2020/1/9+++
headless RaspberryPi
headless RaspberryPi
概要
表示装置を接続しないでＰＣを運用することをheadlessというが、ここでは、最初のbootからRaspberryPiをheadlessで使う方法についてまとめた。基本的には本家siteのドキュメントにあるとおりだが、それに必要なものを追加した。ここでは、 Raspberry_Pi_Zero-Wのボードを使う前提で説明してある。
事前準備(clientPC側(linux))
以下のdeamonをインストールする：
sudo apt-get update
sudo apt-get install avahi-daemon
sshのポートを開くための設定：
sudo ufw allow ssh
参照URL
installation/installing-images/linux
configuration/wireless/headless
configuration/wireless/wireless-cli
remote-access/ssh/unix
How to open ssh port using ufw on Ubuntu/Debian Linux
Downloading raspbian image
以下から希望のimageをダウンロードする。
raspbian_full_latest
raspbian_latest
raspbian_lite_latest
Discovering the SD card mountpoint and unmounting it
imageに書き込むSDのデバイス名の確認し、アンマウントする。
lsblk -p
<省略>
...
/dev/mmcblk0 179:0 0 28.9G 0 disk
└─/dev/mmcblk0p1 179:1 0 28.9G 0 part /media/user/18F0-D045
これで書き込むSDのデバイス名が/dev/mmcblk0と確認できた。
これをunmaunt(取り出す)する。(物理的には取り出さない)
Downloadしたimageを書き込む
実行例：
(/dev/mmcblk0は自分の環境に合わせて変更する)
cd <downloadしたimageがあるディレクトリ>
unzip -p 2019-09-26-raspbian-buster.zip | sudo dd of=/dev/mmcblk0 bs=4M conv=fsync
または
unzip -p 2019-09-26-raspbian-buster-lite.zip | sudo dd of=/dev/mmcblk0 bs=4M conv=fsync
または
unzip -p 2019-09-26-raspbian-buster-full.zip | sudo dd of=/dev/mmcblk0 bs=4M conv=fsync
出力ログ例:
$ unzip -p 2019-09-26-raspbian-buster.zip | sudo dd of=/dev/mmcblk0 bs=4M conv=fsync
0+40350 レコード入力
0+40350 レコード出力
3829399552 bytes (3.8 GB, 3.6 GiB) copied, 268.143 s, 14.3 MB/s
または
$ unzip -p 2019-09-26-raspbian-buster-full.zip | sudo dd of=/dev/mmcblk0 bs=4M conv=fsync
[sudo] komatsu のパスワード:
0+62011 レコード入力
0+62011 レコード出力
6811549696 bytes (6.8 GB, 6.3 GiB) copied, 470.142 s, 14.5 MB/s
または
$ unzip -p 2019-09-26-raspbian-buster-lite.zip | sudo dd of=/dev/mmcblk0 bs=4M conv=fsync
0+26539 レコード入力
0+26539 レコード出力
2248146944 bytes (2.2 GB, 2.1 GiB) copied, 158.167 s, 14.2 MB/s
bootディレクトリのファイル追加
書き込んだSDをいったん取り外し、再度、挿入する。
すると、bootディレクトリが出現する。
(1)ssh有効化
bootにsshという名前のファイルを作成する。(ファイル内容は空で良い)
(2)wireless設定
bootにwpa_supplicant.confという名前で
以下の内容のファイルを作成する：
wpa_supplicant.conf
(複数のSSIDを設定する例)
ctrl_interface=DIR=/var/run/wpa_supplicant GROUP=netdev
update_config=1
country=JP
network={
ssid="<Name of your WiFi>"
psk="<Password for your WiFi>"
priority=1
id_str="<ID1（任意)>"
}
network={
ssid="<Name of your WiFi>"
psk="<Password for your WiFi>"
priority=2
id_str="<ID2（任意)>"
}
接続するssidの方式はWAPかWPA2であること
(WEPでは接続できないようだ)
(3)該当SDを取り出す
boot,rootfsをアンマウントする。
Boot
書き込んだSDをRaspberryPiのボードに刺し、電源をオンする。(起動する)
ボードのLEDが点滅し始めて、常灯するまで待つ。
Login
ホストPCで接続を確認するために
(名前解決に時間がかかるので)
以下のコマンドを成功するまで繰り返す。
ping raspberrypi.local
出力ログ例：
$ ping raspberrypi.local
PING raspberrypi.local (192.168.0.26) 56(84) bytes of data.
