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Raspberry Pi(12)の設計環境をMac miniと合わせて揃える, Ethernet(65)

Last updated at 2024-11-10Posted at 2017-12-25

Raspberry Piの設計環境をMac miniと合わせて揃える

原則１　安価に

Raspberry Piは安価な計算機システムを構築できるのが利点です。
そのため、できるだけ安価な機器だけでシステムを構築することを検討します。

原則２　既存の機器を利用

Raspberry Piでは、研究試作を主とします。そのため、できるだけ既存の機器を利用し、できるだけ費用が生じないようにします。
例えば、名古屋市工業研究所の研修室は Mac mini(16GB) を設計環境にしています。
現在の環境と、Raspberry Piの設計環境を揃えるのに最小限の構成をまず示します。

Mac miniの構成

Mac mini本体
Mac mini電源ケーブル
ディスプレイ(電源ケーブル付き)1
Mac miniディスプレイケーブル(HDMI)2
USB キーボード3
USB マウス4
Ethernetケーブル*5

Raspberry Piの構成

Raspberry Pi本体
電源用USBケーブル
ディスプレイ（電源ケーブル付き）1
HDMIケーブル2
USB キーボード3
USB マウス4
Ethernetケーブル*5
起動用マイクロSDカード

Mac miniの環境があれば、Raspberry piの環境にするには、電源用USBケーブルと起動用マイクロSDカードがあればいいことがわかります。

ただし、課題はいくつかあります。電源、ネット、マイクロSDカードに導入するOSとその導入方法、箱、熱対策、USBの接続数などです。

課題１　電源

課題1.1 電源容量

Raspberry Pi3では、無線や画像処理など目一杯使うと、電源容量として2.5A程度必要になることがあるとのことです。

X Windowを起動していて、右上に雷の印が出ていたら、電流・電圧不足。SDの書き込みが不安定になり、ディスクを壊す可能性があるとのこと。

本体、電源ケーブルなどの機材のばらつきにより、全く同じ公正なのに、雷印が出る場合と出ない場合がありました。

解決策1.1.1

2A程度のUSB電源またはMacのUSBで利用していて、不足すれば、USBシリアル接続用のケーブルからも電源供給する。2.4A対応のAC-USB変換がダイソーで300円で売っていました。記事を少し。

課題は色々。
課題1.1.1 AC-USB変換。電圧が十分上がらない。or電流が不足する。
http://minkara.carview.co.jp/userid/473462/blog/40018401/
http://www.inoshita.jp/freo/view/438
課題1.1.2 USBケーブル。対応電流が1Aまで、2Aまでのものは使わない。
2A以上流したい場合には、2A以上のケーブルを使おう。

解決策1.1.2

2.5A以上用の電源を用意（購入）する
KSY Raspberry Pi3用USB電源アダプター 5V 2.5A 1P KSY0525USB-RASPI
https://www.amazon.co.jp/dp/B01LC7U4FA

ケーブルも2.5A以上の対応のものを利用すれば、発煙・発火・火傷などの可能性を低くできます。

解決策1.1.3

最初からRaspberry Pi 3用のセットを買う。
ラズベリーパイ Raspberry Pi 3B 技適対応日本製バンドル品 ACアダプタセットブラック
https://jp.rs-online.com/web/p/processor-microcontroller-development-kits/1254093/?intcmp=JP-WEB-_-Pi-_-Aug-17-_-acbundle_kochira

解決策1.1.4

X Windowを使わない。X Windowの計算処理で電流を使う。あるいは、処理を複数のRaspberry Piで分担し、個々の必要電流を抑える。無線とカメラ入力による画像処理を同時に行わないなど。

解決策1.1.5

USBシリアル接続用のケーブルは、システムのモニタ用にも使います。このケーブルには電源ラインもあります。電源ケーブルをつなぐと、電源供給できるかもしれません。しかし、電源ピンへの接続は、実験時、緊急避難時以外にはお勧めできません。短絡(short)、火花、断線など、電源の専門家以外は利用しないでください。

課題1.2 電源の入り切り

電源を入れたり切ったりするスイッチがRaspberry Piにはついていません。
電源を入れたり切ったりするのにUSBケーブルの抜き差しすると、USBのコネクタがだんだん緩んできて、故障の原因になります。

解決策2.1

USBのスイッチ付きケーブルを購入しました。中国からはだいたい２週間を想定しておくと大丈夫かも。USBスイッチを追加すると、電源のON/OFFにUSBの抜き刺しをしなくてもよい。

