Ubuntu + Raspberry PiでGPIOアクセスのための設定

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概要

Raspberry PiでROS2を使用するためにはUbuntuを入れるのが楽．
Ubuntuを単に入れるとRaspberry PiでGPIOを使用するときに管理者権限(rootになること)が必要．
具体的にはGPIOなどを使用するプログラムを実行するためには，sudoが必要．
面倒．

ということで一般ユーザのままでGPIOを使用するための設定．
これができれば，sudoなしでプログラム実行できて嬉しい．

想定

• Raspberry Pi 3/4にUbuntuをインストール
  • 各種設定は管理者権限が必要
    • 管理者権限のあるubuntuユーザで設定
• マルチユーザでの使用を想定
  • 一般ユーザは複数人を想定
    • 例えば複数人で一台のRaspberry Piを共有して演習することを想定
    • ただし一度に一人しか使えない(ハードウェアは一つなので当たり前)
    • 一般ユーザの例として以下のユーザ名を使用
      • nek

デバイスアクセスのための設定

方針は以下の通り．

• GPIOなどのデバイスにアクセスするためにudev rulesを使用
  • udev rulesファイルを作成
  • デバイスアクセスのためのグループを作成
  • そのグループにユーザを追加

udev rulesファイルの作成

sudo apt install rpi.gpio-commonでも入るという情報もあるが，うまくいかなかったので手動で作成．

• 対象ファイル
  • /etc/udev/rules.d/99-com.rules

99-com.rules

SUBSYSTEM=="input", GROUP="input", MODE="0660"
SUBSYSTEM=="i2c-dev", GROUP="i2c", MODE="0660"
SUBSYSTEM=="spidev", GROUP="spi", MODE="0660"
SUBSYSTEM=="bcm2835-gpiomem", GROUP="gpio", MODE="0660"
SUBSYSTEM=="rpivid-*", GROUP="video", MODE="0660"

KERNEL=="vcsm-cma", GROUP="video", MODE="0660"
SUBSYSTEM=="dma_heap", GROUP="video", MODE="0660"

SUBSYSTEM=="gpio", GROUP="gpio", MODE="0660"
SUBSYSTEM=="gpio*", PROGRAM="/bin/sh -c '\
    chown -R root:gpio /sys/class/gpio && chmod -R 770 /sys/class/gpio;\
    chown -R root:gpio /sys/devices/virtual/gpio && chmod -R 770 /sys/devices/virtual/gpio;\
    chown -R root:gpio /sys$devpath && chmod -R 770 /sys$devpath\
'"

SUBSYSTEM=="pwm*", PROGRAM="/bin/sh -c '\
    chown -R root:gpio /sys/class/pwm && chmod -R 770 /sys/class/pwm;\
    chown -R root:gpio /sys/devices/platform/soc/*.pwm/pwm/pwmchip* && chmod -R 770 /sys/devices/platform/soc/*.pwm/pwm/pwmchip*\
'"

KERNEL=="ttyAMA0", PROGRAM="/bin/sh -c '\
    ALIASES=/proc/device-tree/aliases; \
    if cmp -s $$ALIASES/uart0 $$ALIASES/serial0; then \
        echo 0;\
    elif cmp -s $$ALIASES/uart0 $$ALIASES/serial1; then \
        echo 1; \
    else \
        exit 1; \
    fi\
'", SYMLINK+="serial%c"

KERNEL=="ttyAMA1", PROGRAM="/bin/sh -c '\
    ALIASES=/proc/device-tree/aliases; \
    if [ -e /dev/ttyAMA0 ]; then \
        exit 1; \
    elif cmp -s $$ALIASES/uart0 $$ALIASES/serial0; then \
        echo 0;\
    elif cmp -s $$ALIASES/uart0 $$ALIASES/serial1; then \
        echo 1; \
    else \
        exit 1; \
    fi\
'", SYMLINK+="serial%c"

KERNEL=="ttyS0", PROGRAM="/bin/sh -c '\
    ALIASES=/proc/device-tree/aliases; \
    if cmp -s $$ALIASES/uart1 $$ALIASES/serial0; then \
        echo 0; \
    elif cmp -s $$ALIASES/uart1 $$ALIASES/serial1; then \
        echo 1; \
    else \
        exit 1; \
    fi \
'", SYMLINK+="serial%c"

ACTION=="add", SUBSYSTEM=="vtconsole", KERNEL=="vtcon1", RUN+="/bin/sh -c '\
    if echo RPi-Sense FB | cmp -s /sys/class/graphics/fb0/name; then \
        echo 0 > /sys$devpath/bind; \
    fi; \
'"

必要グループ追加

最初からグループが存在し，group hogehoge already existsなどのメッセージが出ることもあるが，気にしない．

$ sudo groupadd input; sudo groupadd i2c; sudo groupadd spi; sudo groupadd gpio; sudo groupadd video;

ユーザ追加

ユーザ名:nekとして説明．

$ sudo adduser nek

名前や部屋番号，電話番号などの情報を入力するように促されるが，パスワード以外は空欄(そのままエンター)でおっけ．

$ sudo gpasswd -a nek input; sudo gpasswd -a nek i2c; sudo gpasswd -a nek spi; sudo gpasswd -a nek gpio; sudo gpasswd -a nek video;

確認

例えばGPIO21にLEDをつなげて以下を実行してみる．

$ echo 21 > /sys/class/gpio/export
$ ls /sys/class/gpio
gpio21が増えていることを確認
$ echo out > /sys/class/gpio/gpio21/direction
$ echo 1 > /sys/class/gpio/gpio21/value
$ echo 0 > /sys/class/gpio/gpio21/value
LEDがついたり消えたりする
$ echo 21 > /sys/class/gpio/unexport
$ ls /sys/class/gpio
gpio21が消えていることを確認

制限事項

pigpioライブラリでは，/dev/memを使用している．これはrootでないと触れないものみたいでやっかい．現在/dev/gpiomemが登場し，他のライブラリではこれが使われているようだけど，pigpioライブラリではそうでないので困っている．．．以下のコマンドで無理やりgpiomemにできるが，今度は違うエラーが出て困っている．

$ cd [pigpioライブラリをDL，makeしたところ]
$ sed "s/\/dev\/mem/\/dev\/gpiomem/g" pigpio.c > pigpio.c