64 bytes from 192.168.0.26: icmp_seq=1 ttl=64 time=39.4 ms
64 bytes from 192.168.0.26: icmp_seq=2 ttl=64 time=78.2 ms
64 bytes from 192.168.0.26: icmp_seq=3 ttl=64 time=10.0 ms
64 bytes from 192.168.0.26: icmp_seq=4 ttl=64 time=9.81 ms
64 bytes from 192.168.0.26: icmp_seq=5 ttl=64 time=18.9 ms
^C
--- raspberrypi.local ping statistics ---
5 packets transmitted, 5 received, 0% packet loss, time 4005ms
rtt min/avg/max/mdev = 9.816/31.306/78.254/25.833 ms
どうしても接続確認ができないようなら「arp -a」を入力して、接続中のPCのIPアドレスを表示させて、RaspberryPiのIPアドレスを推定する。
接続確認が終わったら以下のコマンドを入力してloginする：
(デフォルトのパスワードはraspberry)
ssh pi@raspberrypi.local
または
ssh -Y pi@raspberrypi.local
(接続後にグラフィクス・アプリを使用する場合)
ログイン初期接続のログ出力例:
ssh pi@raspberrypi.local
The authenticity of host 'raspberrypi.local (192.168.0.26)' can't be established.
ECDSA key fingerprint is SHA256:v3pvQPmIvpInAIIOkzFU6FMqri9k4oTWiFI0LNiJHgw.
Are you sure you want to continue connecting (yes/no)? yes
Warning: Permanently added 'raspberrypi.local,192.168.0.26' (ECDSA) to the list of known hosts.
pi@raspberrypi.local's password:
Linux raspberrypi 4.19.75+ #1270 Tue Sep 24 18:38:54 BST 2019 armv6l
The programs included with the Debian GNU/Linux system are free software;
the exact distribution terms for each program are described in the
individual files in /usr/share/doc/*/copyright.
Debian GNU/Linux comes with ABSOLUTELY NO WARRANTY, to the extent
permitted by applicable law.
Last login: Thu Sep 26 01:32:10 2019
SSH is enabled and the default password for the 'pi' user has not been changed.
This is a security risk - please login as the 'pi' user and type 'passwd' to set a new password.
login後
ログイン中（ログ出力例）:
pi@raspberrypi:~ $ uname -a
Linux raspberrypi 4.19.75+
pi@raspberrypi:~ $ df
Filesystem 1K-blocks Used Available Use% Mounted on
/dev/root 29458568 3118176 25092456 12% /
devtmpfs 217208 0 217208 0% /dev
tmpfs 221536 0 221536 0% /dev/shm
tmpfs 221536 3188 218348 2% /run
tmpfs 5120 4 5116 1% /run/lock
tmpfs 221536 0 221536 0% /sys/fs/cgroup
/dev/mmcblk0p1 258095 53034 205061 21% /boot
tmpfs 44304 0 44304 0% /run/user/1000
pi@raspberrypi:~ $ ls
Desktop Downloads Music Public Videos
Documents MagPi Pictures Templates
pi@raspberrypi:~ $ ifconfig
lo: flags=73<UP,LOOPBACK,RUNNING> mtu 65536
inet 127.0.0.1 netmask 255.0.0.0
inet6 ::1 prefixlen 128 scopeid 0x10<host>
loop txqueuelen 1000 (Local Loopback)
RX packets 0 bytes 0 (0.0 B)
RX errors 0 dropped 0 overruns 0 frame 0
TX packets 0 bytes 0 (0.0 B)
TX errors 0 dropped 0 overruns 0 carrier 0 collisions 0
wlan0: flags=4163<UP,BROADCAST,RUNNING,MULTICAST> mtu 1500
inet 192.168.0.26 netmask 255.255.255.0 broadcast 192.168.0.255
inet6 fe80::aab:d0bc:bf6e:3058 prefixlen 64 scopeid 0x20<link>
ether b8:27:eb:bc:01:7c txqueuelen 1000 (Ethernet)
RX packets 12575 bytes 14102468 (13.4 MiB)
RX errors 0 dropped 2 overruns 0 frame 0
TX packets 4932 bytes 508646 (496.7 KiB)
TX errors 0 dropped 0 overruns 0 carrier 0 collisions 0
pi@raspberrypi:~ $ sudo apt-get update
Get:1 http://archive.raspberrypi.org/debian buster InRelease [25.2 kB]
Get:2 http://raspbian.raspberrypi.org/raspbian buster InRelease [15.0 kB]
Get:3 http://raspbian.raspberrypi.org/raspbian buster/main armhf Packages [13.0 MB]
Get:4 http://archive.raspberrypi.org/debian buster/main armhf Packages [260 kB]
Fetched 13.3 MB in 2min 4s (107 kB/s)
Reading package lists... Done
hostname変更
必要があれば、hostnameを変更するために
以下の２つのファイルに記述されているhostnameを新しいものにエディタで変更(編集)し
再起動する：
(boot前にSDのrootfsのものを変更しても良い)
sudo nano /etc/hostname
sudo nano /etc/hosts
sudo reboot
グラフィクス・アプリ起動例
ssh -Y pi@raspberrypi.local
geany &
sudo apt-get install scratch
scratch &
sudo apt-get install leafpad
leafpad &
chromeのインストール
sudo apt-get install chromium-browser
chromium-browser &
node.jsとrubyのインストール
sudo apt-get install nodejs
sudo apt-get install ruby
C#のインストール
sudo apt-get install mono-complete
mcs --version
Mono C
csharp
Mono C
Enter statements below.
