Raspberry Piのメモ

解説文書

Raspberry Pi Documentation

Raspberry Pi OSをセットするときのメモ

以下Scientific LinuxをSLと書く。CentOSでもSLと同様のコマンドが使える。

用意するもの

Raspberry Pi本体
ACアダプタ
マイクロSDカード
マイクロSDカードにデータを書けるPC

デスクトップ環境でいろいろやりたい場合

コネクタがHDMIなディスプレイ
USBキーボード
USBマウス

シリアルコンソールを使うとき

TTL-232R-3V3 のような3.3Vで使えるUSBシリアル変換ケーブル
- たとえば http://akizukidenshi.com/catalog/g/gM-05840/ で買えます

SDイメージのダウンロード、書き込み

Raspberry Pi OSあるいはRaspberry Pi OS Liteのイメージをダウンロードする。

Raspberry Pi OS (2020年5月にRaspbianからRaspberry Pi OSに改名された)

マスターサイト: https://www.raspberrypi.org/downloads/raspberry-pi-os/
国内ミラー (armhf、32bit): http://ftp.jaist.ac.jp/pub/raspberrypi/raspios_armhf/
- デスクトップありイメージ (armhf): http://ftp.jaist.ac.jp/pub/raspberrypi/raspios_full_armhf/images/
- デスクトップなしイメージ (armhf): http://ftp.jaist.ac.jp/pub/raspberrypi/raspios_lite_armhf/images/
国内ミラー (arm64、64bit): http://ftp.jaist.ac.jp/pub/raspberrypi/raspios_arm64/
- デスクトップありイメージ (arm64): http://ftp.jaist.ac.jp/pub/raspberrypi/raspios_full_arm64/images/
- デスクトップなしイメージ (arm64): http://ftp.jaist.ac.jp/pub/raspberrypi/raspios_lite_arm64/images/

64bitが使えるのはRaspberry Pi 3から。Wireless LANもRaspberry Pi 3から付いている。

日付が新しいzipファイルをダウンロードし展開して、SDカードにddコマンドで書く。 SDカードのデバイスファイルはSL 7ではlsblk -Sコマンドでわかる。

ddコマンドは

(Linux) sudo dd bs=4M if=2017-09-07-raspbian-stretch.img of=/dev/sdX oflag=direct conv=fsync
(MacOS) sudo dd bs=1m if=2017-09-07-raspbian-stretch.img of=/dev/rdiskX conv=sync

のようにconv=のオプションを付けておく。Linuxではoflag=directを付けておくことでメモリキャッシュをバイパスしstatus=progressを付けたときの表示が体感にあうようになる。

Linuxのddコマンドを使うときにはstatus=progessを付けておくと進行状況がわかる:

1526726656 bytes (1.5 GB, 1.4 GiB) copied, 67 s, 22.8 MB/s

書き終わりまでの残り時間(の推定値)も表示したい場合はpvコマンドを併用する:

pv lite-image.img | dd of=/dev/sdg bs=1M iflag=fullblock oflag=direct

デフォルトユーザーとパスワード

2022-04のアップデートでRaspberry Pi OS Bullseysでは piデフォルトユーザーとデフォルトパスワードが付かなくなった。 https://www.raspberrypi.com/news/raspberry-pi-bullseye-update-april-2022/ https://akkiesoft.hatenablog.jp/entry/20220409/1649471075 (Raspberry Pi OS Busterではたとえば2023-05-03-raspios-buster-armhf-lite.img でも依然としてpiユーザーが登録されている)。

最初の起動でユーザー名とパスワードを登録する画面がでるらしい。画面なしに起動する場合は Raspberry Pi Imager toolを使うときはsettingsボタンをおして、 Advanced Optionsメニューからユーザー名とパスワードを登録する。 Raspberry Pi Imager toolを使わないときは、 SDカード上のブートパーティション (ふたつできるパーティションのうち小さいほう。FATになっている) をマウントし、 userconfあるいはuserconf.txtファイルを作ってそのなかに username:encrpyted_password を書いておく。encrypted_passwordはopensslを使って

echo 'mypassword' | openssl passwd -6 -stdin

で作ることができる。

環境変数USERのユーザーがログインできるようにするには sudoを実行したユーザー名が環境変数SUDO_USERにはいっているのを利用して

(echo -n "${SUDO_USER}:"; echo 'mypassword' | openssl passwd -6 -stdin) > /mnt/userconf.txt

