输入的时间：

date --date="2017/01/03 12:00:00"

这个功能看起来有些鸡肋，但实际上可以用于时间推算。比如说下面的命令就可以用于推算2016年11月12日之前1个月的时间：

date --date="2016/11/12 -1 month"

除了"-1 month"，还可以是"+1 second"、"-2 day"等多种时间差，能满足各种各样的时间推算需求。

date的功能极为丰富，这里只列出了一些常见用例。其他使用可以参考man date的文档。

总结

树莓派提供了NTP服务，通过网络来校正时间。即使在断网情况下，也可以物理计时实施来校正时间。而树莓派使用的Linux系统，也提供了date这样便利的时间工具。

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