SPI通信が使える環境がないか探していて、Raspberry Pi なら 40pin ヘッダに出ていて直接使えるのでこれで何かモジュールを繋げば通信できそうということで試してみます。
Raspbian 環境なら手順がいろいろ書かれているので、ここでは敢えて mainline kernel 環境で SPI を有効にしてみることにします。SPI はシリアル通信の一つでI2Cと同様に周辺デバイスのアクセス手段として利用されています。
SPI 通信の動作を確認するため、対向デバイスとして温度センサモジュールを接続して温度を取得してみることにします。温度センサは ADT7310 を使いますが、モジュール化された “MDK001” が便利です。
Raspberry Pi 3 を入手して間もないですが、海外通販にて Pi Zero W を入手しました。PIROMONI にて注文掛けていたのですが6日で無事到着しました。Anniversary 期間に間に合ったので ￡10 で入手でき(通常は ￡12)、せっかくなので Pibow ケースや Speaker pHAT も追加しました。送料は ￡5.5 です。
SoC は RPi 無印と同じ BCM2835 で ARM1176 コア、RAMは 512MB の Elpida チップが SoC 上にボンディングされています。外部端子は micro USB(OTG)、mini HDMI、micro SD カード、GPIO ピン、と RPi の互換を保ちながら最小構成でできています。Pi Zero W ではさらに Wi-Fi と Bluetooth が内蔵されています。
U-boot を Raspberry Pi 3 に導入して、ビルドした mainline Linux kernel を起動してみました。Raspberry Pi は 既存の bootloader が提供されているので、SDカードの FATパーティションに kernel image を置けば起動するのですが、ビルドした kernel を直接投入するには network 経由で起動したくなるものです。
U-boot を clone してビルドします。
$ git clone git://git.denx.de/u-boot.git $ cd u-boot $ make ARCH=arm64 CROSS_COMPILE=aarch64-linux-gnu- CONFIG_EFI=y rpi_3_defconfig $ make ARCH=arm64 CROSS_COMPILE=aarch64-linux-gnu- $ cd -
Linux kernel を clone してビルドします。
$ git clone git://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git/torvalds/linux.git $ cd linux $ make ARCH=arm64 CROSS_COMPILE=aarch64-linux-gnu- defconfig $ make ARCH=arm64 CROSS_COMPILE=aarch64-linux-gnu- Image dtbs $ cd -
tftp サーバを用意します。手順は省略しますが、ここではサーバディレクトリを /tftpboot とします。kernel image と devicetree を tftp サーバへコピーします。
$ cp linux/arch/arm64/boot/Image /tftpboot/ $ cp linux/arch/arm64/boot/dts/broadcom/bcm2837-rpi-3-b.dtb /tftpboot/
ここでは Linaro が提供する rootfs image を取得して tftp サーバへコピーします。取得する image は initramfs の uboot で読める形式で、armv8 のものを選択します。
$ wget http://releases.linaro.org/openembedded/images/minimal-initramfs-armv8/latest/linaro-image-minimal-initramfs-genericarmv8-20170127-888.rootfs.cpio.gz.u-boot $ cp linaro-image-minimal-initramfs-genericarmv8-20170127-888.rootfs.cpio.gz.u-boot /tftpboot/rootfs.cpio.gz.u-boot
SD カードを host PC に接続し、パーティションを作成して FAT でフォーマットしマウントします。フォーマットまでは Windows で用意してもよいです。ここでは SD カードは /dev/sdX で認識されたものとしますが、dmesg などで確認して間違えないように注意してください。
※ パーティション分割やフォーマットについての詳細は他の解説にお任せします。情報は Web で探すと出てくると思います…。
$ sudo fdisk /dev/sdX ... (パーティションを作成) ... $ sudo mkfs.vfat -v -c -F 32 /dev/sdX1 $ sudo mount -t vfat /dev/sdX1 /mnt
github で提供されている firmware を clone して SD カードにコピーします。
$ git clone git://github.com/raspberrypi/firmware $ cp -a firmware/boot/* /mnt/