ノーブランド品　オス toメス　USB延長ケーブル　 On/Offスイッチ付き
https://www.amazon.co.jp/gp/product/B01N7P2SK7/

このケーブルを接続するとUSB装置としては認識しません。あくまでも、電源のON/OFFに使うためのものです。電源用途以外の方法で利用して、USB装置として認識しなくなるという文句をつけないようにしましょう。

解決策2.2

電源、USBケーブルスイッチ付きを購入する手もあります。課題1.1と1.2を同時に解決できます。下記は未購入で自己責任用参考です。
Raspberry Pi用電源セット(5V 3.0A)－Pi3フル負荷検証済
https://www.amazon.co.jp/dp/B01N8ZIJL8/

解決策 2.3

ACアダプタに電源スイッチがついていなければ、省エネタップ1個口
https://www.amazon.co.jp/dp/B016JIODR2/
などを併用したり、電源スイッチ付きテーブルタップを利用するのも手です。
ただし、電源スイッチ付きテーブルタップの粗悪品は、発煙・発火したのを目撃したことがあります。品質には十分にご注意ください。

課題2 ネットワーク

課題2.1 接続方法の選択

ネットワークは、
Eternet接続、
USB-Ethernet接続、
WiFi,
Bluetooth
などの４通り以上の方法で接続可能です。

必要機材

Etherネット接続

Ethernetケーブル (Gbit対応ケーブル)

USB-Ethernet接続

USB-Ethernetコネクタ、Ethernetケーブル

Wi-Fi:Wi-Fi通信相手

Mac miniの設定で通信相手になります。Mac miniの共有の設定で、インタネット共有を選択すれば、あれま, Mac miniが無線LANの中継基地に。

Bluetooth:Bluetooth通信相手

Mac miniの設定で通信相手にしてみましょう。

課題2.2 ネットの測定方法

OSがLinux系であればWiresharkを導入し、ネットワークを測定します。
上記の４通りの接続をして、不要なパケットの送出をしないかどうか確認しましょう。Wiresharkの導入は、次のセキュリティ対策を立てる上で、その対策が有効かどうかを測定するのにも必要です。Debian系(Ubuntu, Raspbian)OSであれば、まずWiresharkを導入しましょう。

bash

# apg update; apt -y upgrade
# apt install wireshark

課題2.3 セキュリティ

ネットワーク接続を行うのであれば、セキュリティ対策は必須です。
パスワードやIDを変更したり、特定のパケットだけ許可したり、禁止する設定も大切です。

Raspbian等のOSでは、Piユーザのパスワード設定と rootのパスワード設定は必須です。

bash

# passwd
# sudo passwd root

課題３起動用マイクロSDカード

NOOBS/NOOBS liteを入れる場合には、Windows, Macintosh, Linuxから読み書きできるマイクロSDカードなら、ファイルをコピーするだけでフォーマットしなくても良い。

「Raspberry PIのSDカードをRaspbian, TOPPERS/FMP, TOPPERS/SSP起動用に利用する」
https://qiita.com/kaizen_nagoya/items/814cccdaa59dc09196e3
でRaspbianのSDカードを他のOSで利用する方法を記載しました。

NOOBSを入れない場合には、フォーマットが必要なことがある。その場合には、
SD card formatterを利用する。Mac OS Xのdisk utilは動作がわかりにくいし、時間がかかる。
https://www.sdcard.org/downloads/formatter_4/

案1

NOOBSをまず入れる。
https://www.raspberrypi.org/downloads/noobs/
それからRaspbian stretch with desktopが容易に入る。

2018/01/18の測定では30分で入った。

案2

NOOBS liteをまず入れる。
https://www.raspberrypi.org/downloads/noobs/
それからRaspbian等の選択子があある。

案3

RASPBIAN STRETCH WITH DESKTOPをまず入れる。
教育用のOSとして利用するのに最適。R, Pythonや機械学習、画像処理に良い。
Linuxの勉強にも使える。
https://www.raspberrypi.org/downloads/raspbian/

案4

RASPBIAN STRETCH LITEをまず入れる。
https://www.raspberrypi.org/downloads/raspbian/

案5

TOPPERS/FMPを入れる。
マルチコア対応のタスク管理をするのに最適。
https://qiita.com/toshinaga/items/672c41a1f390922d5bae

案6

TOPPERSの本家ASPを入れる。
https://github.com/AZO234/RaspberryPi_TOPPERS_ASP3

案7

TOPPERS/SSPを入れる。
小さい機器で小さいOSを使うのに最適。
https://github.com/alvstakahashi/RPI-SHRINK-SSP-FULL

課題4 箱(case)