csharp> Environment.OSVersion
Unix 4.19.75.0
csharp>
Ctrl-D
WiringPiのインストール例
git clone https://github.com/WiringPi/WiringPi
cd WiringPi
./build
cd ~
gpio -v
gpio version: 2.60
Copyright (c) 2012-2018 Gordon Henderson
This is free software with ABSOLUTELY NO WARRANTY.
For details type: gpio -warranty
Raspberry Pi Details:
Type: Pi Zero-W, Revision: 01, Memory: 512MB, Maker: Sony
* Device tree is enabled.
*--> Raspberry Pi Zero W Rev 1.1
* This Raspberry Pi supports user-level GPIO access.
pi@raspberrypi:~ $ gpio readall
+-----+-----+---------+------+---+-Pi ZeroW-+---+------+---------+-----+-----+
| BCM | wPi | Name | Mode | V | Physical | V | Mode | Name | wPi | BCM |
+-----+-----+---------+------+---+----++----+---+------+---------+-----+-----+
| | | 3.3v | | | 1 || 2 | | | 5v | | |
| 2 | 8 | SDA.1 | IN | 1 | 3 || 4 | | | 5v | | |
| 3 | 9 | SCL.1 | IN | 1 | 5 || 6 | | | 0v | | |
| 4 | 7 | GPIO. 7 | IN | 1 | 7 || 8 | 0 | IN | TxD | 15 | 14 |
| | | 0v | | | 9 || 10 | 1 | IN | RxD | 16 | 15 |
| 17 | 0 | GPIO. 0 | IN | 0 | 11 || 12 | 0 | IN | GPIO. 1 | 1 | 18 |
| 27 | 2 | GPIO. 2 | IN | 0 | 13 || 14 | | | 0v | | |
| 22 | 3 | GPIO. 3 | IN | 0 | 15 || 16 | 0 | IN | GPIO. 4 | 4 | 23 |
| | | 3.3v | | | 17 || 18 | 0 | IN | GPIO. 5 | 5 | 24 |
| 10 | 12 | MOSI | IN | 0 | 19 || 20 | | | 0v | | |
| 9 | 13 | MISO | IN | 0 | 21 || 22 | 0 | IN | GPIO. 6 | 6 | 25 |
| 11 | 14 | SCLK | IN | 0 | 23 || 24 | 1 | IN | CE0 | 10 | 8 |
| | | 0v | | | 25 || 26 | 1 | IN | CE1 | 11 | 7 |
| 0 | 30 | SDA.0 | IN | 1 | 27 || 28 | 1 | IN | SCL.0 | 31 | 1 |
| 5 | 21 | GPIO.21 | IN | 1 | 29 || 30 | | | 0v | | |
| 6 | 22 | GPIO.22 | IN | 1 | 31 || 32 | 0 | IN | GPIO.26 | 26 | 12 |
| 13 | 23 | GPIO.23 | IN | 0 | 33 || 34 | | | 0v | | |
| 19 | 24 | GPIO.24 | IN | 0 | 35 || 36 | 0 | IN | GPIO.27 | 27 | 16 |
| 26 | 25 | GPIO.25 | IN | 0 | 37 || 38 | 0 | IN | GPIO.28 | 28 | 20 |
| | | 0v | | | 39 || 40 | 0 | IN | GPIO.29 | 29 | 21 |
+-----+-----+---------+------+---+----++----+---+------+---------+-----+-----+
| BCM | wPi | Name | Mode | V | Physical | V | Mode | Name | wPi | BCM |
+-----+-----+---------+------+---+-Pi ZeroW-+---+------+---------+-----+-----+
pi@raspberrypi:~ $
bluetoothのインストール例
sudo apt-get install -y pi-bluetooth
sudo reboot
bluetoothctl
Agent registered
[bluetooth]
Discovery started
[CHG] Controller B8:27:EB:43:FE:83 Discovering: yes