sshdの起動

デフォルトではsshdは起動しないようになっている。最初の起動時からsshdでアクセスしたい場合はブートパーティション (ふたつできるパーティションのうち小さいほう。FATになっている) にsshという名前の空のファイルを作っておく。SDカードデバイスが /dev/sdeだとすると

mount /dev/sde1 /mnt
touch /mnt/ssh

初回起動時のファイルシステム拡張

初回起動時に自動でファイルシステムが拡張されるが、拡張されないようにするには ddでイメージを書いたあと /boot パーティションをマウントし、cmdline.txt:

dwc_otg.lpm_enable=0 console=serial0,115200 console=tty1 root=PARTUUID=a8fe70f4-02 rootfstype=ext4 elevator=deadline fsck.repair=yes rootwait quiet init=/usr/lib/raspi-config/init_resize.sh

から init=/usr/lib/raspi-config/init_resize.sh を削除しておく。 https://raspberrypi.stackexchange.com/questions/56621/temporarily-disable-expand-filesystem-during-first-boot

あるいは cmdline.txtにinit=/usr/lib/raspi-config/init_resize.sh の記述がない場合には(たとえばネットワークブートのためにすでに起動している SDカードからファイルをぬきだした場合など)、 /etc/init.d/resize2fs_onceファイルを消す。

起動

初回起動時には、自動でSDカード上のファイルシステムが拡張される。拡張終了後、自動でリブートする。

配布イメージを書いたらSDカードにイメージを書いたときに作ったユーザー名でログインする。

起動後のあれこれ

パスワードの変更

ログイン後、passwdコマンドでパスワードを変更する。

キーボード

キーボードの設定はデフォルトでUKキーボードになっている(ユーロ記号などが入力できるようになっている)。日本語キーボード、US英語キーボードだとキーアサインが違うので設定しなおす。設定しなおすには

root# export LANG=C.UTF-8
root# raspi-config

とする。LANG=C.UTF-8にすることで以下の選択メニューで "Generic 105-key (Intl) PC"と表示されるようになる(デフォルトではアクサン付きの文字が表示される）。 Localisationからキーボードの設定を選ぶ。リブートは必要ない。

４ Localisation Options
I3 Change Keyboard Layout
Generic 105-key (Intl) PC
Other
English (US)
English (US) (sic)
The Default for the keyboard layout
No composite key

locale、timezoneのセット

デフォルトではen_GB.UTF-8だけが定義されている。 sudo raspi-configコマンドで 4. Localisation Options -> I1 Change Localeで en_US.UTF-8, ja_JP.UTF-8 も追加しておく。デフォルトを変更するダイアログがでるので適当によいものを選択する。C.UTF-8というのが一番無難か? リブート後に有効化される。

タイムゾーンはsudo raspi-configの 4. Localisation Options → I2 Change Timezone → Asia → Tokyo で日本時間にセットされる。リブートなしで有効になる。

ユーザー登録、piユーザーの無効化

新規ユーザーを登録。sudoグループに追加しておくとsudoでroot権限がとれる。

groupadd -g 5001 usergroup
useradd -m -u 5001 -g 5001 -s /bin/bash -G sudo username
passwd username

必要ならrootパスワードを付ける:

passwd root

piユーザーを無効化する:

usermod -L pi

これで/etc/shadowのパスワードハッシュの先頭に "!" が入って無効化される。再び有効化するにはusermod -U pi。

ssh server

bootパーティションにsshというファイルを作っていなかったときに sshdを起動するように設定するには、モニター、キーボードを(デスクトップ環境ありを選択した場合はマウスも)接続してログインするか、あるいはシリアルコンソールからログインし次のコマンドを実行する。

sudo systemctl start ssh
sudo systemctl enable ssh (リブート後に自動起動)

static IPアドレス

Debian 11 (bullseysおよびそれ以前)

static IPアドレスを付ける場合は/etc/dhcpcd.confを編集する。デフォルトルーター無し、dns lookup無しなら下のように2行有効にすればよい。

interface eth0
static ip_address=192.168.0.20/24
#static ip6_address=fd51:42f8:caae:d92e::ff/64
#static routers=192.168.0.1
#static domain_name_servers=192.168.0.1 8.8.8.8 fd51:42f8:caae:d92e::1

Debian 12 (bookworm以降)

NetworkManagerで設定する。nmtuiがあるので端末エミュレータからも GUIで設定できる。

ホスト名の設定

/etc/hostnameを編集する。また可能なら /etc/hostsの127...*以外に割り当てるIPアドレス、自分のホスト名を書いておく。書いておかないとsshでアクセスしたときに妙に待たされたり、sudoでrootになるときに妙に待たされたりする。 /etc/hostの例:

