本章では、Armadillo-IoT ゲートウェイ A6 のソフトウェアをカスタマイズする方法などについて説明します。
Device Treeとは、ハードウェア情報を記述したデータ構造体です。ハードウェアの差分をDevice Treeに記述することによって、1つのLinuxカーネルイメージを複数のハードウェアで利用することができるようになります。
Device Treeに対応しているメリットの1つは、ハードウェアの変更に対するソフトウェアの変更が容易になることです。例えば、サブユニット CON3(拡張インターフェース) に接続する拡張基板を作成した場合、主にC言語で記述されたLinuxカーネルのソースコードを変更する必要はなく、やりたいことをより直感的に記述できるDTS(Device Tree Source)の変更で対応できます。
ただし、Device Treeは「データ構造体」であるため、ハードウェアの制御方法などの「処理」を記述することができない点に注意してください。Device Treeには、CPUアーキテクチャ、RAMの容量、各種デバイスのベースアドレスや割り込み番号などのハードウェアの構成情報のみが記述されます。
Device Treeのより詳細な情報については、Linuxカーネルのソースコードに含まれているドキュメント(Documentation/devicetree/)、devicetree.orgで公開されている「Device Tree Specification」を参照してください。
Linuxカーネルのソースコードに含まれている初期出荷状態でのDTS、及び関連するファイルを次に示します。
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初期出荷状態でのDTS、及び関連するファイル
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arch/arm/boot/dts/armadillo-640.dts
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arch/arm/boot/dts/armadillo-iotg-a6.dts
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arch/arm/boot/dts/imx6ull.dtsi
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arch/arm/boot/dts/imx6ul.dtsi
コンフィギュレーションを変更してLinuxカーネルイメージをカスタマイズする方法を説明します。
Linuxカーネルアーカイブの展開
Linuxカーネルのソースコードアーカイブを準備し、Linuxカーネルのソースコードアーカイブを展開します。
[ATDE ~]$ ls
initramfs_a600-[version].cpio.gz linux-v4.14-at[version].tar.gz
[ATDE ~]$ tar xf linux-v4.14-at[version].tar.gz
[ATDE ~]$ ls
initramfs_a600-[version].cpio.gz linux-v4.14-at[version] linux-v4.14-at[version].tar.gz
initramfs アーカイブへのシンボリックリンク作成
Linux カーネルディレクトリに移動して、initramfs アーカイブへのシンボリックリンクを作成します。
[ATDE ~]$ cd linux-v4.14-at[version]
[ATDE ~/linux-v4.14-at[version]]$ ln -s ../initramfs_a600-[version].cpio.gz initramfs_a600.cpio.gz
コンフィギュレーション
コンフィギュレーションをします。
[ATDE ~/linux-v4.14-at[version]]$ make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- armadillo-iotg-a6_defconfig
[ATDE ~/linux-v4.14-at[version]]$ make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- menuconfig
![[警告]](images/warning.png) | |
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Linux カーネルのバージョンが at42以前の場合は、「armadillo-640_defconfig」を指定する必要があります。 |
カーネルコンフィギュレーションの変更
カーネルコンフィギュレーションを変更後、"Exit"を選択して「Do you wish to save your new kernel configuration ? <ESC><ESC> to continue.」で"Yes"とし、カーネルコンフィギュレーションを確定します。
.config - Linux/arm 4.14-at1 Kernel Configuration
------------------------------------------------------------------------------
----------------- Linux/arm 4.14-at1 Kernel Configuration -----------------
Arrow keys navigate the menu. <Enter> selects submenus ---> (or empty
submenus ----). Highlighted letters are hotkeys. Pressing <Y>
includes, <N> excludes, <M> modularizes features. Press <Esc><Esc> to
exit, <?> for Help, </> for Search. Legend: [*] built-in [ ]
-----------------------------------------------------------------------
General setup --->
[ ] Enable loadable module support ----
[*] Enable the block layer --->
System Type --->
Bus support --->
Kernel Features --->
Boot options --->
CPU Power Management --->
Floating point emulation --->
Userspace binary formats --->
Power management options --->
[*] Networking support --->
Device Drivers --->
Firmware Drivers --->
File systems --->
Kernel hacking --->
Security options --->
-*- Cryptographic API --->
Library routines --->
[ ] Virtualization ----
-----------------------------------------------------------------------