[NEW] Device 57:80:9B:6B:4C:EC 57-80-9B-6B-4C-EC
[NEW] Device 5F:55:F2:80:A7:2B 5F-55-F2-80-A7-2B
[NEW] Device CE:EA:67:62:B6:7B Bryton Cadence
[CHG] Device 57:80:9B:6B:4C:EC RSSI: -67
[CHG] Device 57:80:9B:6B:4C:EC RSSI: -81
Ctrl-D
[bluetooth]
pi@raspberrypi:~ $
WiFi無しRaspberryPiのHeadless化
WiFi無しボード「Raspberry Pi Model B」でも、今回の方法で作成したSDを刺し、有線LANに接続して起動すると、そのままheadlessとして使用できる。無線の設定であるwpa_supplicant.confを、そのまま残したままでも特に問題はないようだ。
WiringPiをインストールして「gpio readall」を実行したログ出力は以下のようになる：
(Pinのアサイン状況が分かる)
gpio readall
+-----+-----+---------+------+---+-Model B1-+---+------+---------+-----+-----+
| BCM | wPi | Name | Mode | V | Physical | V | Mode | Name | wPi | BCM |
+-----+-----+---------+------+---+----++----+---+------+---------+-----+-----+
| | | 3.3v | | | 1 || 2 | | | 5v | | |
| 2 | 8 | SDA.1 | IN | 1 | 3 || 4 | | | 5v | | |
| 3 | 9 | SCL.1 | IN | 1 | 5 || 6 | | | 0v | | |
| 4 | 7 | GPIO. 7 | IN | 1 | 7 || 8 | 1 | ALT0 | TxD | 15 | 14 |
| | | 0v | | | 9 || 10 | 1 | ALT0 | RxD | 16 | 15 |
| 17 | 0 | GPIO. 0 | IN | 0 | 11 || 12 | 0 | IN | GPIO. 1 | 1 | 18 |
| 27 | 2 | GPIO. 2 | IN | 0 | 13 || 14 | | | 0v | | |
| 22 | 3 | GPIO. 3 | IN | 0 | 15 || 16 | 0 | IN | GPIO. 4 | 4 | 23 |
| | | 3.3v | | | 17 || 18 | 0 | IN | GPIO. 5 | 5 | 24 |
| 10 | 12 | MOSI | IN | 0 | 19 || 20 | | | 0v | | |
| 9 | 13 | MISO | IN | 0 | 21 || 22 | 0 | IN | GPIO. 6 | 6 | 25 |
| 11 | 14 | SCLK | IN | 0 | 23 || 24 | 1 | IN | CE0 | 10 | 8 |
| | | 0v | | | 25 || 26 | 1 | IN | CE1 | 11 | 7 |
+-----+-----+---------+------+---+----++----+---+------+---------+-----+-----+
| BCM | wPi | Name | Mode | V | Physical | V | Mode | Name | wPi | BCM |
+-----+-----+---------+------+---+-Model B1-+---+------+---------+-----+-----+
WiFi-USBドングル付きRaspberryPiのHeadless化
「Raspberry Pi 2 Model B」にWiFi-USBドングルを付けたものでも、今回の方法で作成したSDを刺し、起動させると、そのままWiFi接続可能なheadlessとして使用できる。
(該当のWiFi-USBドングルはlinuxで動作実績のあるもの)
なお、実験した感じでは、「Raspberry Pi 2 Model B」しか、このやり方では起動しないようだ。(USBドライバーの相違が原因？)
以下、ログ出力例(RAM容量、ボード種類などの確認):
$ free -h
total used free shared buff/cache available
Mem: 926Mi 118Mi 315Mi 18Mi 492Mi 733Mi
Swap: 49Mi 0B 49Mi
$ cat /proc/cpuinfo
processor : 0
model name : ARMv7 Processor rev 5 (v7l)
BogoMIPS : 38.40
Features : half thumb fastmult vfp edsp neon vfpv3 tls vfpv4 idiva idivt vfpd32 lpae evtstrm
CPU implementer : 0x41
