電子辞書 SHARP Brain PW-SH6 を Nerves/Elixir で KIOSK 端末にした

電子辞書 SHARP Brain PW-SH6 を Nerves/Elixir で KIOSK 端末にした(有線/WiFi/BLE、USB・BT オーディオ、RTC 同期まで)

はじめに

注意: この記事は開発途中の試行錯誤の記録です。手順・数値は 2026-09 時点の私の環境での実測で、
再現性や動作を保証するものではありません。電子辞書の改造は自己責任で、失敗すると起動しなくなる可能性が
あります(本体の eMMC には触らず、microSD からの起動のみで作業しています)。

中古で手に入る SHARP の電子辞書 Brain PW-SH6(2017 年頃のモデル)は、中身が NXP i.MX283(ARM926EJ-S、454MHz、RAM 128MiB) の小さな Linux 機として遊べることが brain-hackers コミュニティの成果(Brainux)で知られています。

この記事は、その Brain を Nerves(Elixir の組み込み Linux フレームワーク)で動く KIOSK 端末にした約 2 週間の記録です。最終的にこうなりました。

• 5.5 インチ 854×480 の LCD に LovyanGFX(NIF)で日本語 UI、タッチ・キーボード・電池・時計表示
• USB ホスト化して 有線 LAN + WiFi + BLE を起動時に自動接続(3 系統同時)
• BLE で SwitchBot 温湿度計/気圧/開閉/人感 を受信してライブ表示
• USB オーディオでタッチ音・起動チャイム・時報と A〜Z の読み上げ(Open JTalk で事前合成)
• Bluetooth スピーカー(A2DP)へ BlueZ + BlueALSA で出力
• 本体内蔵 RTC と Linux 時計の双方向同期(電池が切れても LAN に繋げば Brain の時計が直る)
• SD カードを焼くだけで全機能が上がるマスタイメージ、機種(PW-SH1/SH6…)は DTB から自動認識

ホーム画面(実機の /dev/fb0 をダンプ):

公開しているもの:

• Nerves システム(Buildroot 定義・起動スクリプト・SD 作成手順):
  https://github.com/piyopiyoex/nerves_system_brain
• 動作デモ(KIOSK アプリの実行イメージと使い方):
  https://github.com/piyopiyoex/nerves_system_brain/tree/main/examples/hello_kiosk

KIOSK アプリ本体(Elixir ソース)は現時点では公開していません。本文のコードはそこからの抜粋です。

ARMv5・soft-float・128MiB という、Nerves 公式ターゲット(RPi 系は ARMv6 以上)より一段低いところで動かしているので、同じような「非公式ボードで Nerves」を考えている人の参考になれば。

1. ハードウェアと制約

項目	内容
SoC	NXP i.MX283、ARM926EJ-S(ARMv5TEJ)454MHz、FPU なし(soft-float)
RAM / ストレージ	128MiB / 内蔵 eMMC(触らない)+ microSD から起動
表示	5.5" 854×480、ILI9805 系パネル、/dev/fb0 RGB565
入力	抵抗膜タッチ + フルキーボード(evdev)
USB	micro-B(OTG)。USB ホスト化には OTG ケーブル + セルフパワーハブが必要(バス給電では不安定)
音	内蔵スピーカーあり。ただし Linux から鳴らす経路は未解明(後述)
時計	i.MX28 内蔵 RTC(バックアップ電池なし → 主電池が切れるとリセット)
起動	Brain 純正ファームから 機種名の実行ファイル(例 edsh6exe.bin)= U-Boot を起こし、SD の zImage + 機種別 DTB を読む(brain-hackers の仕組み)

Nerves 公式は最小でも RPi Zero(ARMv6、512MiB)。Brain は ARMv5 で半分以下の RAM なので、以下は諦めています。

• 実機上での Erlang/Elixir コンパイル、mix 実行 → 全部母艦(x86_64)でクロスビルドし beam を送る
• 実機上での TTS・音声認識・重い画像処理 → 音声は事前合成、描画は C++(NIF)
• fwup による OTA → SD の rootfs を直接更新する運用(SD 可搬)

