:syncing_time:

Kernel/VM探検隊@東京 No19 で発表した『:syncing_time:』のスライドです

Google slide 版（gif が動く）: https://docs.google.com/presentation/d/1yOo95MrTv4BGhNyIfhR8UezVYCCMs04Ixo7tAmI4FqY/edit?usp=sharing

Transcript

1. :syncing_time: sksat
2. 自己紹介 • • • • • • • • これ中指じゃないです→ sksat（えすけーさっと） 仕事では人工衛星を作っています 筑波大学情報科学類（休学中） セキュリティ・キャンプ全国大会2024～2026『探査機自作ゼミ』講師 やってた: OS、x86エミュレータ、数値計算、小型ハイブリッドロケット、 自宅サーバ やってる: （超小型人工衛星の）OS/Framework、シミュレーション基盤、 CI/CD、姿勢制御系、社内システム、etc 趣味: 自宅サーバのオーバーエンジニアリング、VRChat 気持ちがあるところ: 実在する複雑性の咀嚼と妥当な対処の案組み
3. そんなことは どうでもいい 自己紹介 • • • • • • • • これ中指じゃないです→ sksat（えすけーさっと） 仕事では人工衛星を作っています 筑波大学情報科学類（休学中） セキュリティ・キャンプ全国大会2024～2026『探査機自作ゼミ』講師 やってた: OS、x86エミュレータ、数値計算、小型ハイブリッドロケット、 自宅サーバ やってる: （超小型人工衛星の）OS/Framework、シミュレーション基盤、 CI/CD、姿勢制御系、社内システム、etc 趣味: 自宅サーバのオーバーエンジニアリング、VRChat 気持ちがあるところ: 実在する複雑性の咀嚼と妥当な対処の案組み
4. 時刻の話をします
5. あなたの時刻は どこから？
8. 日出而作、日入而息
10. 時刻 1bit
11. カンタン！
12. さすがに雑すぎ
13. もうちょい細かく
14. とりあえず昼と夜を 6 とか 12 で割る
15. こんなもんでいいか
16. そんなわけはない
17. 日本には
18. 四季がある
19. 地球は傾いている cmglee, NASA, Public domain, via Wikimedia Commons
20. 昼と夜の 長さが変わる
21. 気合で割るぞ
22. 一刻の長さがめちゃめちゃ変わる 画像：セイコーミュージアム銀座 https://museum.seiko.co.jp/knowledge/relation_16/
23. 一刻の長さがめちゃめちゃ変わる 不定時法 画像：セイコーミュージアム銀座 https://museum.seiko.co.jp/knowledge/relation_16/
24. 時計 どうすんねん 一刻の長さがめちゃめちゃ変わる 画像：セイコーミュージアム銀座 https://museum.seiko.co.jp/knowledge/relation_16/
25. 一刻の長さがめちゃめちゃ変わる エンジニアリング 画像：セイコーミュージアム銀座 https://museum.seiko.co.jp/knowledge/relation_16/
26. 二丁天符式 昼と夜で進みを 切り替えるぜ！！ 二挺天符式和時計PV 大人の科学マガジンVol.28 不定時法の説明 | THE SEIKO MUSEUM GINZA セイコーミュージアム 銀座
27. 自動割駒式 昼と夜で 文字盤を 動かしちゃえ 不定時法腕時計（和時計） - masahiro kikuno 菊野昌宏
28. 自動割駒式 昼と夜で オーバー 文字盤を 動かすぞ！！ エンジニアリング 不定時法腕時計（和時計） - masahiro kikuno 菊野昌宏
29. 自動割駒式 昼と夜で 文字盤を 動かすぞ！！ めんどくせえ 不定時法腕時計（和時計） - masahiro kikuno 菊野昌宏
30. 自動割駒式 昼と夜で １日を 文字盤を 固定で割ったら 動かすぞ！！ ええがな 不定時法腕時計（和時計） - masahiro kikuno 菊野昌宏
32. 定時法
35. ユーザ数1位 NICT（NTP）
40. 「遅れている」 ってなんだ？
41. 時刻には 偉さがある
42. 時刻には 偉さがある
43. これなに？ 時刻には 偉さがある
44. これなに？ 時刻には もういちど 偉さがある 考えてみましょう
45. 1時間 1日を 24 で割る
46. 1分 1日を 24 × 60 で割る
47. 1秒 1日を 24 × 60 × 60 で割る
48. 1秒 これを 1日を ちゃんと 24 × 60 × 60 で割る 正確に 割りたい
49. 1秒 割る前の 1日を 24 × 60 × 60 正確な「1日」 で割る がほしい
50. 遠い星の 南中を 観測すると 「1日」が わかる Day and Time - Beginner's Guide
51. 遠い星の 南中を こうして 観測すると 時刻はつくられる 「1日」が わかる Day and Time - Beginner's Guide
52. 遠い星の 南中を 観測すると 「1日」が わかる しかし Day and Time - Beginner's Guide
53. 遠い星の 南中を 観測すると 「1日」が わかる 自転 なんと 不規則 Day and Time - Beginner's Guide