CPU architecture: 7
CPU variant : 0x0
CPU part : 0xc07
CPU revision : 5
<省略>
Hardware : BCM2835
Revision : a21041
Serial : 000000007d5c9e71
Model : Raspberry Pi 2 Model B Rev 1.1
$ uname -a
Linux raspberrypi 4.19.75-v7+ #1270 SMP Tue Sep 24 18:45:11 BST 2019 armv7l GNU/Linux
RaspberryPi4のHeadless化
「Raspberry Pi 4 Model B」に、今回の方法で作成したSDを刺し、起動させることができる。
以下、ログ出力例(RAM容量、ボード種類の確認):
$ free -h
total used free shared buff/cache available
Mem: 3.8Gi 99Mi 3.3Gi 16Mi 441Mi 3.6Gi
Swap: 49Mi 0B 49Mi
$ cat /proc/cpuinfo
processor : 0
model name : ARMv7 Processor rev 3 (v7l)
BogoMIPS : 108.00
Features : half thumb fastmult vfp edsp neon vfpv3 tls vfpv4 idiva idivt vfpd32 lpae evtstrm crc32
CPU implementer : 0x41
CPU architecture: 7
CPU variant : 0x0
CPU part : 0xd08
CPU revision : 3
<省略>
Hardware : BCM2835
Revision : c03112
Serial : 10000000f8cd9a91
Model : Raspberry Pi 4 Model B Rev 1.2
$ uname -a
Linux raspberrypi 4.19.75-v7l+ #1270 SMP Tue Sep 24 18:51:41 BST 2019 armv7l GNU/Linux
Bug?
fullイメージのSDで起動した場合、「Raspberry Pi 4 Model B」では、/home/piには以下の状態になっていた。
$ ls
MagPi
他のボードでは、以下のようなディレクトリができる：
$ ls
Desktop Documents MagPi Pictures Templates
Downloads Music Public Videos
たぶん、「Raspberry Pi 4 Model B」では、初ブート時にディレクトリを作成するスクリプトがエラーになっていると推測する。
空のディレクトリを作っているだけなので、必要があれば、シェルのコマンドでディレクトリを作れば良いだけだと思う。
WiFi接続性が悪い問題
sshにログインして使った印象では、ＷｉＦｉ接続性の良い順に並べると、WiFiドングル付き、RaspberryPiZero_W、ＲａｓｐｂｅｒｒｙＰｉ４(以下、「4」とする)になり、「4」が一番悪い。「4」の表示回路のノイズやCPUのノイズがWiFi電波に被ってWiFiの接続性能が落ちていると推測している。(RaspberryPiZero_WのWiFi接続性は特に問題ないレベルであった)
ネット情報にも以下のような記事がありRapberryPiのオンボードのWiFiは性能が悪いことは事実のようだ。
Raspberry Piで無線LANの反応が悪い時の対処法
Raspberry Pi 4の「特定の解像度でWi-Fiが不安定になる」問題を実際に検証してみた
気のせいかもしれないが、SD作成後の初ブート時のWiFi接続性と、それ以降の起動のWiFi接続性を比較すると、初ブート時のほうが良好だった。（ノイズ源となるべき回路の動作状況が異なっている？？？）
自分の環境でも、以下のように/etc/rc.localにHDMIのオフを入れたが「４」は改善しなかった。
(headless前提なのでHDMIをオフしても問題ない)
/etc/rc.local
_IP=$(hostname -I) || true
if [ "$_IP" ]; then
printf "My IP address is %s\n" "$_IP"
fi
tvservice -o
exit 0
結局、有効な解決方法が見つかるまでの回避策として「4」にWiFiのUSBドングルを刺して再起動したら、劇的にWiFiの接続性は改善した。(自動的にUSBドングルを認識するので、特に設定などを変える必要はない)
なお、この際、このままでも、特に問題ないようだが、wlan0,wlan1の２つにIPアドレスが割り振られるのでオンボードのwlan0を無効化して、割り振られるIPアドレスを１つにしたほうがスッキリする。それには以下を実行する：
wlan0無効化：
sudo iwconfig wlan0 txpower off
sudo reboot
もとに戻すには以下を実行する：
wlan0有効化：
sudo iwconfig wlan0 txpower auto
sudo reboot
参考URL:
Raspberry Pi で HDMI 接続のディスプレイをオン・オフ
以上
