ラズパイのシステムクロック(時刻)と ntpd の関係を ntpq -c rv で見ると、次のフローチャートが見えた。


このフローチャートはLucidchartのフリー版で作成。

 

ラズパイに繋がるネットワークを切った(ルーターのWiFi機能を無効)状態で、コマンド watch ntpq -c rv と watch ntpq -p を同時観察。この観察をしたままネットワークに接続させたら、上記のフローチャートが見えて来ました。

“sync_ntp” “sync_unspec” “no_sys_peer” はコマンド ntpq -c rv 実行時に表示された1行目に現れる文字列です。

フローチャート内の N M S は自作中のラズパイ7桁時計に関する印です。

 

このフローチャートは、ntpdがSTEPモードにより時刻補正実施の有無を知るプログラムを作る為にあります。

ラズパイはハードウェアクロックが無いので、再起動しただけで時刻が遅れてしまいます。その遅れをntpdが起動後速やかにSTEP補正してくれます。しかし、ネットワークに接続出来なければ、いつになっても時刻は補正されないので、私が今作成中のラズパイ7桁時計は、そのような状況であった時、時刻が正確では無い事を知らせる為に表示を変えます。

 

↓ これはntpdのログ画像です。赤線で囲んだ所にSTEP補正された記録があります。このように再起動しただけで約14秒も遅れたようです。

このようにログを参照出来ればSTEP補正を知る事が出来るのですが、素人プログラマーの私には、ログを常に監視するコードが書けません。

そこで辿り着いたのが、ntpq -c rv だったのです。

なんと、私のブログで「共有メモリ」やら「プロセス間通信」なる言葉を使うとは、恐れを知らない素人プログラマー。だって趣味で自分使用のラズパイの話ですから、お構いなしです。

 

早めにお詫びして起きます。この投稿は無知な私が書いた物なので、全てが誤りかも知れません。

 

 

 

/*
 * zeroClock.cpp
 * 
 * プロセス間通信 共有メモリテスト
 * NTPチェック用プログラム(プロセス)が書き込んだ共有メモリに応じて表示を変える。
 * 
 * その別プロセスがntpq -p 実行結果に応じて
 * NTPサーバー参照同期中ならGを共有メモリに書き込み
 * そうでなければWを書き込む。
 * 
 * このプログラムは共有メモリを読み込んで
 * Gなら正常時計表示、Wの場合全桁ドット表示させる。
 *
 */
 
#include <iostream>
#include <pigpio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/shm.h>

#define H 0x1
#define L 0x0
#define SEG_ON 0x1
#define SEG_OFF 0x0

using namespace std;

int mainLoop(void);

int main(void)
{
    if(daemon(0, 0) == 0) { // デーモン関数
        mainLoop();
    } else {
        cout << "error" << endl;
    }
    return 0;
}

int mainLoop(void)
{    
    int i, j, disp;
    int num[7];
    struct timespec ts;
    struct tm lotm;
                       // 0.1秒1秒 10秒 1分 10分 1時 10時
                  // Common 1   2   3   4   5   6   7
    static int common[7] = {25, 24, 23, 18, 22, 27, 17};
                    // GPIO 25  24  23  18  22  27  17

                     // 7seg a   b   c   d   e   f  g  dp  NTP
    static int nanaseg[9] = {21, 20, 16, 26, 19, 6, 13, 5, 12};
                     // GPIO 21  20  16  26  19  6  13  5  12

    static int segdata[12][9] = { // 7セグメント & NTP用LED データ
    // a  b  c  d  e  f  g  dp NTP
      {H, H, H, H, H, H, L, L, H}, // 0
      {L, H, H, L, L, L, L, L, H}, // 1
      {H, H, L, H, H, L, H, L, H}, // 2
      {H, H, H, H, L, L, H, L, H}, // 3
      {L, H, H, L, L, H, H, L, H}, // 4
      {H, L, H, H, L, H, H, L, H}, // 5
      {H, L, H, H, H, H, H, L, H}, // 6
      {H, H, H, L, L, L, L, L, H}, // 7
      {H, H, H, H, H, H, H, L, H}, // 8
      {H, H, H, H, L, H, H, L, H}, // 9
      {L, L, L, L, L, L, L, L, H}, // Blank
      {L, L, L, L, L, L, L, H, L}, // dp
    };
    
    // pigpioライブラリ初期化
    if (gpioInitialise() < 0) exit(1);
    
    // コモン用GPIOピンをアウトプット設定
    for (i = 0; i < 7; i++) {
      gpioSetMode(common[i], PI_OUTPUT);
    }
    
    // セグメント用GPIOピンをアウトプット設定(NTP用LEDを含む)
    for (i = 0; i < 9; i++) {
      gpioSetMode(nanaseg[i], PI_OUTPUT);
    }
    
    /*
     *
     * 共有メモリ設定
     *
     */
    // 作成済みの共有メモリのIDを取得する
    const string file_path = "/home/pi/ntpCheck.dat";
    const int id = 50;

    const key_t key = ftok(file_path.c_str(), id);

    const int seg_id = shmget(key, 0, 0);
    if(seg_id == -1){
        cerr << "Failed to acquire segment" << endl;
        return EXIT_FAILURE;
    }

