Bluetooth モジュール用基板

Bluetooth モジュールは別途基板を自分で掘って載せるようにしました。場所がないので2階建です。

切削はそこそこ上手くいったのですが、ほとんど肉眼で確認できないのにGNDと導通があったり、実際実装してみると見えない部分で半田がショートしたりと、なかなか厳しい状態になりました。3回ぐらいモジュールの半田づけをやりなおしたのでパターンが剥れたり、ついでに勘違いからRX/TXが逆配線になっていると思ってリワークまでしたけど元々の配線であってたり、、、みたいないろんな思い出があります。

ケースの加工

CNC でやりましたが、プラスチック(ABS) の加工はものすごく苦手意識があります。アルミと違ってプラスチックは溶けるので早く動かしすぎてもダメだし遅く動かしすぎてもダメだしで「安全方向にふる」という運用が通用しないのです。

今回は以下ぐらいでやるとすくなくともエンドミルに溶けたプラスチックが固着して折れるということはなくなりました…… (2本折りました)

• φ1mm 2枚刃 エンドミル
• F500 (割と早い) Z送り50 (かなり遅い)
• 回転数 50% 約5000rpm
  • S500 指定だが、最大1000を最大の電圧として500だけ電圧をかけるという意味で、500は回転数ではない (最大の50%の回転)

タコメータをつけてないので回転数が正確にわかってません。

インターフェイス

見ての通りですがインターフェイス的には

• 電源スイッチ
• LED (Bluetooth の接続状況: 接続待ちは点滅・接続済みは点灯)
• BNC コネクタ

しかありません。これは最初からこうするつもりで作っていて、Bluetooth 経由で接続したスマートフォンから全ての操作を行うという設計です。

というのも、アナライザを作るなら、まず絶対に Bluetooth などで無線化したいという思いがありました。なぜかといえば、実際にフィールドでアンテナの調整を行う場合、給電点と調整点というのは必ずしも一致しておらず、既存のアンテナアナライザーだと給電点と調整点をいったりきたりする必要があって面倒だからです。例えば7MHz帯の半波長逆Vダイポールをフィールドで一時的に立てようと思うと、給電点と調整点では10mぐらいの距離があってしんどいのです。

今後

これでとりあえず使えるぐらいにはなりました。しかし、かなり問題があります。

1. Android 側のアプリケーションの完成度がいまいちなのをなんとかする
   • ソフトウェアだけなのでおいおい
2. インピーダンスのグラフが波うつ
   • どっかで反射の影響が起きていると思うけどどこかわかってない
3. RFアンプの設計からやりなおす
   • というか面倒なのでMMIC使うとか
4. 低消費電力化
   • RFアンプに常時電源供給してしまっているのをやめる
   • RFアンプの再設計
   • AD9851 と Bluetooth デバイスの消費電力がデカいのでできることは限られる
5. ケースに組みこんだら計測にノイズが乗るようになった
   • NiMH 2本を電源にしたいと拘ったため、DC/DC で 5V まで昇圧しているが間違いなくノイズ源になっている
   • Bluetooth モジュールとADC部が近い
6. もっと小さく作りたい
   • MCU が無駄にでかい

単三電池2本の電源内蔵するのも今回なぜかこだわっていたのですが、どうせDC/DCで昇圧するならモバイルバッテリ使えるようにして、電池は内蔵しないほうがコンパクトかつ総合的には荷物が減って良さそうです。

回路と実装

4pF が手元にないので3.9pF で代用しました。また、AWG #22 のワイヤーがなかったため、φ0.4mm で代用しています(なのでコイルのQは多少下っているはずです)

特性

書籍内でのこのグラフだと(2)に相当します。

実際にスペアナで同じ範囲を表示すると以下のようになりました。(多少トリマで調整した状態で、完全に追いこめてはいません)

挿入損失が 2dB になってますが、おおむね近い特性が再現できました。

ついでに 50MHz までのグラフです。綺麗に下降せずに盛りあがっています。

ここからさらに広げていっても、ほとんど減衰量は増えていませんでした (スクリーンショットを撮り忘れましたが)

定数変更

実装の関係で、書籍内の定数とすこしずれています。

評価

書籍内のグラフと範囲をあわせたものです。やってて気付いたのですが、書籍のグラフは中心周波数が10MHzではないんですね。狭帯域だからかアマチュアバンドの中心？にあわせてあるのかな。手元の調整は10MHzを中心としてやっています (かなり繊細な調整が必要でした)。

帯域内は約-9dBの挿入損失になっています。

300MHz までの範囲です。100MHz ぐらいまでは -70dB ぐらいまでの減衰があります。

位相反転回路

GND のとりかたが入力側と出力側で逆なので位相が反転します。

この回路、L1 と L2 が結合しているため、これらで1つのコモンモードチョークとして働いてアイソレーションされるために位相反転ができているのですが、なんとかく不思議な感じがします。

自分の中では「コモンモードチョーク」はノーマルモードに影響を与えないイメージなのですが、「コモンモードチョーク」があるおかげでノーマルモードの位相反転ができているのです。ぱっと見だと結線されていない GND 経由 の電流 (すなわちコモンモード) が阻止されることを強くイメージする必要があります。

ところで、結合係数を減らすとどうなるか見てみます。

これはつまりコモンモードチョークとしての機能が失われている場合です。高い結合が得られていない限り機能しなくなくなることがわかりました。

インピーダンス変換器

1:4 のインピーダンス変換器もシミュレーションしてみました。

通常のトランスとの違い

通常のトランスは、一旦電気エネルギーを磁気エネルギーに変換して再度電気エネルギーに変換するという動作をします。なので、高い結合係数と低いコア損失を同時に実現できなければいけません。

伝送線路トランスはコモンモードのアイソレーションによって実現されており、磁気エネルギーはメインのエネルギー伝達に使われていないので、結合係数が高ければコア損失が多少あっても問題になりません。

