RaspberryPi OSのインストールとVNC利用

 

山口県長門市の元乃隅神社（赤い鳥居が有名ね）

さて，Ubuntu(Linux)サーバにおけるApache2のインストールと設定方法について，前回まで学習しました。これでインターネットとサーバ内を繋ぐことができるようになりました。

さて，ここからはIoTデバイスのためのプログラミング環境の構築に入って行きます。IoTデバイスというと温度や湿度等のセンサーがすぐ思いつきますが，ここではそれらを束ねるクライアント機器とデータを収集するサーバのプログラミング開発環境を作っていきます。

ITの世界で今最も注目を浴びる分野はAIです。このAIは，農業AIであったり，生産技術AIであったりとあらゆる分野毎に作って行くことになります。これらを作る過程で最も必要なもの，それは，各々の分野におけるAI学習用データです。

その学習用データを得るには，データを集め分析する仕組みを作る必要があり，そのためのプログラミング環境をIoTデバイス毎に構築していきたいと考えます。

IoTデバイスとしては，サーバ，PC，SBC（シングルボードコンピュータ），センサー等が必要ですが，まずはSBCであるRaspberry Piのプログラミング環境について学習します。

  RaspberryPiとは

RaspberryPiはラズベリーパイといい，基盤剥き出しの小型コンピュータになります。これに温度計や湿度計あるいはカメラ等のセンサー機器を接続し，取得したデータをサーバに伝送する中継器としての役割を担います。以下が実際のRaspberryPiです。

Raspberry Pi４Model B 4G RAM

このラズベリーパイは，Debian系のLinuxをインストールでき，プログラミングなどの学習用機器としてイギリスのラズベリーパイ財団で開発されました。現在は，コロナ感染症拡大の影響を受け，非常に品薄の状態になっています。

また，ストレージは常駐型でなくmicroSDカードを差し込んで使います。そのため，耐久性の面で不安定な要素があり，CPUもスマートフォンや携帯電話に使われるArmプロセッサを使ったもので，PCに較べてかなり非力です。ただ，小型で拡張性に優れており，IoTなどのちょっとした実証に使うには手頃な機器であると言えます。当研究会ではこのラズベリーパイを使って学習します。

【準備機器】

 　raspberry Pi (今回は，Raspberry Pi４Model B 4G RAMを使います。）

 　raspberry Pi 用　ACアダプタ

 　micro SDカード（PCとのUSB接続を考慮したもの）

    LANケーブル

 　PC　(VNCツールをインストールして，リモートデスクトップ環境で使います。）

  Raspberry Pi OSのインストール

ラズベリーパイにOSをインストールします。Raspberry Pi OSはDebian GNU/Linuxを基にしたLinuxで，ラズパイ上のハードウェア機能を引き出す調整がされているため，トラブル無くラズパイを扱えます。

ラズベリーパイのOSインストール方法は，microSDを使ったRaspberry Pi Imager(以下，Imager) の利用が手軽で確実です。このImagerは，ラズベリー財団のホームページからダウンロードすることが出来ます。

PCにダウンロードした後，PC側でImagerをインストールし起動します。書き込むmicroSDをPCに接続します。パソコンにＳＤカードの入出力アダプターが無い場合には，接続用器具を用意する必要があります。

「Raspberry Pi Imager画面」でデバイス，OS，ストレージを選択します。［OSを選択］ボタンでは適切なOSを選択しインストールします。今回は「Raspberry OS (64bit-bit)」を選択してみました。

次ヘをクリックすると，Ｐi OSにいろいろな設定を施すことができます。この設定は，後で設定することもできるのですが，今回は，VNCツールを使ってリモート環境で操作していきますので，後での設定が難しい面もあり，できる所は設定しておいた方が楽になります。

「設定編集の選択画面」が開きます。「設定を編集する」をクリックします。

「一般」「サービス」「オプション」と画面が選択できますので，「一般」の「ホスト名」，「ユーザ名とパスワードを設定する」，「ロケールを設定する」にチェックを入れて各項目を入力してください。

「Wi-Fiを設定する」は最初からWi-Fiを使う場合に設定してください。今回は，LANケーブルを使ってインターネットにつなげることにしましたので，ここでは設定していません。Wi-Fiは後でも設定できますので大丈夫です。

なお，入力したホスト名，ユーザ名，パスワードは忘れないようにしてください。

次に，「サービス」の設定をしてください．これは，SSH接続の設定になります．後でわかりますが，RaspberryPiは，ネットワークに繋げた後，SSHプロトコルで使って設定していく必要があります．

これをここで設定していないとSSHポートが有効になりません。RaspberryPiに直接繋ぐＴＶやキーボード・マウスを用意できる場合はいいのですが，そうでない場合は以後の設定が難しくなります．