Raspberry Piの基盤をそのまま利用していると次の３つ以上の課題があります。

課題4.1

配線に直接触れて、短絡、断線の原因を増やす。

課題4.2

素子に物が当たり、破損、接触不良の原因を増やす。

課題4.3

水分や蒸気などが直接かかり、短絡、断線の原因を増やす。

対策4.1 箱に入れる。

対策4.2 足をつける

電子基板用の足をつけよう。

課題5 熱対策

解決策5.1

ヒートシンクを設置する。現状未設置。
ネットでの装着例
https://www.agilegroup.co.jp/technote/heatsink-for-rpi.html
その際の、購入先
http://www.aitendo.com/product/3612

解決策5.2

ファンを別電源で用意する。USB扇風機でもいいかも。熱の除去効率は未測定。Raspberry piにUSB接続してファンを起動すると、電流を余計に消費して、発熱または回路の負荷を増やして動作を不安定にするかも。ファンを設置するなら別電源で。

課題６ USBの接続数

キーボード、マウスを接続すると、USBの口が残り２つになる。例えば、USB-Ethernetを利用すると残り一つになる。USBメモリでデータ、ソフトの配布を行うと残りゼロ。電流不足になるかもしれないので、USB増設機器の利用は、電流計算のできる方以外には推奨しません。

課題７Monitor/Debug環境

解決策 7.1　USBシリアル接続

Raspberry Pi ラズベリーパイ用の USB－TTLシリアルコンソールのUSB変換COMケーブルモジュールのケーブル
https://www.amazon.co.jp/dp/B00K7YYFNM

USBシリアル変換アダプタ USB-RSAQ5 のドライバをインストールする PL2303系
http://www.prolific.com.tw/JP/ShowProduct.aspx?pcid=126&showlevel=0053-0125-0126

解決策 7.2 Raspbian系

GDB

解決策 7.3 JTAG

AZO234/RaspberryPi_BareMetal
https://github.com/AZO234/RaspberryPi_BareMetal/tree/master/rp_jtagenable

TOPPERS系

教育WGのタスクモニタ移植依頼中

名古屋市工業研究所の場合

Macアドレス認証

機器はMac アドレス認証を行なっている。原則、持ち込み機材はMac アドレス認証を行うのではなく、当方のMacアドレス認証を受けたUSB-Ethernetで接続している。

持ち込みRaspberry PiはUSB-Ethernetに対応していることが必要になる。最新のRaspbianでは、最近のUSB-Ethernetケーブルには対応している。

マウス

現在、マウスはUSB無線マウスを利用している。
そのマウスをそのまま使うには、Raspberry PiのUSBポートを一つ利用する。

この項は書きかけです。順次追記しています。

p.s.参考資料
Raspberry PiでTOPPERS(TRON系OS)
http://domisan.sakura.ne.jp/article/rp_toppers/rp_toppers.html

<この項は書きかけです。順次追記します。>
This article is not completed. I will add some words and/or centences in order.

自己記事一覧

Qiitaで逆リンクを表示しなくなったような気がする。時々、スマフォで表示するとあらわっることがあり、完全に削除したのではなさそう。

４月以降、せっせとリンクリストを作り、統計を取って確率を説明しようとしている。
2025年２月末を目標にしている。

一覧の一覧( The directory of directories of mine.) Qiita(100)
https://qiita.com/kaizen_nagoya/items/7eb0e006543886138f39

仮説（0）一覧（目標100現在40）
https://qiita.com/kaizen_nagoya/items/f000506fe1837b3590df

Qiita(0)Qiita関連記事一覧（自分）
https://qiita.com/kaizen_nagoya/items/58db5fbf036b28e9dfa6

Error一覧 error(0)
https://qiita.com/kaizen_nagoya/items/48b6cbc8d68eae2c42b8

C++ Support(0)　
https://qiita.com/kaizen_nagoya/items/8720d26f762369a80514

Coding(0) Rules, C, Secure, MISRA and so on
https://qiita.com/kaizen_nagoya/items/400725644a8a0e90fbb0

Ethernet 記事一覧　Ethernet(0)
https://qiita.com/kaizen_nagoya/items/88d35e99f74aefc98794

Wireshark 一覧 wireshark(0)、Ethernet(48)
https://qiita.com/kaizen_nagoya/items/fbed841f61875c4731d0

線網（Wi-Fi）空中線(antenna)(0) 記事一覧(118/300目標)
https://qiita.com/kaizen_nagoya/items/5e5464ac2b24bd4cd001

なぜdockerで機械学習するか書籍・ソース一覧作成中 (目標100)
https://qiita.com/kaizen_nagoya/items/ddd12477544bf5ba85e2