証明書以外にやったこと

一応 mixed content を回避したり、push してみたりしたくていろいろやりました

• はてなスターのスキーム変更
• スター画像のホスト元 (フォトライフ) のドメイン変更 (cdn-akナントカに)
• tumblr のスキーム変更
• facebook ボタン廃止
• twitter ボタンのスキーム変更
• Amazon 画像のドメイン変更 (過去に遡ってエントリ内の画像URLを変更)
• バックエンドアプリケーション (ブログシステム) へ Link: rel=preload を簡単に吐ける機能を追加

h2o での server push の確認方法

h2o は server push したコンテンツのヘッダに x-http2-push: pushed を含めてくれるので、ちゃんと push されてるか確認する一番簡単な方法はこれを見ることっぽいです。

mruby.handler

    paths:
      "/":
        proxy.reverse.url: http://localhost:5001
        proxy.preserve-host: ON
        mruby.handler: |
          require "/srv/www/rewrite_rules.rb"
          lambda do |env|
            RewriteRules.rewrite(env) do
              rewrite '/favicon.ico', '/images/favicon.ico', :break
              rewrite '/apple-touch-icon.png', '/images/apple-touch-icon.png', :break

              rewrite %r{^/2005/colors-canvas\.xhtml$}, '/2005/colors-canvas.html', :permanent
              rewrite %r{^/2005/colors-canvas$}, '/2005/colors-canvas.html', :permanent

              rewrite %r{^/logs/latest$}, '/', :permanent
              rewrite %r{^/logs/latest.rdf$}, '/feed', :permanent
              rewrite %r{^/logs/latest.atom$}, '/feed', :permanent
              rewrite %r{^/latest\.rdf$}, '/feed', :permanent
              rewrite %r{^/blog/index\.(rdf|atom)$}, '/feed', :permanent
              rewrite %r{^/logs(/.+?)(\.(rdf|atom))$}, '/feed', :permanent

              rewrite %r{^/logs(/.+?)(\.(x?html|xml|txt))?$}, '\1', :permanent
              rewrite %r{^/blog(/.+?)(\.(x?html|xml|txt))?$}, '\1', :permanent
              rewrite %r{^/photo$}, '/photo/', :permanent

              rewrite %r{^/(\d\d\d\d/\d\d(/\d\d)?)$}, '/\1/', :permanent
              rewrite %r{^/\d\d\d\d/$}, '/', :redirect

              rewrite %r{^/view-img(/.+?)$}, '\1', :permanent
            end
          end

h2o の path はディレクトリの指定しかできないみたいなので (自動的に末尾スラッシュがついたりする)、rewrite で同時にパス決め打ちのディスパッチも行っています。

rewrite_rules.rb

class RewriteRules
	class RewriteRulesException < Exception
		attr_reader :response
		def initialize(response)
			@response = response
		end
	end

	attr_reader :env
	attr_reader :path

	def self.rewrite(env, &block)
		self.new(env).run(&block)
	end

	def initialize(env, &block)
		@env = env
		@path_orig = "#{env['SCRIPT_NAME']}#{env['PATH_INFO']}"
		@path = @path_orig.dup
	end

	def run(&block)
		begin
			instance_eval(&block)
			if @path != @path_orig
				return [ 307, { 'x-reproxy-url' => path }, [ ] ]
			else
				return [ 399, {}, [ ] ]
			end
		rescue RewriteRulesException => e
			return e.response
		end
	end

	def rewrite(regexp, replace, flag=:continue)
		if @path.gsub!(regexp, replace)
			case flag
			when :redirect
				raise RewriteRulesException.new([ 302, { 'Location' => @path }, [ ] ])
			when :permanent
				raise RewriteRulesException.new([ 301, { 'Location' => @path }, [ ] ])
			when :break
				raise RewriteRulesException.new([ 307, { 'x-reproxy-url' => @path }, [ ] ])
			when :continue
				# nothing
			else
				raise "unsupported flag: #{flag}"
			end
		end
	end
end

require 'rspec'

describe RewriteRules do
	it "should treat :permanent as 302 redirect" do
		env = {
			'PATH_INFO' => '/logs/latest'
		}
		expect(RewriteRules.rewrite(env) {
			rewrite %r{^/logs/latest$}, '/', :permanent
			rewrite %r{^/logs(/.+?)(\.(x?html|xml|txt))?$}, '\1', :permanent
			rewrite %r{^/foobar/}, '/bazbaz/'
		}).to eq( [301, {"Location"=>"/"}, []])
	end

	it "should treat :redirect as 301 redirect" do
		env = {
			'PATH_INFO' => '/logs/piyo.html'
		}
		expect(RewriteRules.rewrite(env) {
			rewrite %r{^/logs/latest$}, '/', :permanent
			rewrite %r{^/logs(/.+?)(\.(x?html|xml|txt))?$}, '\1', :redirect
			rewrite %r{^/foobar/}, '/bazbaz/'
		}).to eq([302, {"Location"=>"/piyo"}, []])
	end

	it "should treat as internal proxy by default" do
		env = {
			'PATH_INFO' => '/foobar/baz'
		}
		expect(RewriteRules.rewrite(env) {
			rewrite %r{^/logs/latest$}, '/', :permanent
			rewrite %r{^/logs(/.+?)(\.(x?html|xml|txt))?$}, '\1', :permanent
			rewrite %r{^/foobar/}, '/bazbaz/'
		}).to eq([307, {"x-reproxy-url"=>"/bazbaz/baz"}, []])
	end

	it "can write logic in dsl" do
		env = {
			'PATH_INFO' => '/foobar/baz',
			'XXX' => true,
		}
		expect(RewriteRules.rewrite(env) {
			if env['XXX']
				rewrite %r{^/foobar/}, '/bazbaz/'
			end
		}).to eq([307, {"x-reproxy-url"=>"/bazbaz/baz"}, []])

		env = {
			'PATH_INFO' => '/foobar/baz',
			'XXX' => false
		}
		expect(RewriteRules.rewrite(env) {
			if env['XXX']
				rewrite %r{^/foobar/}, '/bazbaz/'
			end
		}).to eq([399, {}, []])
	end
end

ところで

rewrite ルールが ruby で書けるということは、すなわち自由にテスト可能であることを意味します。Apache の RewriteRule や nginx の rewrite をテストするのはかなり面倒なので、かなり強力で嬉しい感じがします。

h2o の設定

sudo mkdir /var/log/h2o
sudo chown www-data:adm /var/log/h2o/

YAML の参照を使うとログフォーマットを使いまわせてよいです。まず global に

access-log: &ACCESSLOG
  path: /dev/null
  format: "..."