1-2. 使った部品(Amazon で購入、実機で動作確認済み)

型番・ASIN は手元の購入履歴で補完してください。「確認内容」は実際に Brain 上で動いた範囲です。

分類	製品(チップ)	確認内容	備考
本体	SHARP Brain PW-SH6(中古)。PW-SH1 でも同 SD で起動確認	KIOSK 全機能	機種は DTB から自動認識
起動メディア	microSD 4GB 以上(高耐久品推奨)	Nerves rootfs + brain-hackers 起動チェーン	取り違えでデバッグが迷走した経験あり。ラベルを貼る
USB ホスト化	USB2.0 OTG ケーブル(micro-B オス → A メス)	ホストモード成立	ケーブルによって給電挙動が変わる。安物で相性あり
USB ホスト化	セルフパワー USB2.0 ハブ(AC アダプタ付き)	有線 LAN + WiFi + BLE(または BT)+ USB オーディオの同時接続	バスパワーでは不安定(ドングル追加で WiFi が落ちた)。ハブ経由で本体充電も可
有線 LAN	USB Gigabit LAN アダプタ(ASIX AX88179)	DHCP・NTP・SSH、常用経路	ax88179_178a ドライバ
WiFi	UWF-1(Atheros AR9271、ath9k_htc)	WPA2 接続・DHCP、有線と同時稼働	2.4GHz のみ。ハブの Full-Speed 交渉で USB ハングした個体あり(ポート構成で回避)
BLE / Bluetooth	エレコム LBT-UAN06C2/EC(Realtek RTL8761BU、BT 5.3)	SwitchBot BLE 受信 / A2DP ソース(BlueZ+BlueALSA)	同時には使えない(hci0 排他)。両立にはもう 1 本
USB オーディオ	USB サウンドアダプタ(GeneralPlus 1b3f:2008、UAC)	tinyalsa で再生(タッチ音・チャイム・時報・A–Z)、マイク入力あり(未使用)	S16_LE / 2ch 固定。1,000 円前後
BT スピーカー	ZoeeTree S1+	A2DP でペアリング・自動再接続・再生	ストリーム開始時に約 1 秒の立ち上がり無音あり(記事本文の対策)
BT スピーカー	LenoPlay Bluetooth スピーカー(IPX7、AUX 入力あり)	未検証(受信側スピーカー)	AUX 経由なら USB オーディオの出力先として使える想定
センサ	SwitchBot 温湿度計(dev_type 0x54)/ 温湿度計プラス系(0x69)/ 防水温湿度計(0x77)	BLE 広告受信(温度・湿度・電池・RSSI)	最大 3 台表示
センサ	SwitchBot 開閉センサ(0x64)/ 人感センサ(0x73)	BLE 広告受信(開閉・人感・明るさ・電池)
(参考)	気圧計 piyo2	BLE 受信	自作機(Amazon 品ではない)

Amazon 以外に用意したもの: 母艦(x86_64 Linux)、SD カードリーダ。ロジアナ・オシロは使っていません(使えていれば内蔵音声の調査はもう少し進んだはず)。

2. 全体構成

母艦 (AlmaLinux 10, x86_64)
  ├─ nerves_system_brain  … Buildroot 2026.05.2 + nerves_system_br v1.34.3、Bootlin armv5-eabi glibc ツールチェーン
  │     rootfs_overlay/ (erlinit.config, 起動スクリプト, ファームウェア, dbus/bluez 設定)
  │     nerves_defconfig  (wpa_supplicant, iw, tinyalsa, dbus, bluez5_utils, bluez-alsa, alsa-utils)
  ├─ hello_kiosk_brain    … Elixir アプリ(OTP 29 / Elixir 1.20)+ LovyanGFX NIF(C++)
  └─ カーネル/U-Boot/DTB  … brain-hackers の buildbrain 成果物(Linux 6.1.70)を流用、BT/RTL 有効の再ビルド版

SD カード
  p1 (FAT)  zImage, imx28-pwsh1..7.dtb, edsh6exe.bin(U-Boot) など brain-hackers の起動チェーン
  p2 (ext4) Nerves rootfs(erlinit → /usr/bin/enable_net → Erlang VM)

