Raspberry Pi 4のリビジョンと消費電力の話

昨日はちょっと久々のRaspberry Pi JAM Tokyoでした。天気が悪くてどうなるかと思いましたが、ピークが前にずれたおかげで、移動してる間に雨がやんだのでなんとかなりました。よかったーー。

ミドクラさんのスペースの入口にJAMのロゴが入りました。すごい……!

参加人数は天気などの都合で参加できなくなってしまった人もいたぶん減ってしまいましたが、たこ焼きパーティをしながらラズパイの話とかとかラズパイじゃない話とかで盛り上がりました。

Raspberry Pi 4のリビジョンの話

昨日の発表はPi 5とかOSの近況をやったのですが、当日追加でつっこんで話したPi 4の話題をブログにもまとめなおしてみます。Pi 4は最初の発表から3回ほどリビジョンが変わっていて、現在はRev.1.5です。ざっくり以下の内訳です。Rev.1.3がないのは不明ですが、ボツにでもなったのでしょう……?。

  • Rev.1.1(2019/6〜): 最初。PD電源が使えない問題があった初期リビジョン。日本未発売なので大多数の日本人ユーザーには関係ない
  • Rev.1.2(2019/10〜12): PD電源が使えるように修正されたリビジョン。ここから日本で発売されるようになった。 
  • Rev.1.4(2020/5, 2021/1〜): 8GB RAM登場以降のデザイン。Dialogのsub-PMICが搭載され、TVSダイオードが移動した。2021/1〜はおそらく他のRAMのモデル?
  • Rev.1.5(2021/10〜): 現行。PMIXがMxLからDialog DA9090に変更された

カッコ内はおもに変更履歴のTransition Dateから引用(1.4の2020/5は8GB RAM登場時)ですが、現行リビジョンは2021年10月から移行ということになっていて、実はもう2年半くらい経過しているので、多分これを持っている人も多そうな気がしますが、半導体不足真っ只中だったので、そうでない可能性もあるような気がしています。どうでしょう。

変更履歴はRaspberry Pi Production Information Portal(PIP)で誰でも確認できます。

https://pip.raspberrypi.com/categories/560-pcn

また、手持ちのPi 4のリビジョンはcat /proc/cpuinfoコマンドで確認できます。

最新リビジョンが欲しい

わたしの場合、出たらすぐに買ってしまうので、最新リビジョンは持っていないことに気づきました。パーツが変わっても動作に変更はないはずですが、もしかして電力の効率が変わって省エネになってたりしたら嬉しいよななどと思ってしまい、しばらく悶々とした結局、我慢できずに買ってしまいました。

ヤフオクで1週間くらい出物を探し回り、マークしてたやつが値下げ再出品されたタイミングで即決落札して、ヤフオクのクーポンとPayPayのポイントを駆使しました。おかげで散財が軽減されました(セルフ暗示)。届いたのがこちら。赤枠部分がPMIC、MxLからDialogになっているのがわかります。

ところで、ヤフオクで物色するために見分け方を研究しまくっていたせいで、先日話題になっていた、ロシアで使われていたというPi 4も、瞬時に「こいつはRev.1.4以降…」と見分けられてしまいました。ちなみに、TVSダイオードがHDMI0の左にいなければRev.1.4以降です。

https://togetter.com/li/2385032

半導体不足でメイカー向けに流れなくてヒーヒー言ってるそばでロシアにRPiが戦争用途に流れてしまっていたのは遺憾(製品の規約でも元から禁止されている)です。ロシアには、やはりというか中国から流されているのがイギリス有料ニュース記事で指摘されていたようです。500万ドル分らしいので、4GB RAM(55ドル)と仮定して利益云々無視した単純な割り算をすれば約9万台となり、なかなかひどいお話です(なお、ウクライナ側も使っていたりするようで……?)。

https://forums.raspberrypi.com/viewtopic.php?t=368865

消費電力を見る

話を戻し「もしかして電力の効率が変わって省エネになってたりしたら嬉しいよな」を確かめるべく電力を測ってみます。USB電流計測器のUT70にPi 5の公式電源を入力して、OUTからPi 4に接続して、MicroSDからOSを起動します。起動が終わって落ち着いた頃の電流をチェックしていきます。

なお、OS側では、電源LEDオフと、無線の無効化の設定を投入しています。設定してない状態で比較すればよかったですね……。設定方法は私のブログのほうで触れています。

また、EEPROMのバージョンも全部そろえてあります。

Rev.1.2

これだけRAMが4GBですが(このリビジョンに8GBモデルはない)それは見なかったことにしつつ、結果は358mAでした。

Rev.1.4

8GBがでてすぐに買ったやつです。結果は353mA。誤差かもしれないけど、Rev.1.2よりも5mAくらい低いかも?

Rev.1.5

これも8GB RAMです。なんと285mA!?50〜60mAも差があるのですが、なんですかこれは?

ついでにRev.1.1

昔Pimoroniで2GB RAMを買ってみたら、まだ在庫のRev.1.1があったらしく来ちゃったやつもいちおう試してみます。技適はないことになっているので、ここでは念のため暗箱に投入します。特例出すよりこっちのが出すだけで早いので……。なお、今回からミドクラ様からユーザー会に貸与いただいた暗箱を使用しています。ありがとうございます。そしていきなり個人的な興味のために使ってしまいすみませんでした。

雑に箱の中にiPhoneをつっこんで、動画をとることでUT70の値を読むことにしました。

結果は390mA。1.5とは100mAも差がついてしまいました。さすがにこの結果をもってPi 4同士で買い替えることはないと思うのですが、Rev.1.1ユーザーはちょっと心揺れてしまいそうな結果です。

Rev.1.5ならSoCの温度も低い気がする

この消費電力ならと、アイドル時のRev.1.5のSoCに指を乗せると、やはりというか全然ぬるいことに気が付きました。初期のアツアツはどこへやら。SoCに指を載せては「熱くて触れない!」などと言われがち(どうしてそんなことを?)ですが、そんな一部な方にもぜひ触ってみて欲しいです。ちなみに45.7℃でした。やっぱりぬるめ。

$ vcgencmd measure_temp
temp=45.7'C

まとめ

1万円ちょっとでただ知的好奇心を満たしました。なんとなく想像だけで買ってみたものの、想定外に消費電力が減っていたのでビビりました。しかし散財である。

リビジョンアイドル時の電流(mA。無線と電源LEDを無効化した状態)
1.1390
1.2358
1.4353
1.5285
表でまとめ。

DA9090に変更後にそのような支店で見ている人がいるか探そうとしたら、フォーラムで「DA9090が壊れやすく、入手性がMxLよりも悪いため修理もできない」と騒いでいる、おそらく少数の人を見かけました。入手性はさておき、本当に壊れやすいならとっくに対策が入っているはずですから、無視して良いと思われます。

買ったPi 4は、デスクの上で動いているPi 2Bを置き換えるのに使おうと考えているところです。上に張ったカリカリチューニングのブログに書きましたが、Pi 2Bは現状340mAで動いているので、50〜60mAの節電をしながらRAMを8倍にできそうです。

Raspberry Pi AI Kit発売

Raspberry Pi Ltdは、6月4日にRaspberry Pi AI Kitを発表し、認定リセーラーを通じて販売を開始しました。価格は70ドルです。

https://www.raspberrypi.com/news/raspberry-pi-ai-kit-available-now-at-70/

Raspberry Pi AI Kitは、Hailo 社と共同開発したAIアクセラレータ モジュールに、先日販売開始したRaspberry Pi M.2 HAT+をセットにしたキットです。モジュールにはHailo-8L コプロセッサを搭載しており、Raspberry Pi 5と組み合わせることで、ニューラル ネットワーク、人工知能、機械学習を低遅延かつ低消費電力で試すことが可能としています。

Halioによってモデルが公開されているため、このモデルを使用してすぐに試せるほか、Raspberry Piのカメラで簡単に試せるようにするためにテンプレートが用意されており、今後はPicamera2フレームワークへの統合も予定されています。

Raspberry Pi AI Kitは、認定リセーラーを通じて販売されます。日本の各リセーラーでも販売が予定されているようです。

KSYさんのアナウンス
スイッチサイエンスさんのアナウンス

イギリスのPimoroniでは、予約受付中です(参考までに、日本宛の場合はRoyalMail使用で62.25GBPでした)。

また、Jeff Geerling氏によるサンプルのレビュー動画も公開されていましたので、あわせて紹介します。

Raspberry Pi Connectがでた(どこからでもラズパイにリモートデスクトップ!)

