RaspberryPi 4BでAI、RaspberryPi 4BでIoT（RaspberryPi初期設定：OSインストール編）

はじめに

プログラミングの学習を始めてから4ヶ月。pythonを使い、RaspberryPiでAI、IoTの技術を利用した高齢者見守りシステムを作ってみました。
制作の過程を、何回かに分けてまとめていきます。

今回は、RaspberryPiの初期設定のうちの、OSのインストールと、初期起動前の設定変更についてまとめます。

使用機材

PC

MacBook Pro 16

2.3 GHz 8コアIntel Core i9

16 GB 2667 MHz DDR4

macOS Big Sur ver.11.0.1

メモリリーダーライタ

ELECOM MR-A39NWHF1

変換ケーブル

Apple USB-C - USBアダプタ

microSDカード

SanDisk

microSDXC UHS-I カード

128GB

RaspberryPiの初期設定

RaspberryPiにキーボードやディスプレイなどを接続せず、PCと無線LANで接続してPCから操作できるように設定します。

RaspberryPiの初期設定は、**ゆうさんのブログ sukiburo**で非常に丁寧に説明されており、参考にして実施しました。
ここに書きました一連の作業はPCで実施します。これらの作業の間は、microSDカードをRaspberryPiには挿入しません。

Raspberry Pi OSのインストール

sukiburoでは、OSをRaspberryPi公式サイトからダウンロードし、マニュアルでmicroSDカードに書き込む方法が説明されています。この通りにやれば問題なくOSのインストールができるのですが、ここではRaspberry Pi Imagerを使ってインストールする方法を試してみます。
この方法では、事前にOSをダウンドードしたり、microSDカードをフォーマットする必要はありません。

まず、RaspberryPi公式サイトからmacOS用のPaspberry PI Imagerをダウンロードし、PCにインストールします。

詳細手順

>[RaspberryPi公式サイト](https://www.raspberrypi.org/software/)の**Download for macOS**をクリックすると、インストーラー "imager_1.4.dmg"のダウンロードが開始されます。  ダウンロードが完了したら、保存されたファイル**imager_1.4.dmg**をダブルクリックし、アプリケーションをPCにインストールします。 下記のウインドウが表示されたら、左側のラズベリーのアイコンを、右側のフォルダーのアイコン上にドラッグ＆ドロップすればインストールは完了。Launchpadから**Paspberry PI Imager**を起動できるようになります。（インストーラ**imager_1.4.dmg**は削除して問題ありません。） 

準備ができたので、Paspberry PI Imagerを使って、microSDカードにraspberryPi OSをインストールします。

詳細手順

>インターネットアクセス可能なPCに接続されたmicroSDカードライターのスロットに、microSDカードを挿入します。 次に、Launchpadで**Paspberry PI Imager**のアイコンをクリックし、**Paspberry PI Imager**を起動します。 下記のウインドウが表示されたら、**CHOOSE OS**をクリックします。  下記のOS選択ウィンドウが表示されますので、**Raspberry Pi OS(32-bit)**をクリックします。  OSを選択すると下記のウインドウが表示されますので、**CHOOSE SD CARD**をクリックします。  下記のウインドウが表示されますので、使用するSDカードをクリックします。  OSとSDカードの選択が完了すると、下記のウインドウが表示され、OSの書き込みが開始可能となります。 選択したOS、SDカードに間違いがなければ、**WRITE**をクリックします。  microSDカード上の全てのデータが消去されることを確認すウインドウが表示されるので、問題なければ**YES**をクリックします。  下記のウインドウが表示され、microSDカードへのOSの書き込みが開始されます。  OSの書き込みが完了すると、自動的にVerifyを開始します。  verifyが完了すると下記のウインドウが表示されます。**CONTINUE**をクリックすると、ウインドウが閉じ、OSのインストールが完了します。 筆者が実施した環境では、OSの書き込み開始からVerifyの完了まで、25分程度かかりました。 

SSHの有効化

次に、安全に（=他人が勝手にRaspberryPiを操作したり、PCとRaspberryPiとの間の通信を盗聴することを防ぎつつ）、PCからネットワークを経由してRaspberryPiにログインして操作を可能にするために、SSH（Secure Shell）を有効にします。
OSをインストールしたmicroSDカードのrootに、SSHという名前の空のファイルを作成すると、SSHが有効になります。

詳細手順

>ファイルの作成には、Linuxコマンドの**touch**を使用します。Launchpadからターミナルを起動し、`touch /volumes/【microSDカード rootディレクトリ名】/ssh`と入力します。【microSDカード rootディレクトリ名】の部分は、**Finder**でドライブを表示したときに表示されるmicroSDカードのドライブ名です。              

無線LANの設定

RaspberryPiを無線LANに接続するために、OSをインストールしたmicroSDカードのrootに、wpa_supplicant.confという名前の設定ファイルを作成します。
作成したwpa_supplicant.confには、下記のコードを書き込みます。

wpa_supplicant.conf

ctrl_interface=DIR=/var/run/wpa_supplicant GROUP=netdev
update_config=1
country=JP

network={
    ssid="SSID"
    psk="PIN"
}

上記コード中のSSIDの部分は使用する無線LAN環境のSSID、PINの部分は使用する無線LAN環境のPINとします。
上記コードで、ssidとpskのダブルコーテーション（"）が全角になっていたため、コピーして使用しても正常に動作しませんでした。(2021/1/28　修正)。