セキュリティ面から，公開鍵認証の方が望ましいですが，後でも出来るので今回はパスワード認証とします。「オプション」は必要ありませんので，これで「保存」します．

microSDカード書き込み指示画面まで進めて，「はい」をクリックします。書き込みが開始されます。Raspberry OSのmicroSDカード書き込み中画面が表示されます。

SDカードの書き込みには数分かかります。書き込み終了後，自動的に検証が実行され成功するとSDカードが取り外せる状態になります。microSDカードの作成は以上で終了です。

microSDカードをPCから外して，RaspberryＰiに差し込みます。差し込むアダプタはRaspberryPi基板にあります。RaspberryＰiにACアダプタをつないで電源を入れ，LANに接続してVNCツールによりRaspberryPiを操作できるようにして行きます。

続いて，RaspberryＰiのIPアドレスを取得する必要があります．これを知るには，いろいろな方法はありますが，簡単な方法としてはRaspberryＰiが繋がっているLANセグメント上にPCを接続して，PCのコマンドプロンプトから次のコマンドを入力します．

>arp -a

インターフェイス: 192.168.1.2 --- 0x7

  インターネット アドレス 物理アドレス               種類

  192.168.1.1    　　       18-ec-e7-84-6d-20     動的

  192.168.1.3           　　dc-a6-32-97-60-ea     動的

  192.168.1.255             ff-ff-ff-ff-ff-ff               静的

RaspberryPiの物理アドレスは，「b8：27」，「dc：a6」，「e4:5f」から始まりますので，どれがRaspberryPiのＩＰアドレスか分かります。

但し，物理アドレスのPCへの展開には時間がかかりますので，適当にPingコマンドで当たりをつけた方が早いかもしれません。

  SSH(TeraTerm)によるRaspberryPiへのログイン

このＩＰアドレスが見つけられたら，TeraTermなどのツールを使ってRaspberryPiにアクセスします。具体的には，TeraTermツールの「新しい接続画面」でホスト名かIPアドレスを入力します。

ホスト名は，先ほどのImagerで設定したホスト名になります。

今回は「raspberrypi.local」です。ここにIPアドレスを打ち込んでもアクセスできます。

「OK」をクリックします。

初めて接続する場合は，「セキュリティ警告」ウィンドウが表示されますが，「known hostsリストファイル」を追加する行為なので，「このホストをknown hostsリストに追加する」を選択して「続行ボタン」を押します。次からは「セキュリティ警告」画面は出なくなります。

次に「SSH認証画面」が開きます。先ほどImagerで設定した「ユーザ名」と「パスワード」を入力して，「プレインパスワード」を使って認証します。「OK」ボタンをクリックします。

VT画面に「pi@raspberrypi:~ $」が出力されれば，ログインOKです。

これは，コマンドラインインターフェース（CLI）になりますので，ここから，RaspberryPiのDeskTop画面表示を目指していきます。

  RaspberryPiのソフトアップデートとVNCサーバのインストール

その前に，RaspberryPiに接続できたので，最低限の設定をします。最初にRaspberryPiのソフトのアップデートを行います。次のコマンドを入力してください。

 パッケージを最新版に更新

$ sudo apt update

$ sudo apt upgrade

 vnc-serverのインストール

$ sudo apt install realvnc-vnc-server

  RaspberryPiのコマンドラインからのVNCサーバの起動

VNCを使わずSSHでRaspberry Piにログインしている場合，グラフィカルな設定は行えません．そのため，コマンドライン上からVNCサーバを起動させる設定を行います．下のようにコマンドプロンプトに入力します.

$ sudo raspi-config

以下の「コマンドライン設定画面」が開くので，「Interface Options」を選択します。

次にRaspberry OSのInterface Optionsの「メニュー画面」が開くので，「VNC」を選択します。

「VNCサーバを起動していいか」を聞いてくるので，「はい」を選択します。

「確認画面」が出るので「OK」をクリックします。

これで，「VNCサーバが起動」しました。

【参考】microSD使用ディスク容量のリサイズ（拡大）

microSDの使用容量を確認するため，次のコマンドを入力する。

$ df -h

ファイルシス          サイズ  使用    残り   使用% マウント位置

udev                     1.6G      0     1.6G    0%     /dev

tmpfs                    380M  1.3M  379M    1%    /run

/dev/mmcblk0p2    57G    4.9G     49G    10%   /

tmpfs                    1.9G   204K   1.9G    1%     /dev/shm

tmpfs                    5.0M   16K    5.0M    1%    /run/lock

/dev/mmcblk0p1   510M   73M   438M   15%  /boot/firmware

tmpfs                   380M   52K    380M    1%   /run/user/1000

現状，64GのmicroSDカードを使っていますので，よい配分になっているようですが，容量のリサイズを行う場合は，次のように行います。

$ sudo raspi-config

以下のコマンドライン設定画面が開きますので，「advanced_Options」を選択します。

        