Raspberry Pi Ltdから、Raspberry Pi Connectなるサービスがベータ扱いで公開されました。

https://www.raspberrypi.com/news/raspberry-pi-connect/

あらかじめRaspberry Pi IDを取得して、Raspberry Pi OSのデスクトップ環境にRaspberry Pi Connectをセットアップしておけば、Raspberry Pi IDを使用して世界中のどこからでもWebブラウザ経由でリモートデスクトップ接続ができるというサービスです。

インストールや設定手順はドキュメントが公開されているので、興味がある人はここを参照してセットアップしてみてください。

https://www.raspberrypi.com/documentation/services/connect.html

ただし、ベータ版のため、予期せぬ不具合等が起こる場合もあるかもしれないとのこと。なにかあった場合はフォーラムで報告してみると良いでしょう。

手元で動かしてみた様子はこちら。LAN内で試しているのでさすがに動画再生もスムーズです(音声は非対応です)。

再生しているのはJeff Geerling氏のRaspberry Pi Connectレビュー動画。多分この私の記事より情報があるのでこちらをおすすめします。

自分でVPNを用意せずに手軽にリモート接続ができるので、自宅に1台セットアップしておいて、自宅LAN内の踏み台環境なんかに使うと便利そうです。最新のRaspberry Pi OSなら構築できるので、モデルはあまり問いませんが、Pi 5+NVMe SSDな環境ならアイドル4W、上のように動画を再生してActive Coolerがゆるゆると回っている状態で5〜8Wと、PCと比較すればまあ省電力なデスクトップ環境にできるので、どこでも自宅Pi 5環境に接続できるというのはアリっぽい気がします。

当然、Raspberry Piのインターネット環境はRaspberry Piの設置場所によるので、海外旅行中に日本でしか見られないサイトを見る、あるいはその逆、なんて使い方もできそうですね。

ちょっと可能性を感じるおもしろげなこのサービス、一度試してみると良いと思います。

(追記) 家から出るとやはり遅い

会社から自宅のRaspberry PiにConnectしてみたところ、画面が表示されないか、表示されてもほぼ操作できない状態になりました。Jeffの動画でも触れられていましたが、これはロンドンの中継サーバーを中継してしまっているので遅くなってしまうようです(鍵アイコンにカーソルを合わせると表示されます)。中継サーバーが増えれば改善されるかもしれませんが、そうすると無料でサービス維持ができるかどうか……?という話題にもなってきそう。

会社から自宅にVPN接続した状態でConnectすると、こちらは中継サーバーを使用しないpeer-to-peer接続になり、快適に使用できました。これはちょっとおもしろい挙動のような気がしました。

あと、Jeffの動画を全部ちゃんと見ていなくて気づいてなかったのですが、動画中に私のYoutubeアイコンが映り込んでいました😆(メンバーシップのユーザー一覧でした)

Raspberry Pi Pico Version of IchigoJam

Programming Club Networkさまから、IchigoJamのRaspberry Pi Picoバージョンについて、寄稿いただきました。

IchigoJAM P: https://pcn.club/sp/ijp/


軽快な Raspberry Pi Pico 、これで IchigoJam BASIC が動いたら楽しそう!

そこで IchigoJam BASIC を RP2040 に移植!

ブレッドボードで回路を組んで、

Picoにファームウェアを焼いて、

合体!モニタはDVI、キーボードはUSB。

10 LED1:WAIT30:LED0:WAIT30
30 GOTO10

もちろん、Lチカできるし、

かわくだりゲームだって

BASIC で動いちゃう。

ロボットに搭載すれば、

BASICで自在に動かせるよ!

ファームウェアは今夏リリース予定、お楽しみに!

RP1チップをJTAGでデバッグしてみよう

はじめに

こんにちは、tnishinagaです。
今回はRP1のJTAGデバッグ方法を見つけたので、ご紹介します。

注意

本記事ではRP1が想定していない操作を行うため、本内容の実施によりRP1含めRaspberry Pi 5が故障する可能性があります。
十分ご注意の上、実施される際は自己責任のもとでお願いします。

要約

overview in english

RP1とリバースエンジニアリング

RP1はRaspberry Pi 5に搭載されているサウスブリッジ的なチップです。
Pi 5のIOのほぼすべてをこのRP1が担っているため、RP1を自由に制御できればPi5を自由に制御できると言えるのではと勝手に思っています。

このRP1のペリフェラルマニュアルは公開されていますが、中で動いているコードや一部仕様については非公開となっています。
そのため自由に扱うにはリバースエンジニアリングが必要であり、私を含め国内外で数人が取り組んでいるようです。

リバースエンジニアリングでは、人間がコンピューターの状態をなんとかして知る手段の確保が重要です。
その中でもとくにJTAGデバッガーが利用可能になると、プロセッサの制御を自由に行えて大変嬉しいです。
どこかに使えるJTAG端子は生えていないでしょうか?

RP1のJTAGを探す旅

RP1のペリフェラルマニュアルを読んでみると、6ページのFigure2にARM DEBUGと書かれた部分があり、少なくともプロセッサコアからJTAG端子が出ているとわかります。

画像はRP1のペリフェラルマニュアル, pp.6, Figure2より引用

また、特殊電子回路株式会社のなひたふさんの解析結果より、Pi 5のUSB端子の下にあるフレキシブルケーブル用のパターンからRP1のJTAG端子が出ていることが確認されています。

実際に自分も0.5mmピッチのフレキシブルケーブルと端子を購入してJTAGデバッガーとつなげて様子を見てみたところ、Raspberry Pi Trading LtdのTAPが見つかりました。

~/p/t/r/pi5_jtag ❯❯❯ openocd -f interface/ftdi/olimex-arm-usb-tiny-h.cfg -c 'transport select jtag'
Open On-Chip Debugger 0.12.0
Licensed under GNU GPL v2
For bug reports, read
    http://openocd.org/doc/doxygen/bugs.html
jtag
Info : Listening on port 6666 for tcl connections
Info : Listening on port 4444 for telnet connections
Warn : An adapter speed is not selected in the init scripts. OpenOCD will try to run the adapter at the low speed (100 kHz)
Warn : To remove this warnings and achieve reasonable communication speed with the target, set "adapter speed" or "jtag_rclk" in the init scripts.
Warn : libusb_detach_kernel_driver() failed with LIBUSB_ERROR_ACCESS, trying to continue anyway
Info : clock speed 100 kHz
Warn : There are no enabled taps.  AUTO PROBING MIGHT NOT WORK!!
Info : JTAG tap: auto0.tap tap/device found: 0x20001927 (mfg: 0x493 (Raspberry Pi Trading Ltd), part: 0x0001, ver: 0x2)
Warn : AUTO auto0.tap - use "jtag newtap auto0 tap -irlen 5 -expected-id 0x20001927"
Warn : gdb services need one or more targets defined

