シェルからのハード操作超入門

第 2 特集
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第 2 章　第 2 特集ハード操作超入門
ステップ・バイ・ステップでメカニズムを確認！
シェルからの
ハード操作超入門
中村和敬
①/sys/class/gpio/exportに使用するGPIOポート番号を
書き込む
書き込み
gpio/export
シェル
HDMI
ディスプレイ
ネットワーク
（インターネット）
ラズベリー・パイ
gpio/gpio17
作　成
イーサ
ネット
カーネル
USB
②カーネルが書き込みを検知して，操作用のデバイス・ファイル
群を作成
USB
HDMI
プロセッサ
GPIO
（a）
ステップ1：デバイスファイルを作成する
③/sys/class/gpio/gpio17/valueに値を書き込み
書き込み
シェル
gpio17/value
キーボード
マウス
チカ
LED
図 2　シェルを使ったハードウェア操作のメカニズムをステップ・
バイ・ステップで確かめてみる
4107044_ME05
GPIO17番ピン
操　作
カーネル
④カーネルが書き込みを検知して，対応する操作を実行
（b）
ステップ2：デバイス・ファイルを操作
（=ハードウェアを操作）する
図 1　デバイス・ファイルを通じた GPIO ポート制御の仕組み
汎用 OS ボード・コンピュータの特徴
●マイコンと比べてソフト開発の比率が高い
Linux が動作する代表的なボード・コンピュータと
して，ラズベリー・パイがあります．GPIO や I2C と
いった組み込み向けのインターフェースから，イーサ
ネットや USB といった PC 向けのインターフェースま
でそろっていて，ちょっとしたガジェットを作る際の
ベースとして，定番になった感があります．
ラズベリー・パイのような Linux ベースのボード・
コンピュータを利用する場合，マイコンを用いた機器
開発と比べてソフトウェア開発の比率が格段に高まり
ます．
● ムダにたくさん書く必要はない…
ハードの操作はむしろ簡単
OS が載っているためにできることが制限されたよ
2016 年 10 月号
うに思うことがあるかもしれません．
しかし，ラズベリー・パイの標準の OS，Raspbian
は，ちょっと気の利いた小物を開発する際に便利なさ
まざまな機能を提供しています．シェルを通じてそれ
らを組み合わせることで，初心者でも簡単にさまざま
な機能を持った機器を作ることができます．
また，Raspbian 上からも，簡単な手順で GPIO など
の低レベル・ポートを直接操作することができます．
こういった操作はシェルを通じて行うことができるの
で，対話的に周辺機器を操作して動作を確認しながら
開発を進めることができます．
つまりシェルの使い方を学ぶことで，一からプログ
ラムを書かなければならない場合と比べてはるかに簡
単に開発を進めることができます．
UNIX ハード制御の基本メカニズム
●ファイルの読み書きでデバイスを制御できる
UNIX では仮想ファイルにデータを書き込むことに
よって，さまざまなデバイスの制御を行うことができ
ます．UNIX は仮想ファイルへの書き込みをデバイス
の操作と解釈し，内部でファイルに対応するデバイ
ス・ドライバを呼び出し，対応する操作を行います
（図 1）
．今回は LED の点滅ということで，出力の例を
示します．入力についても同じようにファイルを読み
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