週刊中ロボ144 ラズパイ4にリアルタイムクロックを乗せる

はじめに
Raspberry Pi 4（ＲＰｉ４）を普通のPCとして使用できない理由の一つは、リアルタイムクロック（RTC:時計）を搭載していない事ですが、安価なArduino用のRTCモジュールがＲＰｉ４でも使えます。

購入品情報
Arduino用にずいぶん前に購入していた時計モジュールをRPi4に接続してみました。

HiLetgo 3個セット DS3231 AT24C32 時計モジュールリアル時間時計モジュール IICモジュール RTCモジュール Arduinoに対応 [並行輸入品]

メディア: おもちゃ＆ホビー

このモジュールは5V /3.3V のどちらでも動作するので、ＲＰｉ４にも直結できます。５Vの時は充電できるバックアップ電池を使う必要があり、充電できない普通のCR2032を使う場合は改造が必要ですが、3.3Vのときは改造は不要です。

接続
といってもインタフェースがI2Cなので、Raspberry Pi のI2Cと電源３．３VとGNDの４本をケーブルで繋ぐだけです。

f:id:nakarobo:20210324225952j:plain

　　　ＲＰｉ４　　ＲＴＣＭｏｄｕｌｅ

　　3.3V 1―――― ２ VCC　赤　
　　SDA　 3 ―――― ３ SDA　オレンジ
　　SCL　　5 ―――― ４ SCL　黄色
　　GND 9 ―――― １ GND 茶色

設定
ラズパイメニュからRaspberry Pi の設定を開き、インターフェイスタブでＩ２Ｃを有効にしてOKを押します。

f:id:nakarobo:20210325043555p:plain
これで、I2Cが使えるようになります。再起動の必要はありません。

次に端末を開き、以下のコマンドでＲＴＣモジュールが認識されているか確認します。

pi@raspberrypi:~ $ /usr/sbin/i2cdetect -y 1

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 a b c d e f

00: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --

10: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --

20: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --

30: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --

40: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --

50: -- -- -- -- -- -- --57 -- -- -- -- -- -- -- --

60: -- -- -- -- -- -- -- -- 68 -- -- -- -- -- -- --

70: -- -- -- -- -- -- -- --

このモジュールは、ＲＴＣとEEPROMが搭載されているので、二つのアドレスが表示されていればＯＫです。
アドレスの０x57がEEPROMで、アドレスの０x68がRTC DS3231です。

インストール
RTCのチップはDS3231ですが、rtc_ds1307 のデバイスが使用できます。一応対応を確認してから、デバイスとI2Cのアドレスを関連付けます。

pi@raspberrypi:~ $ sudo modprobe -c |grep ds3231
alias i2c:ds3231 rtc_ds1307
alias of:N*T*Cmaxim,ds3231 rtc_ds1307
alias of:N*T*Cmaxim,ds3231C* rtc_ds1307

pi@raspberrypi:~ $ echo ds3231 0x68 | sudo tee /sys/class/i2c-adapter/i2c-1/new_device

再度I2Cに接続されているデバイスを確認すると、さっきの68のところがUUに代わっていればOKです。

pi@raspberrypi:~ $ /usr/sbin/i2cdetect -y 1
(中略)

60: -- -- -- -- -- -- -- -- UU -- -- -- -- -- -- --

(後略)

RTCの動作確認
RTCへの現在時刻の設定は、 hwclock -w コマンドで行います。

pi@raspberrypi:~ $ sudo hwclock -w
2021-03-24 22:27:00:48.602690+09:00

うまく機能していれば、システム時刻をRTCに書き込みます。

うまく機能していない場合は

hwclock: Cannot access the Hardware Clock via any known method.
hwclock: Use the --verbose option to see the details of our search for an access method.

と表示されます。

RTCからの時刻の読み出しは、 hwclock -r コマンドです。

pi@raspberrypi:~ $ sudo hwclock -r
2021-03-24 22:27:00:48.636663+09:00

時刻が読みだされたら動作確認は終了です。

起動時スクリプト
ＲＰｉＯＳは、起動時に毎回ネットワーク経由で時刻を入手してきてそれを使用する設定（fake-hwclock）になっています。これを起動時にＲＴＣクロックから入力するように変更します。変更するファイルは　/etc/crontab と /etc/rc.local の二つのファイルです。

pi@raspberrypi:~ $ sudo vi /etc/rc.local

（中略）
echo ds1307 0x68 > /sys/class/i2c-adapter/i2c-1/new_device
sleep 1
/sbin/hwclock --hctosys

（中略）

exit 0

pi@raspberrypi:~ $ sudo vi /etc/crontab
（中略）

0 13 * * * root /sbin/hwclock --hctosys

（中略）

今後RTCを使うなら”fake-hwclock”をアンインストール
１．”fake-hwclock”をアンインストールします。

pi@raspberrypi:~ $ sudo apt-get purge fake-hwclock

２．“/boot/config.txt”を編集　最後に二行追加

pi@raspberrypi:~ $ sudo vi /boot/config.txt

# RTC_DS3231
dtoverlay=i2c-rtc,ds3231

３．“/etc/udev/rules.d/85-hwclock.rules”を新規作成　1行記述

pi@raspberrypi:~ $ sudo vi /etc/udev/rules.d/85-hwclock.rules

KERNEL=="rtc0", RUN+="/sbin/hwclock --rtc=$root/$name --hctosys"

４．確認
ＲＰｉ４をネットワークから切り離して電源をオフにし、しばらくしてから再起動します。そしてディスクトップの時計が、正しい時刻になっていたら成功です。

戻す場合
編集した２つのファイルを戻して、fake-hwclock を再度インストールします。

pi@raspberrypi:~ $ sudo apt-get fake-hwclock

再起動して元に戻ることを確認して下さい。

おわりに
ＲＰｉ４はＲＴＣを積んでいないで、ネットから時刻が取れない場合はファイルの作成時間や、ログの時間が起動していた最後の時からの続きになり、ぐちゃぐちゃになってしまいます。
ほんとはＲＰｉ４を低消費電力のスリープ状態にできれば、RTC は無くても良いのですが、ＲＰｉ４はスリープやスタンバイにできないので、ネットワーク接続が無い状況でPCとして使う場合はＲＴＣが必須だと思います。（時刻はとても重要です。）
ＲＴＣのチップの原価は100円しないと思うけどなんで付けていないんだろう。ネット接続が前提のChrome OSなら判りますが、そもそもセキュリティの甘いRaspberry Pi では、必要な時以外ネットから切り離していた方が安心だと思います。後は電源が自動でOFFにできるようになれば、ノートPCとして使えそうです。

おしまい

購入品情報
ＲＰｉ４にＲＴＣが付けば、ネットワークにつなっがっていない状態でも正確な時刻が使えるようになり、普段使いのＰＣやノートＰＣとして使えるようになります。