54. 遠い星の 南中を 観測すると 「1日」が わかる 自転 なんか なんと 正確なもん 不規則 ないのか Day and Time - Beginner's Guide
55. そこで今回 ご紹介 させていただく 商品がこちら
56. セシウム原子時計 Momotarou2012 - 投稿者自身による著作物, CC 表示-継承 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=23371468
57. 原子時計
58. 原子時計 いいかんじに調整すると この振動がすごく一定になる
59. 原子時計人類 「もうこれでよくね？」 いいかんじに調整すると この振動がすごく一定になる
60. 歴史的な時刻と 原子時計ベースの「定義」を対応付ける
61. 歴史的な時刻と 原子時計ベースの「定義」を対応付ける 1958年
62. 歴史的な時刻と 原子時計ベースの「定義」を対応付ける 時刻は 人類のものとなる
63. 歴史的な時刻と 原子時計ベースの「定義」を対応付ける 偉い時計が 1つだと困る
64. 原子時計を分散管理して その重み付き平均を定義とする 時刻認証サービス（3ページ目） | 日経クロステック（xTECH）
65. 原子時計 信頼できる 偉い時計が 発生
66. 原子時計 どうにかして 時刻を 撒きたい
68. ユーザ数1位 NICT（NTP）
69. RFC 1305 Network Time Protocol
70. NTP での 時刻同期
71. タイムスタンプを 記録 NTP での 時刻同期
72. タイムスタンプを 記録 NTP での 時刻同期
73. タイムスタンプを 記録 NTP での 時刻同期
74. タイムスタンプを 記録 NTP での 時刻同期
75. タイムスタンプを 記録 NTP での 時刻同期 それぞれの時間差は それぞれでわかる
76. タイムスタンプを 記録 NTP での 時刻同期 伝送遅延が 推測できる
77. タイムスタンプを 記録 NTP での 時刻同期 伝送遅延が 推測できる
78. 正確な時刻 タイムスタンプを 記録 NTP での 時刻同期 伝送遅延が 推測できる
79. ？ 正確な時刻 タイムスタンプを 記録 NTP での 時刻同期 時刻が 同期できる
80. ？ 正確な時刻 タイムスタンプを 記録 しかし NTP での 時刻同期 時刻が 同期できる
81. ？ 正確な時刻 タイムスタンプを 記録 インターネット NTP での 時刻同期経由 時刻が 同期できる
82. ？ 正確な時刻 タイムスタンプを 記録 NTP での 時刻同期 遅延：不安定 時刻が 同期できる
83. ？ 正確な時刻 タイムスタンプを 記録 送信と受信でも NTP での 違う 時刻同期 （かもしれない） 時刻が 同期できる
84. ？ 正確な時刻 タイムスタンプを 記録 同期精度 数ms~数十ms NTP での 時刻同期 時刻が 同期できる
85. ？ 正確な時刻 タイムスタンプを 記録 どうにか ならんのか NTP での 時刻同期 時刻が 同期できる
86. そこで今回 ご紹介 させていただく 商品がこちら
87. GPS／GNSS GNSS測位とは | 国土地理院
88. GPS／GNSS Google Map で見るアレ GNSS測位とは | 国土地理院
89. Global Positioning System GPS／GNSS GNSS測位とは | 国土地理院
90. GPS／GNSS 人工衛星を たくさん打ち上げて GNSS測位とは | 国土地理院
91. GPS／GNSS 人工衛星を たくさん打ち上げて 電波で 位置・時刻を バラ撒く GNSS測位とは | 国土地理院
92. 人工衛星を たくさん打ち上げて 電波は 光速で 伝わるので GPS／GNSS 電波で 位置・時刻を バラ撒く GNSS測位とは | 国土地理院
93. 人工衛星を たくさん打ち上げて 4機あれば 連立方程式が 解ける GPS／GNSS 電波で 位置・時刻を バラ撒く GNSS測位とは | 国土地理院
94. 4機あれば連立方程式が解ける JAXA｜今いる場所・時間がわかる測位とは？
95. 4機あれば連立方程式が解ける 解ける未知変数: 位置（x,y,z） 時刻 JAXA｜今いる場所・時間がわかる測位とは？
96. 4機あれば連立方程式が解ける これを正確に やるために JAXA｜今いる場所・時間がわかる測位とは？
97. 測位衛星は 原子時計が 搭載されている Stratum-0 4機あれば連立方程式が解ける JAXA｜今いる場所・時間がわかる測位とは？
98. 4機あれば連立方程式が解ける ちなみに“GPS”は アメリカの 測位システム JAXA｜今いる場所・時間がわかる測位とは？
99. 4機あれば連立方程式が解ける 色々な国が 測位衛星システムを 作っている JAXA｜今いる場所・時間がわかる測位とは？
100. 総称： GNSS Global Navigation Satellite System 4機あれば連立方程式が解ける JAXA｜今いる場所・時間がわかる測位とは？
101. ということは
102. 親方！ 空から無料で 正確な時刻が！
103. どこのご家庭にもある デバイスで ゲットする
104. GPS 受信機（2980円）
105. Raspberry Pi Pico（800円）
106. 接続（UART）
107. 接続（UART）
108. 接続（UART） よしできた