と書いて、あとは各ホストで path を上書きする形で設定します。

access-log:
  <<: *ACCESSLOG
  path: /var/log/h2o/host.access.log

なおこのYAML参照は h2o 2.0.0 からのサポートのようです。

logrotate の設定

# /etc/logrotate.d/h2o

/var/log/h2o/*.log {
    daily
    missingok
    rotate 90
    compress
    delaycompress
    notifempty
    create 0640 www-data adm 
    sharedscripts
    postrotate
        svc -h /service/h2o
    endscript
}

h2o は daemontools で管理しているので、postrotate では svc を呼んで SIGHUP を送っています。

一旦状態を確認します

sudo logrotate -dv /etc/logrotate.d/h2o

全ログファイルが log does not need rotating になってるはずです。実際に一度実行します

 sudo logrotate -v /etc/logrotate.d/h2o 

/var/lib/logrotate/status を見ると該当するログファイルが記録されているはずです。日付を一日戻して再度実行するとローテートされることが確認できます。

依存の整理

もはや jQuery なしでも簡単に書けそうなスクリプト部分から jQuery 依存を抜きました。また、JSDeferred を Promise で置き換えました。

script 要素の async / defer

script 要素については必要に応じて async や defer をつけるようにし、基本的に外部スクリプトでブロックする可能性を排除しました。

async は script 要素同士で独立している場合無条件につけられます (非シーケンシャル)。defer はページのDOMが構築されたあとに実行されるように遅延されます (シーケンシャル)

defer は DOMContentLoaded 直前にまとめて呼ばれるようです。

外部ライブラリを自分でホスト

外部ライブラリをCDN経由でロードしている部分がありましたが、TLS セッションの無駄遣いな気がするので、自分でホストするように変えました。自分のホストであれば HTTP2 のセッションが生きているので無駄な処理が減りそうです。

動的圧縮から静的圧縮に

h2o で compress: ON とすると accept-encoding に応じて gzip か br で動的に圧縮してクライアントに返却してくれます。

しかし殆ど変更されないライブラリみたいなものは動的にやるのがもったいないので、静的に圧縮するようにしました。特に brotli は圧縮処理が遅い感じなので意味がありそうです。

h2o 的には file.send-compressed: ON にしって、filename.js.gz と filename.js.brを置くようにします。

#!/bin/sh

for f in "$@"
do
        echo "$f"
        gzip --best < "$f"  > "$f".gz
        bro --quality 10 --input "$f" --output "$f".br
done

ブログシステムでのキャッシュ

今まで表示のたびに DB からひいてきてテンプレート処理を行っていましたが、キャッシュするようにしました。もともとそこまで遅いわけではないのですが 、一応これも効果がありました。

ただ、キャッシュを入れるとキャッシュ無効化の処理のために考えることが大変増えます。今のところあまり筋の良い実装ではないのですが、一応動いています。

MathJax のサーバサイド化

[tech] サーバーサイド MathJax で数式表示を高速化する | Fri, Apr 8. 2016 - 氾濫原 別エントリにしました。

いろいろやった結果

キャッシュなしの状態でロードして、DOMContentLoaded まで 300ms を切るぐらいにできました。ただし onload までは2秒〜3秒かかっています。onload まで遅いのは画像のサイズが大きいというのと、あとは主にアドセンスのせいです。

同じ環境で www.google.co.jp のDOMContentLoaded を測ると 170ms ぐらいでしたので、要素数などを比較するといい線まできている気がします。

さらにできることは？

いわゆる minify をやっていないので、これをやる余地がまだあります。しかし結構面倒です。そしてたとえ削れても数kBなので、意味があるのか疑問を持っています。

HTML の断片をうけとって MathJax にかける HTTP サーバ

• https://github.com/mathjax/MathJax-node

幸い MathJax-node という node.js 上で動かせる MathJax があったので、これをそのまま使い、http.Server でラップして、ブログシステムとは別に API サーバを立ち上げました。

#!/usr/bin/env node

var mjAPI = require("mathjax-node/lib/mj-page.js");


mjAPI.start();
mjAPI.config({
	tex2jax: {
		inlineMath: [["\\(","\\)"]],
		displayMath: [ ["$$", "$$"] ]
	},
	extensions: ["tex2jax.js"]
});

var http = require('http');
http.createServer(function (req, res) {
	var html = [];
	req.on('readable', function () {
		var chunk = req.read();
		console.log('readable');
		if (chunk) html.push(chunk.toString('utf8'));
	});
	req.on('end', function() {
		console.log('end');
		console.log('html', html);

		mjAPI.typeset({
			html: html.join(""),
			renderer: "SVG",
			inputs: ["TeX"],
			ex: 6,
			width: 40
		}, function (result) {
			console.log('typeset done');
			console.log(result);

			res.writeHead(200, {'Content-Type': 'text/plain; charset=utf-8'});
			res.end(result.html);
		});
	});
}).listen(13370, '127.0.0.1');
console.log('Server running at http://127.0.0.1:13370/');

ブログシステムからは保存時にこのAPIを呼んでHTMLをフィルタしてDBに保存するようにしました。

ハマりどころ

動的な MathJax だと、ページのコンテナサイズから適切な幅を計算してくれるのですが、サーバサイドだとそれができませんので、適切な横幅を自分で指定する必要がありました。

スマートフォンでの閲覧を考えると、width: 40 ぐらいにして、念のため CSS で svg { max-width: 100% } とかを入れておくとよさそうです。width が大きいと、数式ごとのフォントサイズが変わりまくって大変うっとおしいです。

MathJax-node の速度

MathJax-node はなぜかものすごく遅いです。ライブラリロード済みでも10秒ぐらいかかります。そもそも起動も遅いです。オンデマンドでやるのは無理そうなレベルです。

MathJax の JS のロードを抑制

これに伴なって、MathJax を使わなくても良さそうな場合、JSのロードすらやめるようにしました。

所感

MathJax の JS は2段階ぐらいでロードされるので RTT が長いほど不利になります。サーバサイドでやってしまえばJSを転送する必要も実行する必要もなくなるのでエコです。おかげでロードが結構早くなりました。