ポイントは erlinit の --pre-run-exec に自前の起動スクリプト enable_net を挿し、Erlang が上がる前に RTC→時計・有線 LAN・WiFi・(設定があれば)BT スタックをバックグラウンドで立ち上げていること。Nerves の scrub-target.sh は /etc/init.d を消すので、init スクリプトの類は全部ここに集約しています。

3. 画面: LovyanGFX を NIF で

Elixir から /dev/fb0 に直接描くと ARMv5 では日本語フォント描画が重すぎるので、LovyanGFX(ESP32 でおなじみの描画ライブラリ、Linux fb バックエンドあり)を C++ の NIF にして、Elixir 側は「描画コマンド列」を 1 回の render/1 で渡す方式にしました。

[
  Draw.rect(0, 0, @w, 40, @panel),
  Draw.text(12, 20, :ml, :jp24, @fg, model_name()),        # "PW-SH6"
  Draw.text(@title_x, 20, :ml, :jp24, @accent, title),
  Draw.text(div(@w, 2), 12, :mc, :jp16, ccol, clock),
  ...
] |> Native.render()

ヘッダは毎秒描き直していますが、コマンド列を組み立てるのは Elixir、ラスタライズは NIF なので 128MiB/454MHz でも余裕です。「デモ」タブのスプライト 50 個アニメーションは NIF 側スレッドで 11～21fps。

4. ネットワーク: USB ホスト化して有線 + WiFi + BLE

Brain の USB は OTG。OTG ケーブル + セルフパワーハブに、有線 LAN(AX88179)・WiFi(UWF-1 = AR9271/ath9k_htc)・BLE(ELECOM LBT-UAN06C2 = RTL8761BU)を挿しています。

• 有線: udhcpc + 自前 wired.script(busybox の default.script は route applet が無くてハングした)
• WiFi: wpa_supplicant(nl80211)+ udhcpc。/etc/wpa_supplicant.conf の実 PSK は git に入れず、Nerves の scrub 後に post-build で母艦ローカルから入れる
• 経路: 有線 metric 0 / WiFi metric 20 で両方張り、NTP は ntpd -q

BLE は BlueZ を使わず、Erlang の :socket で AF_BLUETOOTH の HCI USER チャネルを直接開いて HCI コマンドを叩いています。

{:ok, sock} = :socket.open(31, :raw, 1)                 # AF_BLUETOOTH, BTPROTO_HCI
:socket.bind(sock, %{family: 31, addr: <<0::16, 1::16>>}) # hci0, HCI_CHANNEL_USER
hci(sock, 0x03, 0x0c, <<>>)             # Reset
hci(sock, 0x01, 0x0c, all_ones)         # Set Event Mask     ← これを忘れると広告が一切来ない
hci(sock, 0x01, 0x20, all_ones)         # LE Set Event Mask
hci(sock, 0x0b, 0x20, <<1, 0x10, 0, 0x10, 0, 0, 0>>)  # アクティブスキャン
hci(sock, 0x0c, 0x20, <<1, 0>>)         # Scan Enable

SwitchBot の広告(Service Data 0xFD3D + Manufacturer 0x0969)をデコードして、温湿度計 3 台・気圧計・開閉・人感をカードで表示:

5. 音: 内蔵は諦めて USB、その先に Bluetooth

5-1. 内蔵スピーカーは鳴らせなかった

DTS には SGTL5000 コーデックがあることになっていますが実機の I²C にはおらず(EVK 由来の宣言)、代わりに 0x1a に正体不明の I²C デバイスがいます。PWM ブザーも、ドライバ(pwm-beeper)まで完璧に動くのに基板配線が届いていないらしく無音。ロジアナも回路図も無いので、ここは保留にして USB オーディオに切り替えました(調査記録はリポジトリの docs/ に)。

5-2. USB オーディオ + tinyalsa

GeneralPlus の 1,000 円くらいの USB サウンドアダプタ(UAC、S16_LE/2ch 固定)を tinyalsa(tinyplay)で鳴らします。alsa-lib より小さく設定ファイル不要。モノラル WAV は 2ch 固定のアダプタで開けないので、Elixir 側で L/R 複製してステレオ化しています。

