树莓派：光阴的故事
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\t: //")
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。