これがRP1のCortex-M3コアのTAPと考えてDAPの接続等を試行しましたが、うまくいきませんでした。
Arm Debug Interfaceでは命令ビット長は4または8bitと決められていますが、OpenOCDがAutoProbeで見つけた命令ビット長は5bitなので、合っていません。
よって、Cortex-M3以外の何らかのTAPが見えていると考えられます。

※Arm Debug Interfaceの仕様やデバッグの詳細については手前味噌ですがこちらの資料をご覧ください。

隠しコマンド、発見

TAPID 0x20001927へのDAP接続試行を何度か試していたところ、たまに違うTAPIDが見つかる事がありました。

# 当時のログを再現
Info : JTAG tap: auto0.tap tap/device found: 0x4ba00477 (mfg: 0x23b (ARM Ltd), part: 0xba00, ver: 0x4)
Info : JTAG tap: auto1.tap tap/device found: 0x4ba00477 (mfg: 0x23b (ARM Ltd), part: 0xba00, ver: 0x4)
Warn : AUTO auto0.tap - use "jtag newtap auto0 tap -irlen 4 -expected-id 0x4ba00477"
Warn : AUTO auto1.tap - use "jtag newtap auto1 tap -irlen 4 -expected-id 0x4ba00477"

最初はTAPのStateがおかしくなったのかなと思っていたのですが、よく見るとTAP IDのManufacturer ID Code部がArm Ltdとなっています。
もしやと思って出てきたTAPに対しDAPの接続を試したところ、Cortex-M3のDebug Unitが見えました。

そしてさらに調査を行ったところ、以下の操作を行うことでRP1のCortex-M3のTAPが見えるようになることを見つけました。

  • IRに0x1dをセットする
  • DRに0を128bit送る

どうやら隠しコマンドを見つけてしまったようです。
もしかすると他にも似たような隠しコマンドがあるかもしれません。

RP1にJTAG接続する方法

ここでやり方をまとめましょう。

ハードウェアの準備

Raspberry Pi 5のUSB下にあるフレキケーブル端子のパターン、またはテストポイントからJTAGに使う以下の線を引き出してください。
(端子とテストポイントの対応はなひたふさんのブログ記事を参考)

  • TDI : TP53
  • TDO : TP54
  • TCK : TP55
  • TMS : TP56
  • GND : GPIO端子等
  • 3.3V: GPIO端子等

引き出したらJTAGデバッガーと接続します。
私の使用したARM-USB-TINY-Hというデバッガーと接続するための回路図を共有しますので、ARM JTAG 20のピン配置を確認しつつ接続を行ってください。

ARM JTAG 20のピン配置はなひたふさんの解説がわかりやすくてオススメです。

私はつなぎ間違えが怖いので基板を作りました。

隠しコマンドの発行

JTAGデバッガーをつなぎ、OpenOCDを入れたマシンに以下のスクリプトを保存し、実行します。
これで次回のOpenOCD実行時からCortex-M3のTAPが見えるようになります。

# SPDX-License-Identifier: GPL-2.0-or-later
# Toshifumi Nishinaga<tnishinaga.dev@gmail.com>

# rp1_init.cfg
transport select jtag
adapter speed 1

jtag newtap cpu0 cpu -expected-id 0x20001927 -irlen 5

init

pathmove IRSHIFT
irscan cpu0.cpu 0x1d 

pathmove DRSHIFT
drscan cpu0.cpu 8 0
openocd -f interface/ftdi/olimex-arm-usb-tiny-h.cfg -f rp1_init.cfg

Cortex-M3コアへの接続

先ほどと同様に、以下のファイルを作ってからopenocdを実行してください。

# rp1.cfg
# This file is based on target/bcm2711.cfg
# SPDX-License-Identifier: GPL-2.0-or-later
# Toshifumi Nishinaga<tnishinaga.dev@gmail.com>

transport select jtag
adapter speed 100

jtag newtap cpu0 cpu -expected-id 0x4ba00477 -irlen 4
jtag newtap cpu1 cpu -expected-id 0x4ba00477 -irlen 4

dap create cpu0.dap -chain-position cpu0.cpu
dap create cpu1.dap -chain-position cpu1.cpu

# cpu0
target create cpu0.ap mem_ap -dap cpu0.dap -ap-num 0
target create cpu0 cortex_m -dap cpu0.dap -ap-num 0 -dbgbase 0xe000e000
# cpu1
target create cpu1.ap mem_ap -dap cpu1.dap -ap-num 0
target create cpu1 cortex_m -dap cpu1.dap -ap-num 0 -dbgbase 0xe000e000
openocd -f interface/ftdi/olimex-arm-usb-tiny-h.cfg -f rp1.cfg

以下のようなログが出たら成功です。

~/p/t/r/pi5_jtag ❯❯❯ openocd -f interface/ftdi/olimex-arm-usb-tiny-h.cfg -f rp1.cfg
Open On-Chip Debugger 0.12.0
Licensed under GNU GPL v2
For bug reports, read
    http://openocd.org/doc/doxygen/bugs.html
3758153728
Info : Listening on port 6666 for tcl connections
Info : Listening on port 4444 for telnet connections
Warn : libusb_detach_kernel_driver() failed with LIBUSB_ERROR_ACCESS, trying to continue anyway
Info : clock speed 100 kHz
Info : JTAG tap: cpu0.cpu tap/device found: 0x4ba00477 (mfg: 0x23b (ARM Ltd), part: 0xba00, ver: 0x4)
Info : JTAG tap: cpu1.cpu tap/device found: 0x4ba00477 (mfg: 0x23b (ARM Ltd), part: 0xba00, ver: 0x4)
Info : [cpu0] Cortex-M3 r2p1 processor detected
Info : [cpu0] target has 6 breakpoints, 4 watchpoints
Info : [cpu1] Cortex-M3 r2p1 processor detected
Info : [cpu1] target has 6 breakpoints, 4 watchpoints
Info : gdb port disabled
Info : starting gdb server for cpu0 on 3333
Info : Listening on port 3333 for gdb connections
Info : gdb port disabled
Info : starting gdb server for cpu1 on 3334
Info : Listening on port 3334 for gdb connections

あとはgdbでTCP 3333や3334番につなぐとRP1を自由に操作できます。

(gdb) tar remote :3334

(gdb) i r
r0             0x676e6f6c          1735290732
r1             0x77207265          1998615141
r2             0x696b726f          1768649327
r3             0x1                 1
r4             0x34                52
r5             0x100029b0          268446128
r6             0x34                52
r7             0x20003990          536885648
r8             0x200057d0          536893392
r9             0x10002010          268443664
r10            0x200057d8          536893400
r11            0x200057d4          536893396
r12            0x0                 0
sp             0x10002980          0x10002980
lr             0x100002dd          268436189
pc             0x100003ae          0x100003ae
xPSR           0x81000000          -2130706432
msp            0x10002980          0x10002980
psp            0x0                 0x0
primask        0x0                 0
basepri        0x0                 0
faultmask      0x0                 0
control        0x0                 0

試しにRP1のcore1に接続してレジスタを眺めたところ、PCがProc Local ISRAMの領域を指している様子が伺えました。

以上です。
Happy Hacking!