次に，「advanced_Optionsのメニュー画面」が開きますので「Expand_Filesystem」を選択します。

        

resizeしたのでRebootで有効になるというメッセージが開きますので，「了解」をクリックします。

再度，「初期画面」に戻るので，「Finish」を選択しエンターを押します。

自動的にRebootして良いか聞いてくるので，「はい」をエンターします。

画面が消えて，Rebootされますので，暫くしてから再度，SSHでRaspberryPiに接続し，次のコマンドを打って利用できる容量を確認します。

$ df -h

ファイルシス         サイズ  使用    残り 　使用% マウント位置

udev                     1.6G     0     1.6G     0%     /dev

tmpfs                   380M  1.3M  379M    1%    /run

/dev/mmcblk0p2    57G  4.9G   49G     10%   /

tmpfs                    1.9G  140K  1.9G      1%   /dev/shm

tmpfs                    5.0M   16K  5.0M      1%   /run/lock

/dev/mmcblk0p1   510M   73M  438M   15%   /boot/firmware

tmpfs                   380M   52K  380M      1%   /run/user/1000

変化がないので，現在はImagerが改良されてリサイズも含めてmicroSDカードを作ってくれるようです。なお，次のコマンドでもディスク拡張が行えます。

$ sudo raspi-config --expand-rootfs

  VNCによるRaspberryPiのDeskTop画面の表示

さて，microSDカードとRaspberryPiのサーバ起動準備が整いましたので，RaspberryPiのDeskTop画面を表示していきたいと思います。

DeskTop画面を表示するには，VT機器やキーボード・マウスが別途用意出来るのであれば，それをRaspberryPiに繋げばいいのですが，費用がかかりますのでVNCツールを使ってリモートデスクトップ環境で見える形にします。

VNCとは，ネットワークを通じて別のコンピュータに接続し，そのデスクトップ画面を呼び出して操作するリモートデスクトップ技術を使った派生ソフトウェア群の総称です。

VNCツールはいろいろありますが，Windowsでよく知られているREALVNCツールは，個人の場合は今のところ無料なようです。いつ有料になるかはわかりませんが，今回はこれを使ってリモート接続を実現します。

セキュリティにも留意して信用の高いサイトからダウンロードできるソフトを利用してください。参考までに，REALVNCのサイトをここに示します。

VNCツールを使わない場合には，VT機器やキーボード・マウスが別途必要になります。

さて，このVNCツールを使ってRaspberryPiのDeskTopを開くには，PCにインストールしたVNCツールを起動します。「Viewer画面」が開きますので，画面向かって左上の「File」タブから「Preferences」をクリックします。

VNCツールの「Application Preferences画面」が開きますので，「Expert項目」を選択し，「ProxyTcpRfb」を探してＶalue値を「False」に変更します。

「Apply」をクリックして最後に「OK」をクリックします。

最初に戻って，画面向かって左上の「File」タブから「New Connection」をクリックします。

New Connectionの「Properties画面」が開きますので，VNCサーバの「IPアドレス」または「ホスト名」と，「Name（名称）」を入力し「OK」をクリックします。

VNＣViewerに「VNCサーバ対象」が表示されますので，クリックします。この時，「ホスト名」を指定しても繋がらない場合は，「IPアドレス」で試してみてください。

それでも接続できない場合は，VNCサーバが稼働してないことが考えられますので，再度，VNCサーバの起動に戻ってやり直してみてください。

VNCサーバが動いているかどうかは以下のコマンドで確認できます。

コード

$ ps -ef | grep vnc
pi          1117       1  0 10:28 ?        00:00:04 /usr/bin/wayvnc --render-cursor --keyboard=jp
pi          2842    2200  0 11:55 pts/0    00:00:00 grep --color=auto vnc

初めて接続する場合は警告エラー画面が出る場合があります。その場合は「Continue」します。「認証画面」が出たら，Imagerで設定した「ユーザ名」と「パスワード」を入力します。

特に問題がなければ，「RaspberryPiのDeskTop」画面が出力されます。

以上で，VNCを使ったＤesktop画面の表示方法を記述しました。

  まとめ

VNCツールを利用してRaspberryPiのＤesktop画面を出力するところまで来ました。この画面から日本語などを設定した方が簡単です。

しかし，長くなりすぎましたので，この辺で一旦終わります。

次回は，RaspberryPiの残りの設定と，Node-REDのインストールに入っていきます。

Node-REDの設定後，raspberryPiについては一旦終了し，ubuntuサーバのNode-REDインストール設定に移ります。まだ先は長いですね。

では，また。

（注意）

諸般の事情で画面イメージが表示できないので分かりにくいですが，実際の機器を操作して行けば大丈夫です。

なお，情報の正確性を期していますが，実施される場合は自己責任でお願いします。