しかもページロード直後から数式が完全な形で表示されるので、ページに数式がある場合、体感的な速度は数倍に感じます。

負荷がコイルの場合は？

このシミュレーションの負荷は、伝送線路的トランスによる 4:1 (または9:1) のインピーダンス変換器になっている。出力側が50Ωになっているので、増幅器の負荷は200Ω (450Ω) になる。つまり増幅率があがる。

このシミュレーションの場合 450Ω 負荷だと頭うちになっていてあまり意味がないように見える。

なぜエミッタ接地なのか？

電圧増幅+エミッタフォロワみたいな形にしないのは、電圧増幅を伴なう場合エミッタフォロワの意味が薄いから？

を十分流す必要がある以上、負荷抵抗を大きくできない。逆にいうと出力インピーダンスは低くならざるを得ない。出力インピーダンスを直接50Ωとかにマッチングさせるなら、エミッタフォロワを使う意味はない。

ベース接地・エミッタフォロワ

いずれも電流増幅率が1だったり、電圧増幅率が1だったりするので電力増幅に向いてない。

カスコード接続

エミッタ接地の負荷にベース接地をつける形のもの。ミラー効果がなくなるので高い周波数まで増幅できるようになる。ただしトランジスタを2つ縦に繋げるので電源電圧をその分上げる必要がある。

割の合わなさ

「これは何の問題を解決してるんだろう」と思ってドキュメント読んだりソース読んだりした結果、大したことを解決してなくて、その割に実装量が多いとか学習コストが高いと、筋悪いなあと思う。

フットプリントや学習コストに対して提供されるモノが「割に合わない」のは筋が悪く感じる。

将来性のなさ

「あ、これはただの流行だな」みたいな、5年後には消滅してるなというものは筋が悪い。

標準にそういう機能入るよ、みたいなのを全然違うインターフェイスで実装してたりするのとかがあてはまる。標準で議論されている機能なら、ポリフィルにするのが最も将来無駄にならない。

HTTP2 に向けてキャッシュフレンドリーなリソース構成にしていこうな、という昨今で、何でもかんでもパックや!みたいなのも、今はぎりぎりいいかもしれないけど、既に筋悪い感じがする。

プログラムの見方を変えないラッパー

たとえば Promise はコールバックのちょっとしたラッパーぐらいの機能しかないが、プログラムの見方を変えるという重要な役割を持っているので、意味がある。

しかし単にシンタックスシュガー的なものしか提供していないとかで、何もプログラムの見方が変わっていないのにラッパーがかぶさっているのは、ライブラリとしての意味がない。

「プログラムの理解を助ける」という役割はとても重要だけど、そういう視点で作られているライブラリかどうか、それが割に合うかは難しい。

しかし最悪なのは書き手にとってしかメリットがないというもの。特に実装を全て読まないと使えない系は要注意で、そういう書き手のオナニーで変なラッパーが挟まってるみたいなのは読み手がとても苦労する。これはメリットがないというよりも明確に将来にわたって害となる。

ただし実装を全て読まないといけないものが全てだめかというとそういうわけでもない。実装は読まないと危険だけど可読性はあがるので割に合うこともある。

フルスタック

フレームワークのレールから外れた瞬間アホみたいなマジカルコードを書くことになる。レールから脱線すると必ずハマる。そしてフレームワークの枠組み内で収まるようなアプリケーションはない 。

もし使う場合コピペで実装できる以外のことをしないことがポイントで、「ここはこう書きたいんだ！」という自我を捨ててコピペする機械として生きなければならない。

実際のフルスタックというのは検索して出てきたstackoverflowのコピペで全部やりますよという意味で、なんでもできるという意味ではない。

CSS は必ずプッシュ・JSは場合による

サイトの構成によりますが、ページの表示に必要なものは全てプッシュするべきのようです。

• CSS の全て
• ページの根幹に関わるJSの全て

サーバプッシュの目的

まずサーバプッシュの目的を改めて確認しておくと、これはクリティカルレンダリングパスを削減するためです。

クリティカルレンダリングパスについては クリティカル レンダリング パスのパフォーマンスを分析する | Web Fundamentals - Google Developers がわかりやすいです。

サーバープッシュなしの場合 HTML+CSS 構成のページはクリティカルレンダリングパスが必ず2以上になります。つまり最低でもRTTの2倍の時間がページ表示に加算されます。

これをサーバプッシュで行う場合、HTML+CSSを一度に送り返すので、クリティカルレンダリングパスは1になります。

イメージとしてはHTML内の外部CSSが全てインライン style 要素にしてある場合に似ています。ただしサーバプッシュの場合、適切なキャッシュを効かせることができるケースがあるので、インライン style 要素よりも効率的です。

理想のサーバープッシュ

理想のサーバープッシュを考えるにあたって、ロードされるリソースの分類をしてみます。

型番について

• STM32F103 シリーズ
  • http://www.st.com/web/jp/jp/catalog/mmc/FM141/SC1169/SS1031/LN1565
• STM32F103C8
  • http://www.st.com/web/jp/catalog/mmc/FM141/SC1169/SS1031/LN1565/PF164476
• リファレンスマニュアル
  • http://www.st.com/web/jp/resource/technical/document/reference_manual/CD00171190.pdf

STM32F103 C8 T6 という型番の読みかた

• C: 48pins
• 8: 64kbytes Flash
• T: LQFP パッケージ
• 6: -40〜85°C

をあらわしています。STM32F103x8 (64k) や STM32F103xB (128k) はスペックシート共通になっています。 (ピン数とFlashのサイズの違いのみなので)

特徴

以下個人的に良さそうと思った点です。

• STM32F103 は USB 1.1 FS (フルスピード=12Mbps) に対応している
• ADC が2つある (チャンネル数は10)
  • 同時サンプリングができそう

Cortex-M3 なので M0 よりはパフォーマンスが良さそうです。一方 FPU や DSP 関係の命令 (SIMDとか) は M0 同様ありません。

クロック

SYSCLK (システムクロック) は

• HSI
  • High Speed Internal ?
• HSE
  • High Speed External ?
• PLL

の3種類のクロックソースがあります。

HSE はさらに HSE バイパスと HSE クリスタルとに別れています。バイパスは発振器のクロックを直接入れるモードです。

PLL のクロックソースにはHSIとHSEがどちらも使えるようになっています。

書きこみ (Lチカ)