Raspberry Pi 5をハードウェアデバッグしてみよう

はじめに

はじめまして。 tnishinagaです。
この度ご縁があって、こちらのブログに寄稿させていただく事になりました。
よろしくお願いいたします。

要約

  • Raspberry Pi 5のハードウェアデバッグはJTAGからSWDを使う方法に変わりました
  • Raspberry Pi Debug ProbeとOpenOCDを使えばハードウェアデバッグできます

BareMetalで遊びたい! Raspberry Pi 5

この度Raspberry Pi 5が日本で発表されました。
ここで私を含めシステムプログラマが気になるのは「Raspberry Pi 5で自作OS開発などのベアメタル開発ができるのか」ではないでしょうか。

早速入手したRaspberry Pi5を用いてハードウェアデバッグ方法について調べてみたので、今回はその方法を共有します。

おことわり

とくに言及がない限り、本内容はすべて「オープンな情報」および「リバースエンジニアリングで得た情報」を用いて調査して書かれています。
Raspberry Pi財団等の公式見解ではないため、誤りがあったり、今後の仕様変更で記載した方法を利用できなくなることがあります。
あらかじめご了承ください。

ハードウェアデバッグの方法

Raspberry Pi 5からのハードウェアデバッグは、Raspberry Pi 4までと比べて以下の点が変わっていました。

  • デバッグインターフェイスがJTAGからSWDに変わった
  • デバッグ用端子が出ている場所が40pin GPIOからUART/デバッグ用コネクタに変わった
    • UARTとハードウェアデバッグ機能は排他
    • Raspberry Pi Debug Probeがあれば簡単に接続可能
  • デバッグ・CTIのアドレスが変わった
    • OpenOCDの設定ファイルに変更が必要

デバッグの仕組みがSWDに変わったので、Raspberry Pi 4まで利用していたJTAGデバッガーは使えなくなりました。
一方、Raspberry Pi Debug Probeは一般的なデバッガーの中では比較的安価ですし、接続もケーブル1本でよくなりました。
そのため、全体的なデバッグの敷居は低くなった印象です。

必要なもの

今回Raspberry Pi 5のデバッグには以下の製品を利用しました。

SWD接続できるデバッガーであれば何でもよいのですが、接続に使うJSTコネクタを用意するのがちょっとだけ大変なので上記Probeの利用をオススメします。

セットアップ

デバッグまでの事前準備として、以下を行います。

  • config.txt の修正
  • Raspberry PiとDebug Probeの接続
  • OpenOCDのインストールと設定ファイルの作成

Raspberry Pi側の準備

Raspberry Pi ImagerなどでRaspberry Pi OS(64bit)をmicroSDカードに書き込んでください。
その後、第1パーティション(Raspberry Pi OS上からは /boot/firmware/ 以下)の config.txt の末尾に以下の行を追記してください。

enable_jtag_gpio=1

この設定を入れることでRaspberry Pi 5のUART端子の機能が起動時にSWDへ変わり、デバッガーをつなげるようになります。

接続

以下の画像を参考に、Raspberry Pi 5のUART端子(HDMI端子の間)とDebug ProbeのSWD端子(右側のDと書かれたほう)をコネクタで繋いでください。

OpenOCDのインストール

Debug Probe制御のためOpenOCDを利用します。
以下を参考にご自身のPCにOpenOCDをインストールしてください。

https://openocd.org/pages/getting-openocd.html

本記事ではOpenOCD 0.12.0を用いて動作を確認しています。
もしうまく動かない場合は、こちらのバージョンを使って動作を確認してください。

設定ファイルの作成

OpenOCDを使ってデバッグを行う際は、デバッグターゲットの設定ファイルが必要です。
ROM infoから得られる情報を用いてRaspberry Pi 5に搭載されているBCM2712用の設定ファイルを作ったので、以下を適当な場所に保存してください。
(OpenOCDに含まれる target/bcm2711.cfg をベースに作成したので、このファイルのライセンスは元ファイルと同じくGPL2.0で提供します)

# bcm2712.cfg
# SPDX-License-Identifier: GPL-2.0-or-later
# OpenOCD target config file
# This file is based on target/bcm2711.cfg
# I have checked that it works with Open On-Chip Debugger 0.12.0 
# using the Raspberry Pi Debug-Probe interface

transport select swd
adapter speed 1000

if { [info exists CHIPNAME] } {
    set  _CHIPNAME $CHIPNAME
} else {
    set  _CHIPNAME bcm2712
}

if { [info exists CHIPCORES] } {
    set _cores $CHIPCORES
} else {
    set _cores 4
}

if { [info exists USE_SMP] } {
    set _USE_SMP $USE_SMP
} else {
    set _USE_SMP 0
}

if { [info exists DAP_TAPID] } {
    set _DAP_TAPID $DAP_TAPID
} else {
    set _DAP_TAPID 0x2ba00477
}

# swj_newdap $_CHIPNAME cpu -irlen 4 -ircapture 0x1 -irmask 0xf -expected-id $_DAP_TAPID
swd newdap $_CHIPNAME cpu -expected-id $_DAP_TAPID
dap create $_CHIPNAME.dap -chain-position $_CHIPNAME.cpu

# MEM-AP for direct access
target create $_CHIPNAME.ap mem_ap -dap $_CHIPNAME.dap -ap-num 0

# these addresses are obtained from the ROM table via 'dap info 0' command
set _DBGBASE {0x80010000 0x80110000 0x80210000 0x80310000}
set _CTIBASE {0x80020000 0x80120000 0x80220000 0x80320000}

set _smp_command "target smp"

for { set _core 0 } { $_core < $_cores } { incr _core } {
    set _CTINAME $_CHIPNAME.cti$_core
    set _TARGETNAME $_CHIPNAME.cpu$_core

    cti create $_CTINAME -dap $_CHIPNAME.dap -ap-num 0 -baseaddr [lindex $_CTIBASE $_core]
    target create $_TARGETNAME aarch64 -dap $_CHIPNAME.dap -ap-num 0 -dbgbase [lindex $_DBGBASE $_core] -cti $_CTINAME

    set _smp_command "$_smp_command $_TARGETNAME"
}

if {$_USE_SMP} {
    eval $_smp_command
}

# default target is cpu0
targets $_CHIPNAME.cpu0

以上で準備は完了です。

ハードウェアデバッグ

ここからは実際にOpenOCDを立ち上げてデバッグを行ってみます。

OpenOCDの起動

さきほど取得したファイル等を用いてOpenOCDを起動し、Raspberry Pi 5に接続します。
Raspberry Pi 5の電源を入れて数秒待った後(※)、以下のコマンドをPC上で実行してください。
(※: 最初しばらくはブートローダーのログ出力のために使われるので、SWD機能に変わるのを待つ必要があります)