---------------------------------------------------------------------------
<Select> < Exit > < Help > < Save > < Load >
![[ティップ]](images/tip.png) | |
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Linux Kernel Configurationメニューで"/"キーを押下すると、カーネルコンフィギュレーションの検索を行うことができます。カーネルコンフィギュレーションのシンボル名(の一部)を入力して"Ok"を選択すると、部分一致するシンボル名を持つカーネルコンフィギュレーションの情報が一覧されます。 |
ビルド
[ATDE ~/linux-v4.14-at[version]]$ make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- LOADADDR=0x82000000 uImage
[ATDE ~/linux-v4.14-at[version]]$ make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf-
イメージファイルの生成確認
ビルドが終了すると、arch/arm/boot/ディレクトリと、arch/arm/boot/dts/以下にイメージファイル(LinuxカーネルとDTB)が作成されています。
[ATDE ~/linux-v4.14-at[version]]$ ls arch/arm/boot/uImage
arch/arm/boot/uImage
[ATDE ~/linux-v4.14-at[version]]$ ls arch/arm/boot/dts/armadillo-iotg-a6.dtb
arch/arm/boot/dts/armadillo-iotg-a6.dtb
22.3. Device Treeをカスタマイズする
at-dtwebを利用してDevice Treeをカスタマイズする方法を説明します。at-dtwebでは、Webブラウザ上のマウス操作でDTSおよびDTBを生成することができます。カスタマイズの対象はサブユニット上の拡張インターフェース(CON3)です。
ATDE8 に at-dtweb パッケージをインストールします。
[ATDE ~]$ sudo apt update
[ATDE ~]$ sudo apt install at-dtweb
インストール済みの場合は、以下のコマンドを実行し最新版への更新を行ってください。
[ATDE ~]$ sudo apt update
[ATDE ~]$ sudo apt upgrade
at-dtwebの起動開始
at-dtwebの起動を開始するには、デスクトップ左上のアクティビティから「at-dtweb」と入力し、at-dtwebのアイコンをクリックしてください。
ボードの選択
ボードを選択します。 Armadillo-IoT_A6 を選択して、「OK」をクリックします。
Linuxカーネルディレクトリの選択
Linuxカーネルディレクトリを選択します。コンフィギュレーション済みのLinuxカーネルディレクトリを選択して、「OK」をクリックします。
at-dtwebの起動完了
at-dtwebが起動し、次のように画面が表示されます。
22.3.3. Device Treeをカスタマイズ
機能の選択は、ドラッグ&ドロップで行います。画面左上の「Available features」から有効にしたい機能をドラッグし、画面右側の「Armadillo-IoT Gateway A6」の白色に変化したピンにドロップします。例としてサブユニット CON3 9,11 ピンをI2C3(SCL/SDA)に設定します。
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何も機能が選択されていないピンには GPIO の機能が割り当てられます。 |
画面右側の「Armadillo-IoT Gateway A6」にドロップして設定したピンを左クリックすると信号名が表示されます。
どのピンがどの信号に対応しているのかを確認することができます。
例として I2C3(SCL/SDA) の信号名を確認します。
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再度ピンを左クリックすると機能名の表示に戻ります。 |
いくつかの機能にプロパティを設定することができます。画面右側の「Armadillo-IoT Gateway A6」に選択した機能を左クリックすると、画面左下の「Properties」からプロパティを選択することができます。
例としてサブユニット CON3 5,6,7,8 ピンのECSPI4(SCLK/MOSI/MISO/SS0)のspl-max-frequencyプロパティを設定します。
設定したプロパティを確定させるには「Apply」をクリックします。
全ての機能を削除する場合は、画面右上の「Reset configuration」をクリックします。機能ごとに削除する場合は、画面右側の「Armadillo-IoT Gateway A6」のピンを右クリックして「Remove」をクリックします。
DTSおよびDTBを生成するには、画面右上の「Save」をクリックします。
「Device tree built!」と表示されると、DTSおよびDTBの生成は完了です。
ビルドが終了すると、arch/arm/boot/dts/以下にDTS/DTBが作成されています。
[ATDE ~/linux-v4.14-at[version]]$ ls arch/arm/boot/dts/armadillo-iotg-a6-expansion-interface.dtsi
armadillo-iotg-a6-expansion-interface.dtsi
[ATDE ~/linux-v4.14-at[version]]$ ls arch/arm/boot/dts/armadillo-iotg-a6-at-dtweb.dtb
armadillo-iotg-a6-at-dtweb.dtb
22.4. ルートファイルシステムへの書き込みと電源断からの保護機能
Armadillo-IoT ゲートウェイ A6のルートファイルシステムは、標準でeMMCに配置されます。
Linuxが稼働している間は、ログや、設定ファイル、各種アプリケーションによるファイルへの書き込みが発生します。もし、停電等で終了処理を実行できずに電源を遮断した場合は、RAM上に残ったキャッシュがeMMCに書き込まれずに、ファイルシステムの破綻やファイルの内容が古いままになる状況が発生します。
また、eMMC内部のNAND Flash Memoryには消去回数に上限があるため、書き込み回数を制限することを検討する必要がある場合もあります。
そこで、Armadillo-IoT ゲートウェイ A6 では、overlayfsを利用して、eMMCへの書き込み保護を行う機能を提供しています。
eMMCへの書き込み保護を行うには、kernelの起動オプションに"overlay=50%"("=50%"は省略可、"overlay"のみ書くとRAMを256MByte使用)というパラメータを追加するだけです。
パラメータを追加すると、debianの起動前にinitramfsよってルートファイルシステムがupper=RAMディスク(tmpfs)、lower=eMMC(ext4)としたoverlayfsに切り替えられて、Debianが起動します。
overlayfsの機能によって、起動後のルートファイルシステムに対する差分は、全てRAMディスク(/overlay/ramdiskにマウント)に記録されるようになります。そのため、起動後の情報は保存されませんが、電源を遮断した場合でも、eMMCは起動前と変わらない状態のまま維持されています。