音声は実機で TTS を回さず、Open JTalk(Mei ボイス)で母艦で事前合成した WAV を連結再生:

• 時報: 「ただいま、N時」「M分です」の 84 本を組み合わせ
• A〜Z: 押したキーを「えー」「びー」…と読む 26 本
  

5-3. Bluetooth スピーカー(A2DP)へ

買ってきた BT スピーカーが受信専用(当然)だったので、BLE 用の RTL8761BU ドングルで BlueZ 5.79 + BlueALSA 4.3.1 の A2DP ソースを立てました。Buildroot に dbus, bluez5_utils, bluez-alsa, alsa-utils を追加し、erlinit 配下で

dbus-daemon --config-file=/etc/dbus-1/brain-system.conf   # root で動く最小 system bus
bluetoothd -n --noplugin=sap,hostname,autopair             # main.conf: AutoEnable, bredr
bluealsa -p a2dp-source --keep-alive=120

を起動。ペアリング〜接続は Elixir から bluetoothctl を非対話で叩き(--timeout 8 scan on → pair → trust → connect)、bluealsa-cli list-pcms に A2DP PCM が出たら再生可、と判定します。再生は aplay -D bluealsa:DEV=<MAC>,PROFILE=a2dp。

ここで一番ハマったのがタッチ音(70ms)です。A2DP はストリーム開始時にスピーカー側で約 1 秒の立ち上がり無音があり、1 音ごとに aplay を起動する方式では短い音が丸ごと消えます(0.5 秒間隔で 8 連打 → 6 回しか聞こえない)。解決策は aplay を常駐ポートにして「ほぼ無音」を流し続け、効果音をその流れに混ぜること:

# 80ms ごとに、壁時計 + 260ms 先まで PCM を書く。待ち行列に音があればそれ、無ければ keep-alive 信号
def handle_info(:bt_tick, %{bt: bt, lead_ms: lead} = state) do
  need_ms = now_ms() - bt.t0 + lead - bt.written_ms
  ...
  {chunk, rest} = take_pcm(bt.pending, w_ms * @bt_bytes_per_ms)
  Port.command(bt.port, chunk)

「ほぼ無音」はデジタル 0 ではなく 25Hz・-49dBFS の正弦波 + ±2LSB ディザ(スピーカーの無音検出ミュートを外す)。デモ画面(NIF が CPU を占有)中は先行量を 1 秒に増やしてアンダーランを防ぎ、aplay には --start-delay を明示(既定の「バッファ満杯まで待つ」だと 1.3 秒の遅延が常時乗る)。CPU は常時 25% ほど食いますが、タッチから 0.5 秒程度で確実に鳴るようになりました。

同じドングルで BLE 受信と BT 音声は排他(bluetoothd が hci0 を掴むと USER チャネルは取れない)なので、機体ごとに /root/bt_speaker.conf の有無でモードを切り替えています。両立したければドングル 2 本。

6. 時計: Brain の RTC は「2000 年起点の JST」

Linux 側は起動すると 1970 年で、NTP が来るまで時刻が無い。一方 Brain 純正ファームの時計は主電池が持つ限り保持される……ので調べたら、i.MX28 内蔵 RTC(HW_RTC_SECONDS @0x80056030)を、純正ファームが「2000-01-01 起点の秒・ローカル時刻(JST)」として使っていることが分かりました。Linux の rtc-stmp3xxx ドライバは 1970 起点 UTC 前提なので、brain-hackers の DTS では RTC ノードが disabled になっています(そのまま有効化すると 30 年ずれる)。

ドライバは触らず、ユーザ空間でレジスタを直接読み書き:

• 起動 5 秒(enable_net): devmem 0x80056030 → date -s(オフラインでも即・正時刻)
• Erlang(BrainClock): NTP 後に Linux → RTC を書き戻す(NEW_REGS が 0 のときだけ、PERSISTENT レジスタは触らない)

これで Brain 純正ファームに戻しても時計が合っている状態になりました(電池が切れても LAN に繋げば直る)。

7. ハマったこと(抜粋)