openocd -f interface/cmsis-dap.cfg -f bcm2712.cfg

うまく接続ができれば、以下のようなログが出てきます。

~/p/t/r/pi5_jtag ❯❯❯ openocd -f interface/cmsis-dap.cfg -f bcm2712.cfg
Open On-Chip Debugger 0.12.0
Licensed under GNU GPL v2
For bug reports, read
    http://openocd.org/doc/doxygen/bugs.html
Info : Listening on port 6666 for tcl connections
Info : Listening on port 4444 for telnet connections
Info : Using CMSIS-DAPv2 interface with VID:PID=0x2e8a:0x000c, serial=SERIAL_NUMBER
Info : CMSIS-DAP: SWD supported
Info : CMSIS-DAP: Atomic commands supported
Info : CMSIS-DAP: Test domain timer supported
Info : CMSIS-DAP: FW Version = 2.0.0
Info : CMSIS-DAP: Interface Initialised (SWD)
Info : SWCLK/TCK = 0 SWDIO/TMS = 0 TDI = 0 TDO = 0 nTRST = 0 nRESET = 0
Info : CMSIS-DAP: Interface ready
Info : clock speed 1000 kHz
Info : SWD DPIDR 0x2ba01477
Info : bcm2712.cpu0: hardware has 6 breakpoints, 4 watchpoints
Info : bcm2712.cpu1: hardware has 6 breakpoints, 4 watchpoints
Info : bcm2712.cpu2: hardware has 6 breakpoints, 4 watchpoints
Info : bcm2712.cpu3: hardware has 6 breakpoints, 4 watchpoints
Info : gdb port disabled
Info : starting gdb server for bcm2712.cpu0 on 3333
Info : Listening on port 3333 for gdb connections
Info : starting gdb server for bcm2712.cpu1 on 3334
Info : Listening on port 3334 for gdb connections
Info : starting gdb server for bcm2712.cpu2 on 3335
Info : Listening on port 3335 for gdb connections
Info : starting gdb server for bcm2712.cpu3 on 3336
Info : Listening on port 3336 for gdb connections

GDBの接続

OpenOCDが正常に立ち上がった場合、OpenOCDがtelnetとGDBのサーバーを起動します。
このサーバーに各種デバッガーで接続すると、デバッグを行えます。

例としてGDBの接続方法をご紹介します。
aarch64向けのgdb(aarch64-elf-gdbgdb-multiarch)を起動した後、以下のコマンドを実行してOpenOCDのGDBサーバー接続してください。

target remote :3333

あとは自由にデバッグを行えます。
たとえば Ctrl + C を実行してコアをhaltしたあと、i r でレジスタの中身が見られます。

(gdb) i r
x0             0xffffb001f2910000  18446656121143885824
x1             0xffff8001ffac3a70  18446603344805640816
x2             0xffffd0000d4d84c0  18446691297374602432
x3             0xffffd0000d18c008  18446691297371144200
x4             0x1                 1
x5             0xffffd0000d4d1000  18446691297374572544
x6             0x1db3292f5         7972492021
x7             0x0                 0
x8             0xffffd0000d4c3c98  18446691297374518424
x9             0xffffd0000c0df61c  18446691297353659932
x10            0x1a90              6800
x11            0x1ef               495
x12            0x2                 2
x13            0x0                 0
x14            0x1                 1
x15            0x0                 0
x16            0xffffd0000cc076a0  18446691297365358240
x17            0x0                 0
x18            0x0                 0
x19            0x0                 0
x20            0xffffd0000d4d0998  18446691297374570904
x21            0xffffd0000d4d0878  18446691297374570616
x22            0xffffd0000d1b4e38  18446691297371311672
x23            0xffffd0000cf72108  18446691297368940808
x24            0x0                 0
x25            0x0                 0
x26            0xffffd0000d4d84c0  18446691297374602432
x27            0x0                 0
x28            0x12789fc           19368444
x29            0xffffd0000d4c3d40  18446691297374518592
x30            0xffffd0000cc03464  18446691297365341284
sp             0xffffd0000d4c3d40  0xffffd0000d4c3d40
pc             0xffffd0000cc0344c  0xffffd0000cc0344c

おわり

以上でハードウェアデバッグ方法のご紹介を終わります。
この内容がみなさまのお役に立てれば幸いです。

参考資料

Raspberry Pi 5の日本国内販売が開始

Raspberry Pi 5が日本での工事設計認証取得を完了し、本日より日本のRaspberry Pi Approved ResellerであるKSYおよびスイッチサイエンスの2社から販売が開始されました。

https://raspberry-pi.ksyic.com/main/index/pdp.id/1059,1015,1016/

両リセーラーとも、本体以外にもケースやカメラ・ディスプレイケーブルなどのアクセサリーが同時に販売開始されているため、必要に応じて購入すると良いでしょう。

Raspberry Pi 5の各種NVMe SSDボードを試す

あっきぃです。

日本ではRaspberry Pi 5の発売はまだですが、先週末には日本の技適に関する証書PDFがRaspberry Piのポータルにアップロードされ、進捗が見えてきています。残念ながらこのPDFをもって日本で買ったり使ったりして良いことにはなっておらず、製品(またはパッケージ等)にマークと番号が印字されたものが販売開始されて初めて適法に利用できるようになるため、もう少しの辛抱です。

https://pip.raspberrypi.com/categories/894-approvals

さて、今回はRaspberry Pi 5のNVMe SSD用アクセサリーボードの話題。PCI Expressポートを使用したNVMe SSDの接続用アクセサリーボードについて、公式から販売が予告されていますが、まだ発売はされていません。しかし、すでにサードパーティベンダーからはいくつものNVMe SSDの接続用アクセサリーボードが発売されています。何種類か入手して試してみましたので、それぞれの使用感をレポートしていきます。

3種類のボード

今回紹介するのはこちらの3種類です。

各ボードについて、それぞれ詳しく見ていきましょう。

コンパクトながら2280サイズに対応するX1001

GeekwormのX1001は、Pi 5上に搭載するタイプのボードです。GPIO接続は不要かつGPIO部分が空いているため、HATボードの接続等のGPIOポートアクセスが可能です。固定用のネジ穴は3つで、スペーサーをつけると3本足で立つ、少しふしぎな形になります。

NVMe SSDは2230、2242、2260、2280のサイズに対応しますが、SSDの固定のダボは2280で固定になっていて外せないため、写真のように2280サイズ以外のSSDを使う場合には、別のアダプター等に付属している固定ネジが必要になります。また、動作中はACTのLEDランプが点滅します。

HAT形状のHAT Drive! Top

2023年9月末に設立されたばかりという、ポーランドのPineBerry Piが販売するHAT Drive Top!は、HATサイズにまとまったコンパクトなボードです。コンパクトな分、対応するNVMe SSDのサイズは2230、2242のみとなります。通電中の電源ランプとACTランプを搭載しています。

Raspberry Piへの接続は、PCIeケーブルのみでも動作しましたが、GPIOポートに接続するための延長ピンソケットが付属しており、これを使用して他のHATボードなどとセットで搭載することができます。なお、延長ピンソケットの抜き差しは慣れるまでは少し大変な印象でした。

Pi 5の下に配置!NVMe Base

イギリスのPimoroniが販売するNVMe Baseは、先述の2つとは違い、Pi 5の下に搭載するタイプのボードです(ちなみに、Pineberry PiやGeekwormも同様にボトムに配置するタイプのボードがあるようです)。

SSDのサイズはX1001と同じく2230、2242、2260、2280に対応します。SSDの固定は付属のネジとナットを使用して固定します。

ボードの裏面は波紋のような模様が特徴的。また、FPCケーブルのカーブも面白い設計ですね。

組み立てたあとの様子。ボードが下にあるため、Pi 5の全ポートにアクセス可能なのが便利です。一方、SSDの交換については都度ネジを外す必要があるのが、用途によっては面倒に感じるかも知れません。また、公式ケースやPimoroniのPiBowとは組み合わせられないのも惜しいところです。NVMe Baseに対応したPiBowケースの登場に期待したいです。

Raspberry Pi 5でNVMeブートをするための手順

Pi 5でNVMeブートをするには、事前にPi 5のEEPROM上の設定に対してブート順序の変更が必要なため、MicroSDカードでOSを起動して、rpi-eeprom-configコマンドを実行して設定作業を行います。