    // 共有メモリをプロセスにアタッチする
    char* const shared_memory = 
                reinterpret_cast<char*>(shmat(seg_id, 0, 0));
    
    
    /*
     *
     * 時刻取得及びダイナミック表示ルーチン(無限ループ)
     *
     * 時刻取得、1桁2ミリ秒表示×7、時刻取得、1桁2ミリ秒表示×7の繰り返し
     *
     * 共有メモリの文字が
     * G の場合はNTPサーバと参照同期中
     * W の場合はNTPサーバと参照同期していない
     *
     */
    while (1) {
      // 共有メモリから読み込んだ文字により表示を変える
      switch (*shared_memory) {
        case 0x47: // G (Good) G ASCII Code // G の場合正常時計表示
          clock_gettime(CLOCK_REALTIME, &ts); // 時刻の取得
          localtime_r(&ts.tv_sec, &lotm); // ローカル時間に変換
          num[0] = ts.tv_nsec / 100000000;    //0.1秒の桁取得
          num[1] = lotm.tm_sec % 10;          //  1秒の桁取得
          num[2] = lotm.tm_sec / 10;          // 10秒の桁取得
          num[3] = lotm.tm_min % 10;          //  1分の桁取得
          num[4] = lotm.tm_min / 10;          // 10分の桁取得
          num[5] = lotm.tm_hour % 10;         //  1時の桁取得
          num[6] = lotm.tm_hour / 10;         // 10時の桁取得
          disp = 2000; // 2ミリ秒
          break;
        case 0x57: // W (Wait) 0x57 ASCII Code // W の場合ドット表示
          for (i = 0; i < 7; i++) {
            num[i] = 11; // 全桁 D.P & NTP用LED消灯 セット
          }
          disp = 100000; // 100ミリ秒
          break;
      }
      for (j = 0; j < 7; j++) { // 7桁ダイナミック表示ルーチン
        for (i = 0; i < 9; i++) { // 7セグメントデータセット
          gpioWrite(nanaseg[i], segdata[num[j]][i]);
        }
        gpioWrite(common[j], SEG_ON);   // 7セグLED点灯
        gpioDelay(disp);                // 点灯維持
        gpioWrite(common[j], SEG_OFF);  // 7セグLED消灯
      }
    }
    //  ここから以降は無限ループに含まれないので不要?
    
    // pigpioライブラリ終了処理
    gpioTerminate();

    // 共有メモリをプロセスから切り離す
    shmdt(shared_memory);
    
    return 0;
}

自作中のラズパイ7桁時計に関して、欲しかった機能をテスト中です。

それは、ntpq -p 実行結果からNTPサーバー参照同期中の印である *(アスタリスク)を検索して、見つかればLEDを点灯させたいのです。

 

時計表示用のプログラムとは別なプログラムとして作ります。理由は実行に時間がかかる、約0.6秒くらいかかるのでダイナミック表示に支障があるからです。

今回はGPIOを動かすのにWiringPiを使用しました。先に時計表示にpigpioを使用しているのですが、このプログラムでもpigpioライブラリを使用しようとすると「既に使用中で使えません」みたいな事になってしまいましたので。

本当はプロセス間通信とか共有メモリを利用して、LED点灯は時計表示用のプログラムに任せたいのですが、私には難しくて組めません。

 

↓ このソースコードは無知の私が書いた物なので、全てが間違いかも知れません。その事を承知の上で参考にして下さい。

 

/*
 * ntpCheck.cpp
 *
 * ntpq -p の実行結果から参照同期中の文字 * を検索
 * 見つからない場合は見つかるまで、5秒毎にntpq -p 実行し検索
 * 見つかった場合はLEDを10分間点灯させて、最初に戻り繰り返す。
 *
 */

#include <iostream>
#include <string.h>
#include <wiringPi.h>
#include <unistd.h>

#define PIN 5
// using namespace std;

int mainLoop(void);

int main(void)
{
    if (daemon(0, 0) == 0) { // デーモン関数
        mainLoop();
    } else {
        // cout << "error" << endl;
    }
    return 0;
}

int mainLoop(void)
{
    char str[512], *ptr;
    FILE *fp;

    if (wiringPiSetupGpio() == -1) return 1;
    pinMode(PIN, OUTPUT);

    // (A) 無限ループ
    while (1) {
        if ((fp=popen("ntpq -p", "r"))==NULL) {
            fprintf(stderr, "error!!!\n");
            exit(1); // 異常終了
        }

        while (1) {
            fgets(str, 512, fp); // 一行毎に読み込む
            if (feof(fp)) {
                sleep(5);
                break; // 検索文字が無くファイルの終わりに達して
                       // ループを抜ける->(B)
            }
            ptr=strchr(str, '*'); // 検索文字は参照同期中の*
            if (ptr!=NULL) {
                // cout << "OK ----------" << endl;
                digitalWrite(PIN, HIGH); // 検索文字有りLED点灯
                sleep(600);              // 10分間点灯維持
                digitalWrite(PIN, LOW);  // LED消灯
                break; // ループを抜ける->(B)
            }
            // cout << "NG" << endl;
        }
        // (B)
        pclose(fp);// ->(A)

    }
    // return 0;
}
$ g++ -Wall -o ntpCheck ntpCheck.cpp -lwiringPi
$ sudo ./ntpCheck