127.0.0.1       localhost
::1             localhost ip6-localhost ip6-loopback
ff02::1         ip6-allnodes
ff02::2         ip6-allrouters

127.0.1.1       my-host-exp0
192.168.10.123  my-host-exp0

NTPの設定

ntpパッケージは入っていないが、かわりにsystemd-timesyncdを使ってsntpで時刻同期が可能。 ntpサーバーは/etc/systemd/timesyncd.confで設定する。

[Time]
NTP=192.168.1.254
FallbackNTP=0.debian.pool.ntp.org 1.debian.pool.ntp.org 2.debian.pool.ntp.org 3.debian.pool.ntp.org

ソフトウェアパッケージのアップデート

apt-getコマンドを使ってソフトウェアのアップデートを行う。間にProxyが入るときはhttp_proxy環境変数を設定しておく (デフォルトではsudoはsudoする前の環境変数をすべて引き継ぐわけではないのでrootになってからhttp_proxy環境変数を設定する必要がある)。リポジトリサーバーへの名前解決はproxyサーバーで行うので Raspberry Pi側では名前解決できなくてもよい。 (https_proxy=はついで。https proxyサーバーはport 80でよい)

export http_proxy='http://proxy.server:80/'
export https_proxy=$http_proxy 
apt-get update
apt-get upgrade

ProxyサーバーとしてはApache httpdが使える。SL7/CentOS7ではhttpdパッケージが入っていれば、設定するだけで使える状態になっている。設定はたとえば /etc/httpd/conf.d/proxy.confに以下のように書いてsystemctl restart httpdする。 SELinuxが有効な場合は setsebool -P httpd_can_network_connect on が必要。

ProxyRequests On
ProxyVia On
<Proxy *>
    Order deny,allow
    Deny from all
    Allow from 192.168.10
</Proxy>

デスクトップで起動するのをやめる、piユーザーの自動ログインをやめる

sudo raspi-configコマンドの 3 Boot Options → B1 Desktop /CLIのうちから適切なものを選択する。以下のものが選択可能である。

B1 Console Text console, requiring user login
B2 Console Autologin Text console, automatically logged in as 'pi'
B3 Desktop Desktop GUI, requiring user login
B4 Desktop Autologin Desktop GUI, automatically logged in as 'pi' user

デスクトップの端末エミュレータでctrlとcapslockを交換する

/etc/default/keyboardで

XKBOPTIONS="ctrl:swapcaps"

と変更してリブートする。

text consoleを選んだあとsplash screenを止める

sudo raspi-configコマンドの 3 Boot Options → B1 Desktop /CLI → B3 splash screen Choose graphical splash screen or text bootで noを選択する。

あるいは/boot/cmdline.txtからsplash quietの2単語を取り除く。

タイムゾーンの設定

sudo raspi-configで設定するほかtimedatectlでも設定できる。

timedatectl set-timezone Asia/Tokyo

IPv6を無効化

IPv6を無効化するには/etc/sysctl.d/local.confファイルを作って

net.ipv6.conf.all.disable_ipv6 = 1

と書き、リブートする。リブート後 ip aコマンドでみる。

シリアルからログインする

sudo raspi-configを起動して、5 Interface Options → P6 Serial Enable/Disable shell and kernel messages on the serial connection を選択し、Yesで有効化する。リブートが必要。これでやるのが確実だがたぶん中身は

/boot/config.txt
[all]
enable_uart=1 (これを追加)

/boot/cmdline.txt
console=serial0,115200 console=tty1
のうち最初のconsole=serial0,115200が追加される

と変更される(ような気がする)。 /boot/cmdline.txtの先頭部分は配布されているimgファイルではすでに

console=serial0,115200 console=tty1 root=PARTUUID=XXXXXXXX-YY (以下略)

となっているので/boot/config.txtに追加することのみが必要。 systemdの起動状態をシリアルにだすにはPCのLinuxと同様あとから指定された console=がコンソールになるので

console=tty1 console=serial0,115200 (以下略)

としておく。

ハードウェア接続は写真のように接続。受信側ではcu, kermit, screenなどを使って115200 bpsで接続する。rootでログイン可能。

ピンアサイン
ボードの外側のピン USBコネクタがない側から  TTL-232R-3V3
3番目 (Ground) ---------------------------  黒
4番目 (TXD 0)  (3.3V) --------------------  オレンジ
5番目 (RXD 0)  (3.3V) --------------------  黄色

bootcode.binでearly stage UART (Pre Raspberry Pi 4B)