例によって環境を整える部分は platformio でやります。

platformio.ini は以下のようにします。nucleo_f103rb は型番違いですが、ほぼほぼ互換性があります。nucleo_f103rb の外部水晶も 8MHz のようで、この場合 mbed の初期化コードは一切変更なしでいけそうです。

本来 boards の追加をもっと簡単にできたらいいのですが、現状の platfromio だとそういうことはできなそうです。

# platformio.ini
# nucleo_f103rb は f103c8t6 とフラッシュサイズとピン数以外は互換
# 外部クロックも 8MHz で同じのためそのまま使える
[env:stm32f103c8t6]
platform = ststm32
framework = mbed
board = nucleo_f103rb

Lチカはこのようにしました

#include "mbed.h"


DigitalOut led(PC_13);
// Serial serial(USBTX, USBRX);


int main() {
	for (;;) {
		led = 1;
		wait(0.5);
		led = 0;
		wait(0.5);
	}
}

PC_13 はボード上のLEDに繋がっています。nucleo_f103rb だと LED1 は PA_5 のようなので、ジェネリック名ではなくピン名で直接指定しています。

書きこみはこれまた ebay で購入した st-link2 を使いました (約400円)。Mac の USB ポートに繋ぐと特に何もしなくても認識するようでした。

ボードと st-link を接続して、USB 接続すると、基板上にも電源供給されます (別途電源供給はいらないようです)

書きこむためまず st-util を起動します。platformio で ststm32 環境をセットアップしておくと st-util もインストール済みのため楽です。

$ ~/.platformio/packages/tool-stlink/st-util
2016-04-14T00:48:41 INFO src/stlink-common.c: Loading device parameters....
2016-04-14T00:48:41 INFO src/stlink-common.c: Device connected is: F1 Medium-density device, id 0x20036410
2016-04-14T00:48:41 INFO src/stlink-common.c: SRAM size: 0x5000 bytes (20 KiB), Flash: 0x10000 bytes (64 KiB) in pages of 1024 bytes
2016-04-14T00:48:41 INFO gdbserver/gdb-server.c: Chip ID is 00000410, Core ID is  1ba01477.
2016-04-14T00:48:41 INFO gdbserver/gdb-server.c: Target voltage is 3254 mV.
2016-04-14T00:48:41 INFO gdbserver/gdb-server.c: Listening at *:4242...

こんな感じで gdb server として立ちあがります。

別のターミナルから gdb server に接続してバイナリを送りこみます。

$  ~/.platformio/packages/toolchain-gccarmnoneeabi/bin/arm-none-eabi-gdb .pioenvs/stm32f103c8t6/firmware.elf 
> target extended-remote localhost:4242
> load
> cont

これでLチカできました。

ref

• USB サンプル
  • http://www.st.com/st-web-ui/static/active/en/resource/technical/document/user_manual/CD00158241.pdf
  • http://www2.st.com/content/st_com/en/products/embedded-software/mcus-embedded-software/stm32-embedded-software/stm32-standard-peripheral-libraries-expansions/stsw-stm32121.html
• mbed の初期化コード
  • mbed-src/targets/cmsis/TARGET_STM/TARGET_STM32F1/TARGET_NUCLEO_F103RB
• mbed ピン名定義
  • mbed/TARGET_NUCLEO_F103RB/TARGET_STM/TARGET_STM32F1/TARGET_NUCLEO_F103RB

動機

各サービス、JS を読みこんでボタンを表示するタイプのものをメインに提供していますが、ソーシャルサービスへのシェアという機能で外部リソースの読み込みとJSの実行が発生するのは、提供される機能に対して割に合わないのではないかと思っていました。

実際ウェブサイトのパフォーマンスチューニングをしていると、細かいボタンのJSのダウンロード・パース・実行・表示後のリフローが結構多くて気になります。

実装

• テストページ https://lowreal.net/2016/sharebuttons/test.html

サービス

• Facebook
• Twitter
• Google+
• LINE
• はてなブックマーク

HTML+CSS+各サービスのアイコン画像(5つ)です。

各サービスのアイコンをSVGにしたかったのですが、各サービスのブランドガイドラインを読んでいると面倒になったのでオフィシャルなものを使っています。オフィシャルにSVG版が提供されていれば悩まないんですが、はてなブックマークしか提供していないようでした。

使っている画像はオフィシャルのものですが、さらに optipng や svgo をかけてあります (一部の画像にしか効きませんでしたが)。

LINE it! はスマフォかつアプリが入ってないと機能しません。JS版のボタンはスマフォの場合だけ出すような判定も入っているようです。テストページでは出しわけをしていませんが、このサイト内では画面サイズが小さいときだけ出るようにしています。

NASの維持コスト

電気料金 を30円/kWh、NAS の消費電力を 20W で計算すると、446円/月。24時間動かすので思いのほか電気料金がかかっていることになり、初期コストも含めて考えると、オンラインサービスと案外競合する。

NAS の特徴は

• 良：データが手元にある安心感
• 良：LANで完結するので速度が早い
• 悪：災害によってデータ消失が起こる
• 悪：自分でメンテする必要があり、故障が起こると思いがけずコストがかかる

オンラインサービスの維持コスト

オンラインサービスの特徴

• 良：災害があってもデータが失われない
• 良：自分でメンテナンスする必要がない
• 悪：大量のデータの取り出しが難しいことがある
• 悪：ネットワーク経由でしか入出力できないことがあるので速度が遅い
• 悪：サービスが終了することがある

server-push の指示をテンプレートに書きたい病

自分はプリロード指示をバックエンド側のテンプレートに書きたい病にかかっており、現状で以下のようなテンプレートコードを書いて、バックエンドから preload ヘッダを吐いています。

r.preload() は link ヘッダを追加するメソッドになっており、これを実際に読みこんでいるHTMLの部分の近くに置くことでリソース管理を簡略化しています。

しかし、これだとバックエンドから h2o へ server-push を指示する形になるので、前述のようにアプリケーションの実行時間分、push できる時間を無駄にします。

バックエンドから server-push するリストをあらかじめ取得する

できれば無駄をなくしたいので、やはり h2o の mruby ハンドラでも link ヘッダを吐くことにします。

ただ、二重に設定を書きたくはないので、バックエンドの吐く link ヘッダを、h2o 起動時に取得しておき、以降のリクエストではそれを元に server-push させるようにします。