詳細手順

>ファイルの作成には、macのターミナル上で標準で使用できるテキストエディター **viエディター**を使用します。 Launchpadからターミナルを起動し、`vi /volumes/【microSDカード rootディレクトリ名】/wpa_supplicant.conf`と入力すると、viエディター上でwpa_supplicant.confという名前の新しいファイルが開きます(【microSDカード rootディレクトリ名】の部分は、SSHの有効化のときと同様に、**Finder**でドライブを表示したときに表示されるmicroSDカードのドライブ名です)。   次に、使用する無線LANに接続するための情報を書き込みます。 上記の**wpa_supplicant.conf**に書き込むコードを、そのまま（**SSID**、**PIN**の部分も変更せず）コピーします。 viエディターを開いたターミナルのウインドウ上にマウスポインタを移動し、トラックパッドを副ボタンクリック（２本指のクリック）してペーストを選択すれば、コードが入力できます。               次に、使用する無線LANの環境に合わせて編集します。コードの**SSID**と**PIN**の部分を、使用する無線LANのSSIDとPINに書き換えます。 viエディターでは、文字を消去するときは、カーソルを消去したい文字上に移動して**x**を入力します。**SSID**の部分を書き換えるためには、まず矢印キーを使用してカーソルを**SSID**先頭の**S**の位置に移動します。この状態で、**x**キーを4回押すと、**SSID**が削除されます。   次に、使用する無線LAN環境のSSIDを入力します。viエディターで文字を入力する際は、入力したい位置へカーソルを移動した後、**i**キーを押して挿入モードに変更します。この状態で、キーボードから入力した文字が、カーソルの位置に挿入されます。   入力が完了したら、escキーを押下すれば挿入モードが終了し、入力した内容が確定します。  同様に、カーソルを**PIN**の先頭の**P**の位置に移動し、使用する無線LAN環境のPINに書き換えます。  PINの書き換えが完了したら、キーボードから『:』（コロン）、『w』、『q』、『↩︎』（リターン）の順に入力すると、編集した内容が保存され、viエディターが終了します（このとき、カーソルを移動させる必要はありません）。  Linuxコマンドの**cat**を使用すると、作成したwpa_supplicant.confの内容を確認できます。ターミナルで、`cat /volumes/【microSDカード rootディレクトリ名】/wpa_supplicant.conf`と入力します（【microSDカード rootディレクトリ名】の部分は、**Finder**でドライブを表示したときに表示されるmicroSDカードのドライブ名です）。 

画面出力設定

RaspberryPi OSは、標準の設定ではHDMIでディスプレイを接続していないと、PCからリモートデスクトップ接続してもRaspberryPiの画面が表示されずにエラーとなってしまいます。ディスプレイを接続していないRaspberryPiへのリモートデスクトップ接続でRaspberryPiの画面をPCに表示できるよう、設定を変更します。
OSをインストールしたmicroSDカードのrootにあるconfig.txtを編集することで、設定が変更できます。
config.txtの中でコメントアウトされている# hdmi_force_hotplug=1という設定を有効にすることで、リモートデスクトップ接続しているPCでRaspberryPiの画面を表示できるようになります。

詳細手順

> 1. ターミナルで、`vi /volumes/【microSDカード rootディレクトリ名】/config.txt`と入力し、viエディター上で**config.txt**を開きます（【microSDカード rootディレクトリ名】の部分は、**Finder**でドライブを表示したときに表示されるmicroSDカードのドライブ名です）。 2. 矢印キーでカーソルを、```# hdmi_force_hotplug=1```の**#**の上に移動します。  3. xキーを押下します。（**#**が削除されます。） 4. キーボードから『:』（コロン）、『w』、『q』、『↩︎』（リターン）の順に入力します。（変更が保存され、viエディターが終了します。） 5. ターミナルで、`cat /volumes/【microSDカード rootディレクトリ名】/config.txt`と入力すれば、**config.txt**の内容が表示され、変更が行われていることを確認できます（【microSDカード rootディレクトリ名】の部分は、**Finder**でドライブを表示したときに表示されるmicroSDカードのドライブ名です）。

これで、OSのインストールと、RaspberryPi初期起動前の設定変更は完了です。

参考

今回の作業の実施にあたり、下記を参考にいたしました。

Raspberry PI OSのインストール、SSHの有効化、無線LANの設定

Raspberry Pi OS　（公式サイト）

sukiburo ラズパイ(raspberry pi)の初期設定をするよ(win/mac対応)

画面出力設定

Developers.IO Raspberry Pi 4にSSHとVNCで接続してみた

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おわりに

プログラミング初心者のため、誤りが多々あると思います。アドバイス、励ましのコメントなどいただけると嬉しいです。