Raspberry Piハードウェア解説文書に RPi 4B以前のRPiでearly stage UARTを有効にする方法が書いてある。

strings bootcode.bin | grep BOOT_UART
BOOT_UART=0

となることを確認して、bootcode.binをsedで(!)書き換える:

sed -i -e "s/BOOT_UART=0/BOOT_UART=1/" bootcode.bin

出力例

RPi 4Bの場合はfirmwareがEEPROMに載っているのでEEPROM上の設定ファイルを書き換える。 RasPi4-Bootloaderを参照。

Swap 領域を増やす

swap は/var/swap にファイルとして確保されている。デフォルトでは 100MB確保されている。増やすには、/etc/dphys-swapfile の CONF_SWAPSIZE= のコメントアウトを外し、サイズを指定する。単位はMB。変更後リブートする。

カーネルコンパイル時に使われたconfigの取得

sudo modprobe configs

とすると/proc/config.gzが出現する。

クロスコンパイル入門

コンパイラの準備

https://www.raspberrypi.org/documentation/linux/kernel/building.md にしたがって作業。

git clone https://github.com/raspberrypi/tools ~/tools
~/tools/arm-bcm2708/gcc-linaro-arm-linux-gnueabihf-raspbian/bin をpathに追加

kernelコンパイル

外部ライブラリが必要ないという意味で最初にやってみる。

kernelソースの取得

git clone --depth=1 https://github.com/raspberrypi/linux

config作成

cd linux
KERNEL=kernel7
make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- bcm2709_defconfig

コンパイル

make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- zImage modules dtbs

gzipのクロスコンパイル

./configure; make 物件の練習。まずは追加ライブラリが必要なさそうなgzip。 pathを設定したあと

% ./configure --host=x86_64-redhat-linux
% make
(arm-linux-gnueabihf-gccがコンパイルドライバとして使われる)
% file gzip
gzip: ELF 32-bit LSB shared object, ARM, EABI5 version 1 (SYSV),
dynamically linked, interpreter /lib/ld-linux-armhf.so.3,
for GNU/Linux 3.2.0,
BuildID[sha1]=7783a41594057b9b1098e411cd5b9b2926c1b857, not stripped

Debian上でのクロスコンパイル

ライブラリの準備などはDebian Multiarchの機能を使ったほうがべんりそうだ。別ページ

カーネルCONFIG_HZ

bullseysベースのカーネルだとCONFIG_HZ=250になっていることに気がついた。 busterだと 2023-05-03-raspios-buster-armhf-lite.img (32bit)でカーネルバージョンが 5.10.103-v7+ のものは以前と同様CONFIG_HZ=100であった。

cgroup

bookwormではmemory以外のcgroupは有効になっている。memoryも有効にするには /boot/firmware/cmdline.txtに

cgroup_enable=memory cgroup_memory=1

を追加する。追加した結果

console=serial0,115200 console=tty1 root=PARTUUID=XXXXXXXX-YY rootfstype=ext4 fsck.repair=yes rootwait cgroup_enable=memory cgroup_memory=1

となる。有効になったかどうかはcat /proc/cgroupsでわかる:

% cat /proc/cgroups
#subsys_name	hierarchy	num_cgroups	enabled
cpuset	0	80	1
cpu	0	80	1
cpuacct	0	80	1
blkio	0	80	1
memory	0	80	1
devices	0	80	1
freezer	0	80	1
net_cls	0	80	1
perf_event	0	80	1
net_prio	0	80	1
pids	0	80	1

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キーボード

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ユーザー登録、piユーザーの無効化

ssh server

static IPアドレス

Debian 11 (bullseysおよびそれ以前)

Debian 12 (bookworm以降)

ホスト名の設定

NTPの設定

ソフトウェアパッケージのアップデート

デスクトップで起動するのをやめる、piユーザーの自動ログインをやめる

デスクトップの端末エミュレータでctrlとcapslockを交換する

text consoleを選んだあとsplash screenを止める

タイムゾーンの設定

IPv6を無効化

シリアルからログインする

bootcode.binでearly stage UART (Pre Raspberry Pi 4B)

Swap 領域を増やす

カーネルコンパイル時に使われたconfigの取得

クロスコンパイル入門

コンパイラの準備

kernelコンパイル

gzipのクロスコンパイル

Debian上でのクロスコンパイル

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cgroup

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