まずバックエンドのヘッダをファイルに保存しておきます。ここでは適当に curl を使ってます。

curl -s --head -H 'Cache-Control: no-cache' https://lowreal.net > /srv/www/lowreal.net.link.txt

そして、起動時に read して push する分の link ヘッダを作っておき、ハンドラでそれを送るように設定します。

        mruby.handler: |
          LINK = File.read("/srv/www/lowreal.net.link.txt").
            split(/\r?\n/).select{|l| l.sub!(/^link: /, "") and l.match(/rel=preload/) and !l.match(/nopush/) }.
            join("\n")


          $stderr.puts LINK.inspect


          lambda do |env|
            [ 399, { "link" => LINK }, [] ]
         end

運用上は、適当なタイミング(デプロイタイミング)で curl を打って再度ヘッダを保存して h2o を再起動するようにします。

余談ですが curl を使わずとも mruby ハンドラ内で使える http_request() があるので h2o で完結しそうと思いきや、起動中のコンテキストでは使えないみたいです。

効果

mruby ハンドラで server-push を指示しない場合

mruby ハンドラで server-push を指示する場合

見るべきは、各リソースの responseEnd の時間と、 / に対する requestStart の時間の差です。ただ requestStart はいずれも 1ms 程度なので、注目するのは responseEnd だけで良さそうです。

mruby ハンドラで指示しない場合各リソースの responseEnd は100ms以上になっています。これはバックエンドの処理に約100msほどかかっているからです。一方 mruby ハンドラで指示する場合、responseEnd は 22ms ぐらいになっています。

この例だと、静的ファイルの responseEnd から、バックエンドのレスポンス開始までまだ時間があるので、もっと静的ファイルを server-push する余地がありそうです。

('cache-control: no-cache' をつけているのはバックエンド側のキャッシュを無効にして処理時間を作って差をわかりやすくしているだけです)

JS で h2o_casper クッキーを削除してからリロードする

最初に思いつく方法で手軽なやつです。以下のようなブックマークレットでリロードすると cookie がない状態からのリロードになります。

javascript:document.cookie="h2o_casper=; max-age=-1; path=/";location.reload(true);

h2o へパッチをあてて、force reload 時は常に h2o_casper を無視してプッシュさせる

force reload 時にブラウザはリクエストヘッダに Cache-Control: no-cache をつけるので (全てのブラウザかどうかわかりませんが)、その場合にはクッキーを無視して push します (set-cookie は吐かれます)

Cache-Control: no-cache とクライアントが宣言しているなら、casper も無効になっているのは正当ではないか？と思い実装しましたが、ほんとにそうか自信がないので、ひとまず自分のところでテストしています (このサーバには適用済み)。

diff --git a/lib/http2/connection.c b/lib/http2/connection.c
index 4395728..bc83829 100644
--- a/lib/http2/connection.c
+++ b/lib/http2/connection.c
@@ -1185,6 +1185,19 @@ static void push_path(h2o_req_t *src_req, const char *abspath, size_t abspath_le
                 src_stream->pull.casper_state = H2O_HTTP2_STREAM_CASPER_DISABLED;
                 return;
             }
+
+            /* disable casper (always push) when super-reloaded (cache-control is exactly matched to no-cache) */
+            if ( (header_index = h2o_find_header(&src_stream->req.headers, H2O_TOKEN_CACHE_CONTROL, -1)) != -1) {
+                h2o_header_t *header = src_stream->req.headers.entries + header_index;
+                if (h2o_lcstris(header->value.base, header->value.len, H2O_STRLIT("no-cache"))) {
+                    /* casper enabled for this request but ignore cookie */
+                    if (conn->casper == NULL)
+                        h2o_http2_conn_init_casper(conn, src_stream->req.hostconf->http2.casper.capacity_bits);
+                    src_stream->pull.casper_state = H2O_HTTP2_STREAM_CASPER_READY;
+                    break;
+                }
+            }
+
             /* casper enabled for this request */
             if (conn->casper == NULL)
                 h2o_http2_conn_init_casper(conn, src_stream->req.hostconf->http2.casper.capacity_bits);

mruby.handler でなんとかできないかと思いましたが、mruby 側の env に渡ってくる HTTP_COOKIE とかを書きかえても h2o 内部の処理には影響しないみたいなので無理そうでした。

余談：レスポンス時の Cache-Control: no-cache

レスポンス時の Cache-Control: no-cache が語感に反してキャッシュの利用を許可しているというのは良く知られている(？)と思いますが (キャッシュの利用を許可しないのは no-store)、これも max-age=0 との違いがよくわかってませんでした。

これについても上記の stackoverflow でわかりやすい解説があって、Cache-Control: no-cache は実質 Cache-Control: max-age=0, must-revalidate 相当だろうとのことでした。単純な max-age=0 はクライアント側が validate できなければ期限切れのキャッシュ利用を許しているという違いがあるようです。

throttling しつつ nghttp

なお Chrome の場合は開発者ツールの Network タブで速度と Latency を設定して throttling できます。

ref.

• https://www.nttdocomo.co.jp/support/area/effective_speed/
• http://www.softbank.jp/mobile/network/explanation/speed-survey/
• http://www.au.kddi.com/mobile/area/effective-speed/

テンプレートの minify

このブログシステムのテンプレートは Text::Xslate::Syntax::TTerse です。

まず、Xslate のビュー読みこみをフックして、テンプレートを動的に minify するようにしました。

{
	no warnings 'redefine';
	*Text::Xslate::slurp_template = sub {
		my ($self, $input_layer, $fullpath) = @_;
		my $source = sub {
			if (ref $fullpath eq 'SCALAR') {
				return $$fullpath;
			} else {
				open my($source), '<' . $input_layer, $fullpath
					or $self->_error("LoadError: Cannot open $fullpath for reading: $!");
				local $/;
				return scalar <$source>;
			}
		}->();
		if ($fullpath =~ /\.html$/) {
			$source = Nogag::Utils->minify($source);
			return $source;
		} else {
			return $source;
		}
	};
	$XSLATE->load_file($_) for qw{
		index.html
		_article.html
		_adsense.html
		_images.html
	};
};

