追記:最近別のアダプタに変えました [tech] RaspberyPi 用の WiFi アダプタ探し。または GW-USNANO2A が切れまくるのをなおす | Sat, Nov 15. 2014 - 氾濫原

BUFFALO 無線LAN子機 コンパクトモデル 11n技術・11g/b対応 WLI-UC-GNM -

3.0 / 5.0

アダプタは WLI-UC-GNM というやつをつけているんだけれど、ping が平均 100ms ぐらい (1ms〜250ms ばらつきがある) で、速度も 300kB/sec (2.4Mbps) ぐらいしかでない状態だった。

SSH して作業をしているので、ちょいちょいひっかかってストレスがかかるのと、奇妙な感じなので直したくていろいろ調べていたけど、ようやく解決したので記録しておく。

解決法

先に解決方法を書くと、/etc/network/interfaces に以下を書けばいいだけだった。

wireless-power off 

経緯

いろいろググってみると、ドライバに対してオプションをわたしたりとかしている例がでてくるけど、別のチップの話なのでそのまま適用できない感じだった。ただ、パワーマネジメントまわりでよくないことが起こることがある、みたいなのはこの時点で頭に入った。

iwconfig の出力を眺めると、以下のように Power Management:on になっていた。なので、iwconfig 側から Power Management を off にできないか調べたら解決方法にあるようなオプションがあることがわかった。

$ iwconfig
wlan0     IEEE 802.11bgn  ESSID:"SNEG"  
          Mode:Managed  Frequency:2.462 GHz  Access Point: XX:XX:XX:XX:AE:CE   
          Bit Rate=43.3 Mb/s   Tx-Power=20 dBm   
          Retry  long limit:7   RTS thr:off   Fragment thr:off
          Power Management:on
          Link Quality=63/70  Signal level=-47 dBm  
          Rx invalid nwid:0  Rx invalid crypt:0  Rx invalid frag:0
          Tx excessive retries:0  Invalid misc:41   Missed beacon:0

lo        no wireless extensions.

eth0      no wireless extensions.

オプションを適用させると、Power Management:off になり、ping は平均36ms程度まで、速度は 3MB/sec (24Mbps) まで改善した。数msぐらいまで短かくてもいいと思うけど、だいぶ改善してストレスが減ったのでとりあえずよしとする。

  1. トップ
  2. raspberrypi
  3. Raspberry Pi + Wi-Fi アダプタが異常に遅い問題を解決
  1. トップ
  2. tech
  3. Raspberry Pi + Wi-Fi アダプタが異常に遅い問題を解決

Raspberry Pi の実測電流値が気になったので安定化電源に繋いで適当に計ってみた。

アナログで読んだのでだいたい。USB Wi-Fi は指したまま起動。ほかのイーサネットポートやHDMIポートには何も指していない。

  1. 起動直後 約400mA (2W)
  2. USB Wi-Fi がチカチカしはじめてから 約500mA (2.5W)
  3. ruby -e 'loop {}' (CPU 99%) 約600mA (3W)

自分で接続した周辺機器をオン (AVR + RS232ドライバ + 気圧計 + I2C文字液晶) にすると、約650mA だけど、ほぼLEDだと思う。

スペック上、このモデルは 700mA 使うことになってるけど、意外と少なかった。CPU 全力 + HDMI + イーサネットポートとかだと 700mA になるのかな?

700mA (3.5W) で1年起動させっぱなしで、電気料金が高くとも 30円/kWh だとすると、(3.5 * 24 * 265) / 1000 * 25 ≒ 668円ぐらい。

  1. トップ
  2. raspberrypi
  3. Raspberry Pi の実測消費電力 (電流量)
  1. トップ
  2. tech
  3. Raspberry Pi の実測消費電力 (電流量)

GPIO ピンからとれる電源は普通に電源回路直結なので、Raspberry Pi 自体が起動していようがしていまいが、電源ケーブルさえ接続されていれば供給されています。まぁこれはいいんですが、Raspberry Pi 本体が起動していないとき、もっというとそれらを扱うデーモンが起動していないときに電源供給されてもエコじゃないので、なんとかしました。

回路図

ちょっと余計な線がありますが、キモは FET だけです。伸びてる GND と VCC を周辺回路に繋ぐと、GPIO 25 (22pinから出てる) の論理によってオン・オフします。

手元では 2SK2796L を使ってます (3.3V で直接駆動できるので)

コード側

単に GPIO 25 ピンのハイ・ローを切り替えるだけです。Ruby の場合以下のように

#!/usr/bin/env ruby
# coding: utf-8
 
module GPIO
	def self.export(pin)
		File.open("/sys/class/gpio/export", "w") do |f|
			f.write(pin)
		end
	end
 
	def self.unexport(pin)
		File.open("/sys/class/gpio/unexport", "w") do |f|
			f.write(pin)
		end
	end
 
	def self.direction(pin, direction)
		[:in, :out].include?(direction) or raise "direction must be :in or :out"
		File.open("/sys/class/gpio/gpio#{pin}/direction", "w") do |f|
			f.write(direction)
		end
	end
 
	def self.read(pin)
		File.open("/sys/class/gpio/gpio#{pin}/value", "r") do |f|
			f.read.to_i
		end
	end
 
	def self.write(pin, val)
		File.open("/sys/class/gpio/gpio#{pin}/value", "w") do |f|
			f.write(val ? "1" : "0")
		end
	end
end
 