コマンドを実行するとエディターに設定が表示されるため、以下の2つのパラメータについて設定します。

$ sudo rpi-eeprom-config --edit

[all]
# BOOT_ORDERを変更。fより右に6を含める
BOOT_ORDER=0xf416

# 追記する
PCIE_PROBE=1

BOOT_ORDERパラメータは、6がfよりも右に含まれるように書き換えます。Raspberry Piの起動時には、数字の右側から起動が試行されます。0xf416の場合は、NVMe、MicroSD、USBの順に試して、起動メディアがなければまたNVMeから再試行していきます。各数字の意味の詳細は公式のドキュメントを参照してください。

https://www.raspberrypi.com/documentation/computers/raspberry-pi.html#BOOT_ORDER

PCIE_PROBEパラメータは、次期HAT(おそらくHAT+)の仕様をサポートしないボードのためのパラメーターで、設定するとCM4と同様のPCIe x1検出方法になります。この設定はX1001とNVMe Baseの場合は不要です。HatDrive! Topの場合のみGPIO接続時にパラメータが必要ですが、GPIOに接続しない場合は不要です(今後のHatDrive!の設計変更によってはGPIO接続時でも不要になる可能性があります)。

https://github.com/raspberrypi/rpi-eeprom/releases/tag/v2023.12.06-2712

設定後はファイルを保存して終了し、一度OSを再起動します。再起動後はOSをシャットダウンしておきます。

NVMe SSDへのOSの用意

NVMe SSDにRaspberry Pi OSをインストールするには、作業PCにNVMe SSDを接続するために、USBに変換するためのエククロージャが必要です。Amazon等で販売されているので、1つ用意しておくと良いでしょう。

USB変換を使用してPC等に接続するとUSBストレージとして認識するので、MicroSDカードのときと同様に、Raspberry Pi Imager等を使用してRaspberry Pi OSを書き込みます。

OSを書き込んだ後、再度PCに接続してブートパーティションをマウントし、/boot/config.txtをエディターで開いて、以下の設定をファイルの末尾に追記します。

[all]
dtparam=pciex1
dtparam=pciex1_gen=3

dtparam=pciex1は、PCI Expressの外部コネクターを有効にするためのオプションです(なくても動作しますが一応記述します)。有効化すると、ポートがPCI Express 2.0 x1として利用できるようになります。

しかし、公式にはサポートされていないものの、dtparam=pciex1_gen=3を追加することで、PCI Express 3.0 x1として利用できるように強制できます。ただし、起動できなかったり、不安定になる場合もあるようなので、不具合が生じた場合はこのパラメータと除いてみてください。

起動!

OSが用意できたらボードをPi 5に搭載して起動します。ユーザー会では引き続き電波暗箱を使用しているため、箱にボードを入れての試験となります。基本的にボードに因る性能差異はなかったため、HatDrive! Topで検証した内容を掲載します。PCIe 3.0×1で問題なく利用できたため、SSDの性能をより引き出すことができました。

まずはhdparmを使用したシーケンシャルリードのテスト。800MB/sという、ラズパイらしからぬ性能が出ています。

akkie@nvmepi1:~ $ sudo hdparm -t /dev/nvme0n1

/dev/nvme0n1:
 Timing buffered disk reads: 2454 MB in  3.00 seconds = 817.58 MB/sec

続けてddコマンドでシーケンシャルライトのテスト。こちらも700MB/s弱の性能を叩き出していて、やはりラズパイらしからぬスピードです。

akkie@nvmepi1:~ $ dd if=/dev/zero of=a.zero bs=1M count=10000
10000+0 records in
10000+0 records out
10485760000 bytes (10 GB, 9.8 GiB) copied, 15.0922 s, 695 MB/s

Raspberry Piのストレージをテストしてサイトに掲載するスクリプトを提供しているPi Benchmarksのスクリプトを使用したテスト結果は以下の通り。DDの書き込み方法が異なるためか、あるいは熱による性能低下によるものかは不明ですが、こちらは359MB/sにダウンしてしまいました。ランダムの読み書き性能は150〜200MB/sと、なかなかの数字となりました。

     Category                  Test                      Result     
HDParm                    Disk Read                 798.84 MB/sec            
HDParm                    Cached Disk Read          675.10 MB/sec            
DD                        Disk Write                359 MB/s                 
FIO                       4k random read            126419 IOPS (505679 KB/s)
FIO                       4k random write           59883 IOPS (239532 KB/s) 
IOZone                    4k read                   198011 KB/s              
IOZone                    4k write                  144889 KB/s              
IOZone                    4k random read            57412 KB/s               
IOZone                    4k random write           167898 KB/s              

                          Score: 37236 

まとめ

色々なNVMeボードについて特徴を解説し、実際にボードをRaspberry Pi 5で利用するための手順について解説しました。

公式のNVMe HATボードがまだ登場していませんが、すでにサードパーティベンダーから、今回紹介したような、使い方やNVMe SSDのサイズに応じた様々なボードを選べるようになっているため、お好みで用意してみてはいかがでしょうか。

NVMe SSDを利用することで、MicroSDカードよりも高信頼かつ高速なRaspberry Piの環境が構築できます。サーバー用にRaspberry Pi 5を検討している方は、NVMe SSDの採用も合わせて検討すると良いでしょう。

Raspberry Pi PicoとWIZnetのEthernetモジュールでWebサーバーを立てて謎APIを作って遊ぼう

こんにちは、あっきぃです。この記事はRaspberry Pi Advent Calendar 2023の15日目の記事です。

WIZnetさんからサンプルをいただいたので、今回はそちらを使って少し遊んでみます。レビューのほうは別の方がする予定となっているため、私からはとにかくなんか遊ぶ感じの話題をお届けします。ちなみにいただいたのは以下の3種類(下のHATは2つ)。WIZnetさん、ありがとうございます!

今回遊ぶ内容的にはどれを使用しても同じですが、今回はEthernet HATの方を使用しました。こちらの場合別途Raspberry Pi Picoが必要になりますが、EVB-Picoよりも全長が少し短くなってコンパクトになります。また、EVB-Picoと比べるとボード上の通電LEDがPicoで覆い隠せるため、実運用に投入するとLEDが眩しくて邪魔という問題が緩和できます。まあ、EVB-PicoのEVBはEValuation Boardの略だと思うので、実運用に適しているのかは不明ですが……。

なお、WIZnet製品は、スイッチサイエンスで購入できます。

https://www.switch-science.com/collections/all/cat:%E3%83%A1%E3%83%BC%E3%82%AB%E3%83%BC%2F%E3%83%96%E3%83%A9%E3%83%B3%E3%83%89_WIZnet

今回はCircuitPythonを使用して、Raspberry Pi Picoが接続されているPCのマウスカーソル操作をWeb API化して、リモート操作できるようにしてみます。

CircuitPythonを使う時、Macユーザーは注意

Macユーザー向けにナウな注意として、現在のmacOS Sonoma(14.2時点で問題は継続中)では、macOSの不具合によって、CircuitPythonを接続してすぐにスクリプトの読み書きをすると、I/Oエラーが発生してデータが破損するなどのおそれがあります。以下のページにあるシェルスクリプトを使用して再マウントすることで問題を回避できます。

https://learn.adafruit.com/welcome-to-circuitpython/troubleshooting#macos-sonoma-14-dot-x-disk-errors-writing-to-circuitpy-3160304

ネットワークに接続する

WIZnetのデバイスを扱うには、adafruit_wiznet5kモジュールを使用します。CircuitPythonのライブラリバンドルに収録されているので、ここからadafruit_winzet5kモジュールをデバイス上のlibディレクトリにコピーして使用します。