Xslate には pre_process_handler というのがあって、 読みこまれたテンプレートにフィルタをかけることができます。が、この機能だとファイル名がわからないので使っておらず、slurp_template を上書きしています。

(明示的に load_file しているのは、エラーが起きるなら起動時にしたいというのと、fork 前にロードすることでメモリの節約になるからで、本題とは関係ありません)

TTerse なテンプレートに対して html-minifier を使う場合、配慮する点がいくつかあります。

<meta content="[% "foo" _ "bar" %]">

<!-- ダメ -->
<article
   [% IF xxx %]
   itemscope
   itemprop="blogPosts"
   [% END %]
   >

<!-- よろしい -->
<article
   [% IF xxx %]itemscope[% END %]
   [% IF xxx %]itemprop="blogPosts"[% END %]
   >

function processMinify (html) {
	return Promise.resolve(minify(html, {
		html5: true,
		customAttrSurround: [
			[/\[%\s*(?:IF|UNLESS)\s+.+?\s*%\]/, /\[%\s*END\s*%\]/]
		],
		decodeEntities: true,
		collapseBooleanAttributes: true,
		collapseInlineTagWhitespace: true,
		collapseWhitespace: true,
		conservativeCollapse: true,
		preserveLineBreaks: false,
		minifyCSS: true,
		minifyJS: true,
		removeAttributeQuotes: true,
		removeOptionalTags: true,
		removeRedundantAttributes: true,
		removeScriptTypeAttributes: true,
		removeStyleLinkTypeAttributes: true,
		processConditionalComments: true,
		removeComments: true,
		sortAttributes: true,
		sortClassName: false,
		useShortDoctype: true
	}));
}

エントリ本文のポストプロセス

エントリ保存時には、minify もそうですが、ほかにも修正を加えたいことが多々あります。例えば画像を強制的に https 化して mixed content を防ぎたいとか、コードハイライトを行いたいとかです。

コードハイライトは今まで highlight.js を使い、クライアントサイドでやっていました。これも本来ダイナミックにやる必要はなくポストプロセスでできることなので、そのように変えることにしました。highlight.js をサーバサイドで行うと、付与されるマークアップ分 HTML の転送量が増えますが、highlight.js 自体が結構大きいので、かなり長いコードをハイライトしない限り、サーバサイドでやったほうが得そうです。

以前サーバサイドでMathJaxを処理するようにしましたが、この node.js の内部向けサーバをさらに拡張して、JS でいろいろなポストプロセスの処理を書けるようにしました。

これにより、クライアントサイドでやってたことをそのままサーバサイドできるようになりました。すなわち、hightlight.js をそのままサーバサイドでも動かしていますし、jsdom を使って細かいHTMLの書きかえを querySelector など標準の DOM 操作でできるようにしています。

#!/usr/bin/env node


const jsdom = require("jsdom").jsdom;
const mjAPI = require("mathjax-node/lib/mj-page.js");
const hljs = require('highlight.js');


const minify = require('html-minifier').minify;
const http = require('http');
const https = require('https');
const url = require('url');
const vm = require('vm');


const HTTPS = {
	GET : function (url) {
		var body = '';
		return new Promise( (resolve, reject) => {
			https.get(
				url,
				(res) => {
					res.on('data', function (chunk) {
						body += chunk;
					});
					res.on('end', function() {
						res.body = body;
						resolve(res);
					})
				}
			).on('error', reject);
		});
	}
};


mjAPI.start();
mjAPI.config({
	tex2jax: {
		inlineMath: [["\\(","\\)"]],
		displayMath: [ ["$$", "$$"] ]
	},
	extensions: ["tex2jax.js"]
});


function processWithString (html) {
	console.log('processWithString');
	return Promise.resolve(html).
		then(processMathJax).
		then(processMinify);
}


function processWithDOM (html) {
	console.log('processWithDOM');
	var document = jsdom(undefined, {
		features: {
			FetchExternalResources: false,
			ProcessExternalResources: false,
			SkipExternalResources: /./
		}
	});
	document.body.innerHTML = html;
	var dom = document.body;
	return Promise.resolve(dom).
		then(processHighlight).
		then(processImages).
		then(processWidgets).
		then( (dom) => dom.innerHTML );
}




function processHighlight (node) {
	console.log('processHighlight');
	var codes = node.querySelectorAll('pre.code');
	for (var i = 0, it; (it = codes[i]); i++) {
		if (/lang-(\S+)/.test(it.className)) {
			console.log('highlightBlock', it);
			hljs.highlightBlock(it);
		}
	}
	return Promise.resolve(node);
}


function processImages (node) {
	console.log('processImages');
	{
		var imgs = node.querySelectorAll('img[src*="googleusercontent"], img[src*="ggpht"]');
		for (var i = 0, img; (img = imgs[i]); i++) {
			img.src = img.src.
				replace(/^http:/, 'https:').
				replace(/\/s\d+\//g, '/s2048/');
		}
	}
	{
		var imgs = node.querySelectorAll('img[src*="cdn-ak.f.st-hatena.com"]');
		for (var i = 0, img; (img = imgs[i]); i++) {
			img.src = img.src.
				replace(/^http:/, 'https:');
		}
	}
	{
		var imgs = node.querySelectorAll('img[src*="ecx.images-amazon.com"]');
		for (var i = 0, img; (img = imgs[i]); i++) {
			img.src = img.src.
				replace(/^http:\/\/ecx\.images-amazon\.com/, 'https://images-na.ssl-images-amazon.com');
		}
	}
	return Promise.resolve(node);
}


function processWidgets (node) {
	var promises = [];


	console.log('processWidgets');
	var iframes = node.querySelectorAll('iframe[src*="www.youtube.com"]');
	for (var i = 0, iframe; (iframe = iframes[i]); i++) {
		iframe.src = iframe.src.replace(/^http:/, 'https:');
	}