プログラムちょい替え（0）一覧:4件
https://qiita.com/kaizen_nagoya/items/296d87ef4bfd516bc394

言語処理100本ノックをdockerで。python覚えるのに最適。:10+12
https://qiita.com/kaizen_nagoya/items/7e7eb7c543e0c18438c4

Python(0)記事をまとめたい。
https://qiita.com/kaizen_nagoya/items/088c57d70ab6904ebb53

安全（0）安全工学シンポジウムに向けて: 21
https://qiita.com/kaizen_nagoya/items/c5d78f3def8195cb2409

プログラマによる、プログラマのための、統計(0)と確率のプログラミングとその後
https://qiita.com/kaizen_nagoya/items/6e9897eb641268766909

転職(0)一覧
https://qiita.com/kaizen_nagoya/items/f77520d378d33451d6fe

技術士(0)一覧
https://qiita.com/kaizen_nagoya/items/ce4ccf4eb9c5600b89ea

Reserchmap(0) 一覧
https://qiita.com/kaizen_nagoya/items/506c79e562f406c4257e

物理記事　上位100
https://qiita.com/kaizen_nagoya/items/66e90fe31fbe3facc6ff

量子(0) 計算機, 量子力学
https://qiita.com/kaizen_nagoya/items/1cd954cb0eed92879fd4

数学関連記事１００
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coq(0) 一覧
https://qiita.com/kaizen_nagoya/items/d22f9995cf2173bc3b13

統計(0)一覧
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図(0) state, sequence and timing. UML and お絵描き
https://qiita.com/kaizen_nagoya/items/60440a882146aeee9e8f

色(0) 記事100書く切り口
https://qiita.com/kaizen_nagoya/items/22331c0335ed34326b9b

品質一覧
https://qiita.com/kaizen_nagoya/items/2b99b8e9db6d94b2e971

言語・文学記事　１００
https://qiita.com/kaizen_nagoya/items/42d58d5ef7fb53c407d6

医工連携関連記事一覧
https://qiita.com/kaizen_nagoya/items/6ab51c12ba51bc260a82

水の資料集(0)　方針と成果
https://qiita.com/kaizen_nagoya/items/f5dbb30087ea732b52aa

自動車　記事　１００
https://qiita.com/kaizen_nagoya/items/f7f0b9ab36569ad409c5

SDV 一覧　
https://qiita.com/kaizen_nagoya/items/49aba886ad208e2aa70f

通信記事１００
https://qiita.com/kaizen_nagoya/items/1d67de5e1cd207b05ef7

日本語（０）一欄
https://qiita.com/kaizen_nagoya/items/7498dcfa3a9ba7fd1e68

英語(0) 一覧
https://qiita.com/kaizen_nagoya/items/680e3f5cbf9430486c7d

音楽　一覧(0)
https://qiita.com/kaizen_nagoya/items/b6e5f42bbfe3bbe40f5d

「@kazuo_reve 新人の方によく展開している有益な情報」確認一覧
https://qiita.com/kaizen_nagoya/items/b9380888d1e5a042646b

鉄道（０）鉄道のシステム考察はてっちゃんがてつだってくれる
https://qiita.com/kaizen_nagoya/items/faa4ea03d91d901a618a

OSEK OS設計の基礎　OSEK(100)
https://qiita.com/kaizen_nagoya/items/7528a22a14242d2d58a3

coding (101) 一覧を作成し始めた。omake:最近のQiitaで表示しない5つの事象
https://qiita.com/kaizen_nagoya/items/20667f09f19598aedb68

官公庁・学校・公的団体（NPOを含む）システムの課題、官（０）
https://qiita.com/kaizen_nagoya/items/04ee6eaf7ec13d3af4c3

「はじめての」シリーズ　ベクタージャパン　
https://qiita.com/kaizen_nagoya/items/2e41634f6e21a3cf74eb

AUTOSAR(0)Qiita記事一覧, OSEK(75)
https://qiita.com/kaizen_nagoya/items/89c07961b59a8754c869

プログラマが知っていると良い「公序良俗」
https://qiita.com/kaizen_nagoya/items/9fe7c0dfac2fbd77a945

LaTeX(0) 一覧　
https://qiita.com/kaizen_nagoya/items/e3f7dafacab58c499792

自動制御、制御工学一覧（０）
https://qiita.com/kaizen_nagoya/items/7767a4e19a6ae1479e6b

Rust(0) 一覧　
https://qiita.com/kaizen_nagoya/items/5e8bb080ba6ca0281927