WIZnetのデバイスを使ってDHCPでアドレスを取得するまでのコードは、以下のようになります。このコードをデバイス上の/code.pyとして保存します。

import board
import busio
import digitalio
import time
from adafruit_wiznet5k.adafruit_wiznet5k import WIZNET5K

# SPIの初期化
SPI_SCK = board.GP18
SPI_TX = board.GP19
SPI_RX = board.GP16
SPI_CSn = board.GP17
W5500_RSTn = board.GP20
cs = digitalio.DigitalInOut(SPI_CSn)
spi_bus = busio.SPI(SPI_SCK, MOSI=SPI_TX, MISO=SPI_RX)

# デバイスをリセットする
ethernetRst = digitalio.DigitalInOut(W5500_RSTn)
ethernetRst.direction = digitalio.Direction.OUTPUT
ethernetRst.value = False
time.sleep(1)
ethernetRst.value = True

# 接続する
eth = WIZNET5K(spi_bus, cs, is_dhcp=True)
print("MAC Address:", [hex(i) for i in eth.mac_address])
print("My IP address is:", eth.pretty_ip(eth.ip_address))

実行結果は以下の通り。デバイスはMACアドレスは持っていないため、”dead beef feed”になっています。MACアドレスを指定することは可能なため、複数動かすなどの場合には適宜変更すると良さそうです。

code.py output:
MAC Address: ['0xde', '0xad', '0xbe', '0xef', '0xfe', '0xed']
My IP address is: 192.168.29.127

Code done running.

Webサーバーにする

CircuitPythonでWebサーバーを作成するにはadafruit_httpserverモジュールを使うのが簡単です。ただ、WIZnetのボード向けのCircuitPythonにはhashlibモジュールが内蔵されていないため、現在のモジュールのバージョンでは、インポート時にエラーが発生します。そのため、ライブラリバンドルからではなく、Githubリポジトリから最新のコードを取得して、adafruit_httpserver/response.pyにあるimport hashlibの行をコメントアウトする必要があります。この問題は報告をして、現在やり取りをしているところです。 (追記)修正されたようです。リリースもされたため最新のバージョンが使用可能です。

https://github.com/adafruit/Adafruit_CircuitPython_HTTPServer/issues/73

ライブラリの方に一手間が発生してしまいましたが、気を取り直して、上記のIPアドレスを取得するコードに、次のコードを書き加えると、Webサーバーが起動するようになります。

import adafruit_wiznet5k.adafruit_wiznet5k_socket as socket
from adafruit_httpserver import Server, Request, Response

socket.set_interface(eth)
server = Server(socket)

@server.route("/")
def root(request: Request):
    print("GET /")
    return Response(request, "Hello!")

server.serve_forever(str(eth.pretty_ip(eth.ip_address)))

実行時に表示されたIPアドレスにアクセスすると、Hello!の文字が表示されました。

マウスを操作する

個人的にCircuitPythonを気に入っている理由の一つに、USB HIDデバイスとして使えるという点が上げられます。MicroPythonにはないので、私がCircuitPython推しなのはこの一点が大きいです。

USB HIDとして使えるようにするには、adafruit_hidモジュールを使用します。code.pyにコードを書く……前に、以下の内容を記述したboot.pyを用意する必要があります。

import usb_hid

usb_hid.enable((usb_hid.Device.MOUSE,))

Webサーバーが動くようになったcode.pyは一旦リネームして退避しておき、あたらしいcode.pyには以下のコードを用意します。

import time
import usb_hid
from adafruit_hid.mouse import Mouse

mouse = 0
while not mouse:
    try:
        mouse = Mouse(usb_hid.devices)
    except:
        pass
    time.sleep(1)

for i in range(0, 8):
    mouse.move(x=20, y=20)
    time.sleep(0.25)

boot.pyの反映はソフトリセットではできないため、code.pyの保存までできたら、ケーブルを抜き差ししてハードリセットします。(macOS Sonomaユーザーは上に書いた再マウントのWorkaroundを忘れずに!)。

抜き差し直後に、マウスカーソルをよく見ると、右下に少しだけカクカクと移動していきます。hidモジュールはクリックなどの操作ももちろんできるので、マクロ的な操作も作ることができます。

マウス移動をWeb APIにする

WIZnetのデバイス初期化、Webサーバー起動、マウス操作を組み合わせて、マウスカーソル移動をWeb APIにしてみます。

マウス操作のテストコードのうち、import timeとfor文以外をコピーして、退避したWebサーバーのコードをcode.pyにリネームし直し、コピーしたコードをcode.pyの最初の方にでも貼りつけておきます。

/にアクセスしたときは、マウスカーソルを操作するボタンを配置したHTMLを返すように変更します。また、マウスカーソルを上下左右に20px移動するAPIとして、/mouse/up・/mouse/down・/mouse/left・/mouse/rightを作成します。

Hello!を返すためのコードのかたまり(4行)を消して、以下のコードを追加します。

indexhtml = """<!DOCTYPE html><html><head><meta name="viewport" content="width=device-width,initial-scale=1"><meta charset="utf-8"><title>Web mouse cursor API</title><link href="https://cdn.jsdelivr.net/npm/bootstrap@5.3.0/dist/css/bootstrap.min.css" rel="stylesheet" integrity="sha384-9ndCyUaIbzAi2FUVXJi0CjmCapSmO7SnpJef0486qhLnuZ2cdeRhO02iuK6FUUVM" crossorigin="anonymous"><script src="https://cdn.jsdelivr.net/npm/bootstrap@5.3.0/dist/js/bootstrap.bundle.min.js" integrity="sha384-geWF76RCwLtnZ8qwWowPQNguL3RmwHVBC9FhGdlKrxdiJJigb/j/68SIy3Te4Bkz" crossorigin="anonymous"></script><script>function s(p){fetch(p).then(function(r){return r.text()}).then(function(t){document.getElementById('r').innerText=t;});}</script></head><body><main class="px-3 col-6 mx-auto text-center"><h1 class="mt-2">Web mouse cursor API</h1><div class="container"><div class="row"><button class="btn btn-primary mt-3 mb-3" onclick="s('/mouse/up');">👆</button></div><div class="row d-flex justify-content-between"><button class="btn btn-primary col-5 mt-3 mb-3" onclick="s('/mouse/left');">👈</button><button class="btn btn-primary col-5 mt-3 mb-3" onclick="s('/mouse/right');">👉</button></div><div class="row"><button class="btn btn-primary col-12 mt-3 mb-3" onclick="s('/mouse/down');">👇</button></div></div><div id="r" class="m-3"></div></main></body></html>"""

@server.route("/")
def root(request: Request):
    print("GET /")
    return Response(request, indexhtml, content_type="text/html")

@server.route("/mouse/<direction>")
def move_mouse(request: Request, direction: str):
    print("GET /mouse/%s" % direction)
    if direction == "up":
        mouse.move(x=0, y=-20)
    elif direction == "down":
        mouse.move(x=0, y=20)
    elif direction == "left":
        mouse.move(x=-20, y=0)
    elif direction == "right":
        mouse.move(x=20, y=0)
    else:
        return Response(request, "invalid parameter")
    return Response(request, "moved mouse cursor to %s side" % direction)

マウスの操作APIについては@server.route("/mouse/<direction>")のようにパラメータを変数に取ることができるので、これを活用しました。あとはパラメータに応じてマウスカーソルを移動させて、メッセージを返します。