	var scripts = node.getElementsByTagName('script');
	for (var i = 0, it; (it = scripts[i]); i++) (function (it) {
		if (!it.src) return;
		if (it.src.match(new RegExp('https://gist.github.com/[^.]+?.js'))) {
			var promise = HTTPS.GET(it.src).
				then( (res) => {
					var written = '';
					vm.runInNewContext(res.body, {
						document : {
							write : function (str) {
								written += str;
							}
						}
					});
					var div = node.ownerDocument.createElement('div');
					div.innerHTML = written;
					div.className = 'gist-github-com-js';
					it.parentNode.replaceChild(div, it);
				}).
				catch( (e) => {
					console.log(e);
				});


			promises.push(promise);
		}
	})(it);


	return Promise.all(promises).then( () => {
		return node;
	});
}


function processMathJax (html) {
	console.log('processMathJax');
	if (!html.match(/\\\(|\$\$/)) {
		return Promise.resolve(html);
	}
	return new Promise( (resolve, reject) => {
		mjAPI.typeset({
			html: html,
			renderer: "SVG",
			inputs: ["TeX"],
			ex: 6,
			width: 40
		}, function (result) {
			console.log('typeset done');
			console.log(result);


			resolve(result.html);
		});
	});
}


function processMinify (html) {
	return Promise.resolve(minify(html, {
		html5: true,
		customAttrSurround: [
			[/\[%\s*(?:IF|UNLESS)\s+.+?\s*%\]/, /\[%\s*END\s*%\]/]
		],
		decodeEntities: true,
		collapseBooleanAttributes: true,
		collapseInlineTagWhitespace: true,
		collapseWhitespace: true,
		conservativeCollapse: true,
		preserveLineBreaks: false,
		minifyCSS: true,
		minifyJS: true,
		removeAttributeQuotes: true,
		removeOptionalTags: true,
		removeRedundantAttributes: true,
		removeScriptTypeAttributes: true,
		removeStyleLinkTypeAttributes: true,
		processConditionalComments: true,
		removeComments: true,
		sortAttributes: true,
		sortClassName: false,
		useShortDoctype: true
	}));
}
const port = process.env['PORT'] || 13370


http.createServer(function (req, res) {
	var html = '';
	var location = url.parse(req.url, true);
	req.on('readable', function () {
		var chunk = req.read();
		console.log('readable');
		if (chunk) html += chunk.toString('utf8');
	});
	req.on('end', function() {
		console.log('end');


		if (location.query.minifyOnly) {
			Promise.resolve(html).
				then(processMinify).
				then( (html) => {
					console.log('done');
					res.writeHead(200, {'Content-Type': 'text/plain; charset=utf-8'});
					res.end(html);
				}).
				catch( (e) => {
					console.log(e);
					console.log(e.stack);
					res.writeHead(500, {'Content-Type': 'text/plain; charset=utf-8'});
					res.end(html);
				});
		} else {
			Promise.resolve(html).
				then(processWithDOM).
				then(processWithString).
				then( (html) => {
					console.log('done');
					res.writeHead(200, {'Content-Type': 'text/plain; charset=utf-8'});
					res.end(html);
				}).
				catch( (e) => {
					console.log(e);
					console.log(e.stack);
					res.writeHead(500, {'Content-Type': 'text/plain; charset=utf-8'});
					res.end(html);
				});
		}
	});
}).listen(port, '127.0.0.1');
console.log('Server running at http://127.0.0.1:' + port);

運用

1. エントリ保存時にはてな記法→HTMLと上記のような処理をしてDBに保存する(キャッシュ)
2. レンダリング結果をページキャッシュ

という2段階のキャッシュがあります。テンプレートを変更しただけの場合、レンダリング結果のキャッシュを作りなおします。これは冒頭の通り約13分程度かかります。このページ単位のキャッシュはエントリを保存すると関連するキャッシュが自動的に無効になるようになっています。この場合、次回アクセス時に再生成になります。

記法フォーマッターのコード変更や、ポストプロセス処理に変更を入れた場合には、エントリのリフォーマットが必要です。これは全てやると約10分ぐらいかかります。ただ一部エントリだけにリフォーマットをかけるようなこともできるようにしています。

気になった点

protocol と言っている通り、next() を適切なインターフェイスで実装しているものは全て iterator なため、イテレータ全般に対して基底クラスみたいなものがありません。これはこれでいいんですが、不便な点があります。イテレータに対してメソッドの追加というのができません。

自分の中のオブジェクト指向の気持ちは以下のように書きたいのです。

[
	countup(1),
	cycle(["", "", "Fizz"]),
	cycle(["", "", "", "", "Buzz"])
].
	zip().
	map( (_) => _[1] + _[2] || _[0] ).
	take(30)

しかし、イテレータの prototype というのは存在しないので、毎回必ず何らかの関数形式のラッパーが必要になってしまいます。

関連コンテンツ

広告ユニットではあるが、サイト内の関連コンテンツを表示してくれるので普通に便利。先頭に2つぐらい広告が入る感じ。便利になるだけで収益にならないユニットなのかと思ったけど、ちゃんと収益にもなる模様。

パフォーマンスレポートを見てみても、他のユニットと比較してかなり収益性が高そう (このサイトの場合そもそも微々たるものだけど)

ページ単位の広告

「ページ単位の広告」という名前の中にさらに2種類ある。

「アンカー広告」はよくあるスマフォ向けの広告で、画面下を常時占領するタイプ。ただ、position: fixed で固定しているようで、JS の scroll イベントを奪っている系のウザさはないのが救い。

「モバイル全面広告」はときどきあるだいぶうざい全面広告に似ているが、ページを開いたときではなくて、次ページに遷移しようとするときに次のページをロードしながら表示される広告、ということになっているらしい。

ページのパフォーマンスと広告

明かなことだけど、Adsense を貼るだけで、おそろしくページのロードは遅くなる。非同期コードを使おうがページ全体の onload までの時間が伸びるのはどうしようもない。

たいして儲かるわけでもない Adsense を貼って遅くするのもどうかとは思うけど、Adsense なくしたらロード早いのは当たり前すぎるので、かえって意固地になって広告を貼りまくっている。遅くなっても儲かってくれるならいいんだけど

余談：Adsense の広告コードの修正・改変

• https://support.google.com/adsense/answer/1354736

「広告コードには一切の変更が認められない」みたいなことが過去に書いてあったような記憶があるんですが (記憶違いかも)、現状では上記の通り、改変が認められるケースがあり、悪意をもってやるようなことじゃなければだいたい大丈夫そうな雰囲気があります。