事象	原因	対処
起動後 30 秒以上タッチが効かない	:ssh の user_passwords が PBKDF2 を回し、ARMv5 で 35 秒 CPU を占有	pwdfun に置き換え
busybox で chmod/head/awk/route/wc が無い	Nerves のシェルは最小 applet	絶対パス・File.chmod!・自前 udhcpc スクリプト
BLE 広告が 1 件も来ない	Set Event Mask / LE Set Event Mask を送っていなかった	上記 §4
BLE ドングルを挿すと WiFi が切れる	OTG ケーブル/ハブの給電	セルフパワーハブ + 別ケーブル
UWF-1(AR9271)が USB ハング	ハブ経由で Full-Speed 接続になり HS 前提のディスクリプタと不整合	ポート・ハブ構成を変更
tinyalsa でモノラル WAV が無音	UAC アダプタが 2ch 固定	再生時にステレオ化
dbus-daemon が起動しない	設定 XML のコメント内に --(--config-file と書いていた)	コメント修正。ソケットも /run/dbus(Nerves は /var/run→/run の symlink なし)
buildroot が host-libxcrypt で止まる	母艦 perl に core の open.pm が無い(最小インストール)	dnf install perl-open
実機で 500KB のバイナリを Elixir の binary comprehension で舐めたら固まった	eval_bits がインタプリタ実行	母艦へ持ち帰って strings/cmp
電源 OFF ボタンで再起動してしまう	5V 給電中は i.MX28 のシリコン仕様で電源断維持不可	仕様として案内表示
バックライトを消したい	制御線が LCD 電源と一体、GPIO を触るとパネルが白飛び	諦め(純正は 5 段階調光できるので経路はあるはず。調査中)

8. 開発サイクル

SD を抜き差しせずに回せるのが快適でした。

MIX_ENV=prod mix compile                       # 母艦でクロス(beam は機種非依存)
sftp user@192.168.1.42 <<< "put _build/prod/lib/hello_kiosk_brain/ebin/Elixir.HelloKioskBrain.Kiosk.beam /srv/erlang/lib/hello_kiosk_brain-0.1.0/ebin/"
ssh user@192.168.1.42 ':code.purge(HelloKioskBrain.Kiosk); :code.load_file(HelloKioskBrain.Kiosk)'
./scripts/screenshot.sh                        # /dev/fb0 をダンプして PNG に

SSH は「Elixir 式をそのまま評価する」exec 専用にしていて、ssh user@brain 'HelloKioskBrain.BrainClock.read_rtc()' のように使えます(対話シェルは持たない。日本語や改行を式に含めるとパーサに蹴られるので ASCII で)。

システム側の変更(Buildroot)は rootfs_overlay/ と nerves_defconfig に集約し、素の buildroot ビルドから同じ rootfs が再現できることを確認しています。稼働中の機体には sftp で beam・スクリプト・ライブラリを送って /sbin/reboot(erlinit は --run-on-exit /bin/sh なので VM 停止では再起動しない)。

9. まとめ

• ARMv5・128MiB でも Nerves は動く。ただし「実機で重いことはしない」(クロスビルド、事前合成、描画は NIF)を徹底
• 起動時処理は erlinit --pre-run-exec の自前スクリプトに集約し、必ずバックグラウンド化
• USB ホスト化で有線/WiFi/BLE、USB オーディオ、BT スピーカーと「外付け」で機能を足していける
• 純正ファームの流儀(RTC の起点、機種別起動ファイル)を読み解くと、Nerves 側から素直に共存できる
• できなかったこと(内蔵音声・ブザー・バックライト)は「なぜできないか」まで docs/ に残した

動かしてみたい方は nerves_system_brain の examples/hello_kiosk から。同じ Brain を持っている方、あるいは別の「Nerves 非対応ボード」に挑む方の参考になれば嬉しいです。

参考

• brain-hackers — Brainux(カーネル・U-Boot・DTB・buildbrain)
• Nerves Project / nerves_system_br
• LovyanGFX
• BlueALSA
• Open JTalk / Mei ボイス(MMDAgent、CC BY 3.0)