GPIO.export(25)
GPIO.direction(25, :out)
GPIO.write(25, true)
at_exit do
    GPIO.write(25, false)
end
sleep 3 # 周辺機器が安定するまで適当な時間

...

at_exit でローにするようにしてるだけです。

備考

回路図だとわかりにくい感じだけど、これは GND 側のスイッチ (ローサイドスイッチ) で、VCC は繋がりっぱなしなので、Raspberry Pi 以外の他の電源を回路に接続するとよくないかもしれないです。

ぜんぜんよくわからないんですが、こういう回路はハイサイドにしたほうが安全なのかな。応答速度はあまり必要ではないし……

  1. トップ
  2. raspberrypi
  3. Raspberry Pi のローレベル周辺機器の電源を特定プロセスが動いているときだけオンにする
  1. トップ
  2. tech
  3. Raspberry Pi のローレベル周辺機器の電源を特定プロセスが動いているときだけオンにする

AngularJS には ngResource という拡張があって、サーバに対する API 経由の CRUD 的操作を JavaScript のオブジェクトとしてラッピングできる。具体的には例えば

var Entry = $resource('/entry/:id');
var entry = Entry.get({ id : 0 }, function () {
    entry.title = "yuno";
    entry.$save(); // XHR (async)
});

とかできる。ちょっとかっこいいけど、既存APIで使おうとすると、些細なフォーマットの違いで案の定使えなかったりする。どうしても使ってみたいけど、サーバサイドAPIの仕様まで変えたくない場合、若干無理矢理な方法である程度なら対応させることができる。

サーバサイドの仕様

前提として以下のような仕様だとする

エントリリスト取得

GET /api/entries

# Response
{
  "ok" : true,
  "has_more" : true,
  "entries" : [ ... ]
}

データの新規作成

POST /api/entries
Content-Type: application/x-www-form-urlencoded

title=xxx&body=yyy

# Response
{
  "ok": true
  "entry" : { ... }
}

データの編集

PUT /api/entries?id=0
Content-Type: application/x-www-form-urlencoded

title=xxx&body=yyy

# Response
{
  "ok": true
  "entry" : { ... }
}

ngResource での対応

いくつかハマりポイントがある

  • AngularJS は POST 時のデフォルト Content-Type が application/json
  • ngResource は直接配列のJSONが返ってくることを前提にしている
    • そして付属するデータをうまく返す方法がない

いろいろやってみると以下のようになった。

var Entry = $resource('/api/entries', { id : '@id' }, {
	'query':  {
		method:'GET',
		isArray: true,
		transformResponse : function (data, headers) {
			data = angular.fromJson(data);
			if (!data.ok) throw "API failed";
			Entry.hasMore = data.has_more;
			return data.entries;
		}
	},
	'save':  {
		method:'POST',
		transformResponse : function (data, headers) {
			data = angular.fromJson(data);
			if (!data.ok) throw "API failed";
			return data.entry;
		},
		transformRequest: function (data, headers) {
			var ret = '';
			for (var key in data) if (data.hasOwnProperty(key)) {
				var val = data[key];
				ret += '&' + encodeURIComponent(key) + '=' + encodeURIComponent(val);
			}
			return ret;
		},
		headers : {
			'Content-Type' : 'application/x-www-form-urlencoded'
		}
	},

	'update' : {
		method: 'PUT',
		transformResponse : function (data, headers) {
			data = angular.fromJson(data);
			if (!data.ok) throw "API failed";
			return data.entry;
		},
		transformRequest: function (data, headers) {
			var ret = '';
			for (var key in data) if (data.hasOwnProperty(key)) {
				var val = data[key];
				ret += '&' + encodeURIComponent(key) + '=' + encodeURIComponent(val);
			}
			return ret;
		},
		headers : {
			'Content-Type' : 'application/x-www-form-urlencoded'
		}
	}
});
  • 自力で transformResponse, transformRequest で ngResource が要求しているフォーマットに変更してやる
  • リストに付随するデータはスタティックに持たせてしまう (リクエスト直後に読み出すことを想定)
  • 自力で application/x-www-form-urlencoded なリクエストを作ってやる
  • 冗長に書いてるけど PUT と POST はメソッドが違うだけ

これを使う場合、

var entries = Entry.query(function () {
    $scope.hasMore = Entry.hasMore;
});

...

var entry = entries[0];

entry.title = "FooBar";
entry.$update();

みたいになる。だいぶアホっぽいし、この部分のコードがカオスになるけど、一応使えるようにはなる。

もっといい方法があったら教えてください……

  1. トップ
  2. angularjs
  3. AngularJS の ngResource を既存APIの仕様にあわせる
  1. トップ
  2. tech
  3. AngularJS の ngResource を既存APIの仕様にあわせる