u-boot image をSDカードにコピーし、boot 設定ファイルを作成します。
詳しくは RPiconfig にいろいろ解説があります。
$ cp u-boot.bin /mnt/ $ cat > config.txt <<EOF arm_control=0x200 enable_uart=1 kernel=u-boot.bin EOF
マウントを解除して SDカードを PC から外し、Raspberry Pi 3 本体に挿入します。
$ sync $ sudo umount /mnt
console は Serial を使うため、GPIO 端子から 接続する必要があります。今回は手持ちの FTDI chip 搭載の TTL-232r-3v3 を使用しました。Raspberry Pi 初代でも使っていた USB-Serial 変換ケーブルです。直接接続できないので、GPIO 端子を 40pin リボンケーブル(余っていた IDE ケーブル！) を介しています。
※ Raspberry Pi 3 の接続端子の詳細は他の解説にお任せします。情報は Web で探すと出てくると思います…。
また、Ethernet ケーブルで host PC との接続も行っておきます。当たり前ですが、ストレートケーブルは直結できないのでローカル LAN などに接続することになりますので、ローカル LAN の IP アドレス情報は知っておく必要があります。
電源を入れると serial に U-boot のログが出ます。一旦キーを押して止めます。
U-Boot 2017.07-00001-g13e3ef2 (Aug 13 2017 - 23:46:40 +0900)
DRAM: 944 MiB
RPI 3 Model B (0xa32082)
MMC: sdhci@7e300000: 0
reading uboot.env
In: serial
Out: vidconsole
Err: vidconsole
Net: No ethernet found.
starting USB...
USB0: Core Release: 2.80a
scanning bus 0 for devices... 3 USB Device(s) found
scanning usb for storage devices... 0 Storage Device(s) found
Hit any key to stop autoboot: 0
U-Boot>
ネットワークの設定を行います。ipaddr に target(Raspberry Pi 3) の IP アドレス、serverip に tftp サーバを立ち上げた host PC の IP アドレスを指定します。以下は手元で行った例ですので、自分の環境に合わせて設定します。
U-boot> setenv ipaddr 192.168.1.200 # target(RPi3) の IP アドレス U-boot> setenv serverip 192.168.1.135 # tftp サーバの IP アドレス U-boot> setenv bootargs root=/dev/ram0 rw console=ttyS1,115200
tftp で kernel image、devicetree、rootfs image をメモリへ転送し、kernel を起動します。
U-Boot> tftp 0x80000 Image U-Boot> tftp 0x08000000 bcm2837-rpi-3-b.dtb U-Boot> tftp 0x08008000 rootfs.cpio.gz.u-boot U-Boot> booti 0x80000 0x08008000 0x08000000
以下のように起動が確認できました。
Starting kernel ... [ 0.000000] Booting Linux on physical CPU 0x0 [ 0.000000] Linux version 4.13.0-rc4 (kunih@ubuntu) (gcc version 6.3.1 20170404 (Linaro GCC 6.3-2017.05)) #1 SMP PREEMPT Fri Aug 11 11:06:59 JST 2017 [ 0.000000] Boot CPU: AArch64 Processor [410fd034] [ 0.000000] Machine model: Raspberry Pi 3 Model B ... [ 2.229403] Freeing unused kernel memory: 1088K linaro-test [rc=0]#
Raspberry Pi の Ethernet Host は USB で接続されているようですが、現時点での kernel では USB(dwc2) の DMA に問題がありエラーで認識しませんでした。contribute が少ないためか device の mainline への対応はまだまだのようです。
以前 Raspberri Pi を15か月も待って購入したのですが、なかなかいじる時間がなく、他にも放置してるガジェットがあるので Raspberri Pi 3はいいかなと思ってたのですが、手元に最新環境が扱えるプラットフォームがないのもいまいちなので、遅ればせながら共立電子で購入しました。AC アダプタは定格以上のものを用意しないと不安定になるとのことで、お店推奨の 5V/4A の変換コネクタつきを購入しています。
内蔵のeMMC に書き込みが必要なボードが多い中、micro SDカードで直接立ち上がるのはいろいろ便利です。