完成

Web画面を開くと、以下のような画面が表示され、ボタンをクリックするとマウスカーソルが移動します。

スマートフォンなど、デバイスを接続していない別の端末からアクセスして操作するとちょっと楽しいと思います(楽しさの感じ方は人によります!)。

なお、同じネットワーク内にいる他人にアドレスがバレると、いたずらされる可能性があるので、程々に遊んだら片付けるのが安全でしょう。ちなみに私はインターネットに公開してURLをSNSで共有し、10分くらいマウス操作を開放して遊びました。操作している人たちは私のPCのカーソルがどうなっているか見えてもいないのに、なぜかとても楽しそうだったので何よりです。

まとめ

WIZnetのEthernet拡張を使用してWebサーバーを立ち上げて、マウスカーソル移動をWeb API化する例を紹介しました。

Raspberry Pi Picoでネットワーク接続と言えば、現在ではPico Wがあるため、無線LANでいいという考え方もできます。ただ、無線LANが不安定な環境だったり、そもそも無線LANがない環境で使いたい場合などには、やはり有線LANがあると嬉しいですよね。

WIZnetのEthernetモジュールは、ライブラリが揃っていて扱いやすい印象です。今回したCircuitPython以外に、MicroPythonでも使用可能です。難点は、MACアドレスを持っていないので自分で定義が必要な点と、EVB-Picoボードでは通電LEDが目障りになりがちな点でしょうか……。通電LEDは、いざとなればテープや引っ付き虫などで隠してしまっても良さそうです。

今回作成したコードは、諸々整えた状態で以下に公開してあります。

https://github.com/Akkiesoft/akkiesoft-pico/tree/main/CircuitPython/web_mouse

実は、ほぼ同じノリでマクロキーボードAPIというものを以前作っているのですが、こちらで使用していたadafruit_wsgiモジュールでは通信速度が非常に遅く、今回adafruit_httpserverモジュールで書いてみたら高速で転送できるようになったので、マクロキーボードAPIもそのうち書き直したいですね。

Raspberry Pi 5公式ケースが届いたのでレビュー

あっきぃです。

Pimoroniで予約していたケース””だけ””が届きました。PiBowと公式ケースで、いずれもサンプルではなく、いずれRaspberry Pi 5の技適が通った時のために個人用に購入したものです。……私はPi 5を2台買うんだろうか🤔ちなみに、写真のPi 5はサンプルですが。今回は話題的に通電しない済むので技適等は無関係ですね。

PimoroniのPiBowはすでにMaker Faire Tokyo 2023・OSC2023 Tokyo/Fall・Raspberry JAM 2023.10で展示済みですが(が、どれもレポートを書いていないですね……)、公式ケースを自分で触って組み立てたりするのは今回が始めてなので、ゆるりとレポートをしていきます。ちなみにこちらがPiBowの組み立てた様子。公式のActive Coolerを組み合わせる前提の作りで、今回もPimoroniらしい出来栄えですが、組み立て手順が少し複雑になり、下からレイヤー0〜2、Pi 5、レイヤー3、ActiveCooler、レイヤー4の順に重ねるようなりました。

それでは公式ケースについて見ていきましょう。

一周見渡す

まずは外観。電源ポート周りの面はPi 4と比べると、3.5mmプラグを差す場所がなくなり、少しスッキリとしました。LAN・USBの配置はPi 1B+〜Pi 3B+までを彷彿させる配置ですが、他の面が全く違うので互換はありません。

先に互換の話をしておくと、これまでの公式ケースで過去のモデル間で互換性があったものは、実はありません。毎回変わっています。サードパーティの互換は諸説あるかも知れませんが、公式はそう言う感じです。iPhoneも毎回ビミョウに寸法が変わって互換がある回はあまりありませんよね。

ケースを真横から見ると、フタと本体の間に隙間が空いていることがわかります。中にはファンが標準添付されていて、このファンのエアフローとなるためです。

SDカード・LEDランプ側です。Pi 4のケースでは、SDカードを差し込んだまま本体を取り出そうとするとSDカード破損などの可能性がありましたが、Pi 5のケースではそれが改善されており、SDカードを差し込んだままの本体を出し入れ可能です。

また、電源ランプは電源ボタンも兼ねて降り、ここを押すことで電源の入り切りが可能です。便利ですね。

底面。公式ケースで初めて、HATの位置に合わせて穴が開けられました。この穴とボルト・ナットを組み合わせて活用すると、ケースを連結して使うこともできるようです。また、放熱用の穴も今回初の改善ですね。

中を見ていく

上の白いフタを外すと、真ん中の白いカバーと、それにはまる形で取り付けられた、ファン付きの半透明のプレートが現れます。

真ん中のカバーを外すと、赤いボトムに小さい紙袋が挟まるようにして入っています。これにはゴム足と、SoCに貼り付けるヒートシンクが入っています。

ヒートシンクは、Active Coolerと比較するとだいぶささやかなサイズ感ですね。ちなみに、もうお気づきかも知れませんが、ケースを使用するときはActive Coolerは不要です。

Active CoolerをつけたPI 5をケースに入れることも可能ですが、この場合は真ん中の白いカバーとから半透明の部分取り外せば運用可能です。

真ん中の白いカバーと半透明の部分は、ツメで固定されているだけのため、簡単に取り外し可能です。

半透明の部分を取り外すと、HATボードを取り付けたまま真ん中のカバーを取り付けることもできます。以前の公式ケースではHATをつけたままケースに収めることができたりできなかったりしたため、これも嬉しいアップデートの一つといえます。

半透明の部分にはGPIOの穴が開いているため、Booster Header( https://shop.pimoroni.com/products/booster-header )などを使用すれば、ファンとHATボードを同時に取り付けることも可能です。以下は、Booster Headerを1つ使用してHATボードを搭載した様子です。上のフタはできなくなりますが、半透明のパーツのおかげで開放感はなく、ケースとしてまとまっているように見えて良いですね。

本体を入れてみる

上の写真のいくつかではもう入ってしまっていますが、Pi 5本体をケースに入れてみます。と言っても、赤いボトムパーツにPi 5をポンと載せるだけ。簡単です。

ファンは、USB2.0ポートの後ろにファン用のコネクターがあるので、こちらに接続します。

あとはフタを乗せて完成です。簡単ですね。

Pi 5を入れた状態の外観はこちら。おしゃれです。

Pi 4のケースと比べてみると

Pi 5のケースを手に持ってみると「もしかして、大きくなった……?」という気持ちがしたので、Pi 4のケースと並べてみました。たしかに、一回り大きそうですね。

側面から。高さもPi 4のケースより少し高くなったようです。ただ、SDカードをつけたまま着脱可能、HATを載せたままフタ可能、ファンのエアフロー確保など、数々の機能性向上を考えると、少し大きくなってでも必要な設計なのではないかと推察します。

まとめ

Raspberry Pi 5 公式ケースのレビューでした。

今までの公式ケースはGPIOやカメラへのアクセスがイマイチで個人的にはずっとPimoroniのPiBowケースを推してきましたが、Pi 5のケースこそは(?)便利そうな印象を受けたので、両方を買ってみた次第です。

9月にイギリスに行った際には軽く触っていましたが、実際に改めて触ってみても、とても使い勝手が良さそうな印象なので、早く技適取得済みのPi 5をケースに入れて使いたいな……!!と思いましたし、Ltdの中の人がデモをしていたケースのスタックも興味があるので、公式ケースの買い増しももう検討が必要そうです。え、Pi 5を3台も……??

ちなみに、公式ケースはPi 4のときと同じく、グレー/ブラックのカラーもすでに登場していて、Pimoroniなどで予約を受け付けているようです。