そこそこ使いやすい感じなのを学習しながら書いてみた。

使いかた

マスターの場合

割込みを利用はしてますが、APIとしてはブロックする同期なものしか用意してません。

uint8_t data[7];
uint8_t ret;

i2c_set_bitrate(100);
// Set target slave address
i2c_master_init(0x60);
ret = i2c_master_write((uint8_t*)"\x04", 1);
if (ret) goto error;
ret = i2c_master_read(data, 8);
if (ret) goto error;
i2c_master_stop();

error:
    i2c_master_stop();
スレーブの場合

スレーブの場合、特定のメモリ領域を登録すると、そこに対して read も write もできる、という感じの設計になっています。

// Slave memory map (must be smaller than 254 (0xfe) bytes)
uint8_t data[9];
// Enter to slave receive mode with data and size.
// After this operation, data will be changed automatically by TWI interrupt.
i2c_slave_init(0x65, data, 10);

// Access (set or get) to I2C data block
data[0] = 0x10;
// Or more readable code with struct
struct {
    uint8_t foo_flag1;
    uint8_t foo_flag2;
    uint16_t bar_value1;
    uint16_t bar_value2;
    uint16_t bar_value3;
    uint16_t bar_value4;
} data;

i2c_slave_init(0x65, &data, 10);

割込みでいつのまにかデータが変化する感じなので、マルチバイトデータの読み書きではデータが化ける可能性があります。

マルチバイトデータの読み書きを行う場合、

  • 書く場合
    • i2c_state を見て、I2C_STATE_IDLE であることを確認してから
  • 読む場合
    • i2c_state を見て、I2C_STATE_IDLE であることを確認してから
    • cli してから

が必要だと思います。通信中のデータはコピーして別で持っておけばいいんですが、もったいないし、そんなに問題にならなそうだしお手軽なのでこんな感じです。

実装にあたって

I2C は仕様書の日本語訳で公開されている。本家?はi2c-bus.org かな。

ポイントとしては

  • 送信・受信の切替えにあたっては必ず再度アドレスの送信が必要
  • Repeated START というのは単に STOP + START 相当のことを START だけでできるようにしているに過ぎない (バスを連続して占有し続けられるというだけ)
  • NACK は ACK を返さない状態のことを言ってる
    • エラーと区別はない
    • 転送終了とか、受信終了とかの意味付けされてるけど、応答がないのでもう何もしない、って感じ
  • START コンディション、STOP コンディション、クロックは常にマスターが生成する

マルチマスターまわりとゼネラルコール(マルチキャスト)まわりはいまいち理解できてない (今のところ必要性を感じてない)。

I2C 上のプロトコル

I2C 自体は任意長のバイトの送受信しか定義してない (言及はあるけど) ので「特定のアドレスのデータを読みだしたい」みたいな場合は、その上にプロトコルを乗せる必要がある。デファクトスタンダードっぽいのは

  1. アドレスを1バイト送信する
  2. Repeated START (たぶん STOP + START でも同じだけど…)
  3. データをnバイト受信する

というもののようだ。ステートフルなので、読み出される側は読まれようとしているアドレスを記憶しておく必要があり、1バイト読まれるごとにインクリメントする必要がある。送信と受信は別々にアドレスを指定する必要があるので、この場合2度アドレス送信が行われる。

AVR での実装

ポイントは

  • 割込みがかかったら何か必要なことをして TWINT を 1 にする、というのをくりかえす
    • TWINT をクリアしないと無限に割込みが入り続けるし、SCL がローのままになるのでバスが解放されず一切I2Cできなくなる
    • すべきこと (何をしたら次どういう状態になるか) はデータシートにモードごとに書いてある
  • データシートにある "TWINT Flag is set" な状態というは TWINT が 0 の状態のことで、TWINT Flag を clear するというのは TWINT に 1 を書くということらしい。論理逆なの?
  • TWINT Flag が set されている間 SCL はローになる
    • ソフトウェア処理に時間がかかった場合自動でクロックストレッチングされる
  • MR, MT, SR, ST ({Master,Slave} {Receiver,Transmitter}) の定義を先に読んどかないと意味不明

基本がわかればあとはそんなに難しくなく、試行錯誤したらできる感じだった。ただ、割込みの中で余計なことをすると、うまく次の割込みが入らなくなるということがあったりするので、動作を観測するのが難しい。LED チカらせてデバッグするしかないことがある。

備考

Linux の I2C まわりを調べていて出てくる SMBus とかいうのはPCの電源管理とかで使われるプロトコルで、基礎プロトコルとしてI2Cを利用している。I2C レイヤーの上に SMBus というレイヤーがあるイメージ。

  1. トップ
  2. tech
  3. AVR TWI (I2C) 用のライブラリ
  1. トップ
  2. avr
  3. AVR TWI (I2C) 用のライブラリ
  1. トップ
  2. arduino
  3. AVR TWI (I2C) 用のライブラリ