kernelの起動オプションの指定を行うにはArmadillo-IoT ゲートウェイ A6を保守モードで起動し、次のようにコマンドを実行してください。
=> setenv optargs overlay
=> saveenv
また、オプションの指定を解除するには次のようにコマンドを実行してください。
=> setenv optargs
=> saveenv
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overlayfs は差分を ファイル単位で管理するため、予想以上にRAMディスクを消費する場合があります。 単に、新しいファイルやディレクトリを作れば、その分RAMディスクが消費されるのは想像に難くないと思います。 しかし、「lower=eMMC に既に存在していたファイルの書き換え」をする場合は、upper=RAMディスク に対象のファイル全体をコピーして書き換え」ます。 具体的に、問題になりそうな例を紹介します。 例えば、sqlite はDB毎に1つのファイルでデータ格納します。ここで、1GBのDBを作ってeMMCに保存した後、 overlayfsによる保護を有効にして起動した後に、たった10バイトのレコードを 追加しただけでRAMディスクは 1GB + 10バイト 消費されます。実際には、 Armadilloに1GBもRAMは無いので、追記を開始した時点でRAMディスクが不足します。 |
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overlayfsによる、eMMCへの書き込み保護を行う場合、 必ず実際の運用状態でのテストを行い、RAMディスクが不足しないか確認してください。 動作中に書き込むファイルを必要最小限に留めると共に、追記を行う大きなファイルを作らない実装の検討を行ってください。 |
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Armadillo-IoT ゲートウェイ A6のeMMCの記録方式は出荷時にSLCに設定しており、MLC方式のeMMCよりも消去回数の上限が高くなっています。そのため、開発するシステムの構成によってはeMMCへの書き込み保護機能を必要としない可能性があります。 |
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eMMCへの書き込み保護機能を有効にすると、eMMCを安全に使用できるというメリットがありますが、その分、使用できるRAMサイズが減る、システム構成が複雑になる、デメリットもあります。 開発・運用したいシステムの構成、eMMCへの書き込み保護機能のメリット・デメリットを十分に考慮・評価したうえで、保護機能を使用する、しないの判断を行ってください。 |
22.5. eMMC の GPP(General Purpose Partition) を利用する
GPP に squashfs イメージを書き込み、Armadillo の起動時に自動的にマウントする方法を紹介します。
22.5.1. squashfs イメージを作成する
この作業は ATDE8 上で行います。
squashfs-tools パッケージに含まれている mksquashfs コマンドを使用して squashfs イメージを作成します。
22.5.2. squashfs イメージを書き込む
以降の作業は Armadillo 上で行います。
「squashfs イメージを作成する」で作成した squashfs イメージを、USB メモリ利用するなどして Armadillo-IoT ゲートウェイ A6 にコピーし、GPP に書き込みます。
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ユーザー領域として使用可能なGPPは /dev/mmcblk0gp2 および /dev/mmcblk0gp3 です。 GPPへの書き込みを行う際は、誤って /dev/mmcblk0gp0 や /dev/mmcblk0gp1 に書き込みを行わないよう、十分に注意してください。 |
[armadillo]# mount /dev/sda1 /mnt
[armadillo]# dd if=/mnt/squashfs.img of=/dev/mmcblk0gp2 conv=fsync
[armadillo]# umount /mnt
GPP の全ブロックに対して Temporary Write Protection をかけることにより、GPP への書き込みを制限することができます。
Temporary Write Protection は電源を切断しても解除されません。
Temporary Write Protection をかけるには、mmc-utils パッケージに含まれている mmc コマンドを使用します。
GPP の全ブロックに対して Temporary Write Protection をかけるには、次のようにコマンドを実行します。
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/dev/mmcblk0gp2 のブロック数を確認します。コマンドの出力を見ると /dev/mmcblk0gp2 が 16384 ブロックあることがわかります。
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/dev/mmcblk0gp2 の全ブロックに Temporary Write Protection をかけます。
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Temporary Write Protection を解除するには、次のコマンド実行します。 [armadillo]# mmc writeprotect user set none 0 16384 /dev/mmcblk0gp2 |
22.5.4. 起動時に squashfs イメージをマウントされるようにする
/etc/fstab を変更し、起動時に squashfs イメージがマウントされるようにします。
[armadillo]# mkdir -p /opt/sample
[armadillo]# vi /etc/fstab
:
:(省略)
:
/dev/mmcblk0gp2 /opt/sample squashfs defaults,nofail 0 0
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squashfs イメージをマウントするディレクトリを作成します
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最終行にこの行を追加します。これで、/dev/mmcblk0gp2 が /opt/sample にマウントされるようになります。
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Armadillo の再起動後、 /opt/sample/README の内容が正しければ完了です。
[armadillo]# reboot
:
: (省略)
:
Debian GNU/Linux 10 armadillo ttymxc0
armadillo login:
[armadillo]# ls /opt/sample
README
[armadillo]# cat /opt/sample/README
complete mounting squashfs on eMMC(GPP)