109. 接続（UART） 果たして そうだろうか
110. UART のデータのタイミングとかろくにわからん 詳しくは: KOBA789 / 時の流れが許せない - Speaker Deck
111. UART のデータのタイミングとかろくにわからん もう1本 線がある 詳しくは: KOBA789 / 時の流れが許せない - Speaker Deck
112. 接続（UART + PPS）
113. 接続（UART + PPS） PPS
114. 接続（UART + PPS） Pulse per Second
115. PPS: Pulse per Second
116. このパルスで 正確な 時刻がわかる PPS: Pulse per Second
117. PPS: Pulse per Second パルスを ゲットするぞ
118. 1: 雑にポーリング
119. 精度: ±1.4ms
120. 精度: ±1.4ms 話にならん
121. 2: 割り込み
122. 精度: ±9µs
123. もっと 精度: ±9µs どうにか ならんか
124. 専用の HW 支援が あるマイコンもある
125. Pico にはない
126. そこで PIO
127. PIO
128. PIO GPIOに くっつく コプロセッサ
129. PIO を使い倒せば
130. 数十ns精度
131. という記事を書きました（ダイマ）
132. という記事を書きました（ダイマ） いやまてよ
133. という記事を書きました（ダイマ） コンピュータは いたるところに ある
134. という記事を書きました（ダイマ） 他の コンピュータ にも
135. という記事を書きました（ダイマ） 時刻を 同期したい
136. という記事を書きました（ダイマ） よし、NTP するぞ
138. Ethernet がねぇ
139. 困った
140. 無いなら作るか
141. そう、PIO でな！
143. これだ！！！
145. ここを Ethernet とする
146. PIO 10BASE-T Ethernet
147. これでも ちゃんと 疎通する PIO 10BASE-T Ethernet
148. PIO 10BASE-T Ethernet しかし
149. PIO 10BASE-T Ethernet TX のみ ※つくばエクスプレスではない
150. NTP 時刻同期の仕組み（再）
151. NTP 時刻同期の仕組み（再）
152. NTP 時刻同期の仕組み（再） そんなものはない
153. NTP 時刻同期の仕組み（再） そんなものはない だめやんけ
154. NTP 時刻同期の仕組み（再） そんな人の ために そんなものはない
155. NTP 時刻同期の仕組み（再） RFC 5905 (NTPv4) そんなものはない 3. Protocol Modes Figure 1: Association Modes
156. NTP 時刻同期の仕組み（再）
157. NTP 時刻同期の仕組み（再）
158. ※Broadcast Mode
159. 同期精度 800µs ※Broadcast Mode
160. せっかく 頑張って 数十ns 出したのに ※Broadcast Mode
161. 我慢ならん ※Broadcast Mode
162. なぜ受信 できないのか ※Broadcast Mode
163. Ethernet 接続の中身
164. Ethernet 接続の中身 差動信号
165. というかそもそも 高精度に PC と Pico の 時刻を比較できない
166. 一旦もっと雑に
167. Pico 直結
169. ここも Ethernet とする
171. 両方から 1PPS 信号を 出力して オシロで比較
173. 同期精度 10µs
176. もっと いけるのでは？
177. NTP 時刻同期の仕組み（再）
178. NTP 時刻同期の仕組み（再） 有線直結 なので安定
179. NTP 時刻同期の仕組み（再） ここは安定 していない のでは？ 有線直結 なので安定
181. ここの 揺らぎは？ ここの 揺らぎは？
182. もっと下で タイムスタンプを 打てれば......？ ここの 揺らぎは？ ここの 揺らぎは？
183. PTP もっと下で タイムスタンプを 打てれば......？ ここの 揺らぎは？ ここの 揺らぎは？
184. IEEE 1588 もっと下で タイムスタンプを 打てれば......？ Precision Time Protocol ここの 揺らぎは？ ここの 揺らぎは？
185. HW 支援を 前提にした規格 もっと下で タイムスタンプを 打てれば......？ ここの 揺らぎは？ ここの 揺らぎは？
186. ところで もっと下で タイムスタンプを 打てれば......？ ここの 揺らぎは？ ここの 揺らぎは？
188. もう一段 ジャンプ してみろよ
189. もう一段 ジャンプ してみろよ しました
190. もう一段 Opus 5 ジャンプ /w GPT-5.6-sol が してみろよ
191. もう一段 ジャンプ してみろよ
192. 同期精度 300ns もう一段 ジャンプ してみろよ
193. PTP の用語など
195. もうちょい もう一段 ジャンプ 詰められる してみろよ 気がする
196. 今裏で もう一段 GPT-5.6-sol と ジャンプ Opus 5 が してみろよ デバッグしています
198. 結論
200. うらやましい
201. :syncing_time: