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Menderで始める組み込みOTA 第3回 : Quickstart Part2 : Raspberry Pi 3/4を接続

2022/05/23に公開

mender

ota

remoteupdate

tech

MenderはオープンソースベースのLinux向けOTA(Over the Air Update)ソリューションです。

https://mender.io/

筆者の会社コードギアではこのたびご縁あってMenderの技術サポートを提供する機会を得ました。
この一連の記事ではMender OTAソリューションの技術的な側面を紹介します。

「Menderで始める組み込みOTA」記事インデックス

はじめに

この回はRaspbery Pi 3/4 を用意してSaaSのmender.ioに接続するまでを紹介します。
基本的な流れは docs.mender.io にあるPrepare a Raspberry Pi deviceの内容と同じです。

Raspberry Piは以下の機種が利用可能です。

Raspberry Pi 3 Model B
Raspberry Pi 3 Model B+
Raspberry Pi 4 Model B

また、8GB以上のマイクロSDメモリカードを利用します。書き込み時にはTranscend社のTS-RDF5 アダプタを利用しました。

開発PCとしてWindows 10 PCまたはUnbuntu 20.04 をインストールしたLinux PCを想定しています。

Raspberry Pi OSをマイクロSDメモリカードに書き込む

以下のRaspberry Piドキュメントを参考に、Raspberry Pi Imagerツールを利用してマイクロSDメモリカードにRaspberry Pi OSを書き込みます。

Setting up your Raspberry Pi

ダウンロードするイメージファイルは以下(2022年5月現在)

Raspberry Pi 3 Model B/B+用
https://d4o6e0uccgv40.cloudfront.net/2021-10-30-raspios-bullseye-armhf-lite/arm/2021-10-30-raspios-bullseye-armhf-lite-raspberrypi3-mender-convert-2.6.2.img.xz

Raspberry Pi 4 Model B用
https://d4o6e0uccgv40.cloudfront.net/2021-10-30-raspios-bullseye-armhf-lite/arm/2021-10-30-raspios-bullseye-armhf-lite-raspberrypi4-mender-convert-2.6.2.img.xz

ここで提供されているイメージはmenderで使用するためにカスタマイズ済みの Bullseye イメージです。世代的にはDebian 10 'buster' との互換性があります。

↓ Raspberry Pi Imager を起動

↓ 「Use Custom」で書き込みファイルを選択

↓ 書き込み先マイクロSDメモリを選択

↓ 設定完了したので「Write」を押す

↓ 書き込み開始

↓ 書き込み終了

Raspberry Piをネットワーク接続する準備を行う

以下のいずれかの手順でRaspberry Piの sshサーバー機能 を有効にします。
有線Ethernetを利用するか、WiFiを設定することもできます。

Linux PCが手元にある場合には以下のHeadless手順で直接マイクロSDメモリ内の設定を変更してWiFi接続が可能です。

Option #1: Configure wireless network and enable SSH in headless mode

Setting up a Headless Raspberry Pi

手元にWindows PCしかない場合は、モニタとUSBキーボード/マウスを接続して、Raspberry Pi起動後にモニタ画面を見ながら設定を書き換えます。

Option #2: Configure wireless network and enable SSH by attach a keyboard and monitor

有線LANネットワークににDHCPを利用して接続する際はsshサーバーを有効にするだけです。このために、(いったんログインした後)raspi-configを実行し、sshを有効にします。

Run sudo raspi-config
Navigate to Interfacing Options and Select SSH
Choose Yes, OK and Finish

実行後に systemctl を利用すると、sshdが起動していることが確認できます。

pi@raspberrypi:~ $ systemctl status sshd
● ssh.service - OpenBSD Secure Shell server
     Loaded: loaded (/lib/systemd/system/ssh.service; enabled; vendor preset: e>
     Active: active (running) since Fri 2022-05-20 14:35:12 BST; 8min ago
       Docs: man:sshd(8)
             man:sshd_config(5)
    Process: 1274 ExecStartPre=/usr/sbin/sshd -t (code=exited, status=0/SUCCESS)
   Main PID: 1275 (sshd)
      Tasks: 1 (limit: 1597)
        CPU: 1.114s
     CGroup: /system.slice/ssh.service
             └─1275 sshd: /usr/sbin/sshd -D [listener] 0 of 10-100 startups

May 20 14:35:12 raspberrypi systemd[1]: Starting OpenBSD Secure Shell server...
May 20 14:35:12 raspberrypi sshd[1275]: Server listening on 0.0.0.0 port 22.
May 20 14:35:12 raspberrypi sshd[1275]: Server listening on :: port 22.
May 20 14:35:12 raspberrypi systemd[1]: Started OpenBSD Secure Shell server.
May 20 14:39:37 raspberrypi sshd[1356]: Connection closed by 192.168.5.20 port >
May 20 14:40:14 raspberrypi sshd[1358]: Accepted password for pi from 192.168.5>
May 20 14:40:14 raspberrypi sshd[1358]: pam_unix(sshd:session): session opened >
pi@raspberrypi:~ $

Raspberry Piを起動し、PCからssh 接続する

sshの接続先IPアドレスがわからないときは、How to Find your IP Addressの記述に従って調べてみます。たいていは以下のようにpingコマンドで判明します。

Windows10 のコマンドプロンプトから

Microsoft Windows [Version 10.0.19044.1706]
(c) Microsoft Corporation. All rights reserved.

C:\Users\hiron>ping raspberrypi.local

raspberrypi.local [192.168.5.39]に ping を送信しています 32 バイトのデータ:
192.168.5.39 からの応答: バイト数 =32 時間 =26ms TTL=64
192.168.5.39 からの応答: バイト数 =32 時間 =2ms TTL=64
192.168.5.39 からの応答: バイト数 =32 時間 =2ms TTL=64
192.168.5.39 からの応答: バイト数 =32 時間 =2ms TTL=64

192.168.5.39 の ping 統計:
    パケット数: 送信 = 4、受信 = 4、損失 = 0 (0% の損失)、
ラウンド トリップの概算時間 (ミリ秒):
    最小 = 2ms、最大 = 26ms、平均 = 8ms

C:\Users\hiron>

Ubuntu 20.04 の例 (実際にはWSL2ですが...)
勝手には止まらないので Control-C を入力して止めます。

codegear@Pavilion24:~$ ping raspberrypi.local
PING raspberrypi.local (192.168.5.39) 56(84) bytes of data.
64 bytes from 192.168.5.39 (192.168.5.39): icmp_seq=1 ttl=63 time=3.04 ms
64 bytes from 192.168.5.39 (192.168.5.39): icmp_seq=2 ttl=63 time=2.43 ms
64 bytes from 192.168.5.39 (192.168.5.39): icmp_seq=3 ttl=63 time=2.61 ms
64 bytes from 192.168.5.39 (192.168.5.39): icmp_seq=4 ttl=63 time=2.98 ms
64 bytes from 192.168.5.39 (192.168.5.39): icmp_seq=5 ttl=63 time=3.17 ms
^C
--- raspberrypi.local ping statistics ---
5 packets transmitted, 5 received, 0% packet loss, time 4034ms
rtt min/avg/max/mdev = 2.428/2.845/3.172/0.279 ms
codegear@Pavilion24:~$

このように判明したIPアドレスに対して、以下のようにsshコマンドを実行しログインします。
piユーザーの初期パスワードはraspberryです。

Windows10 のコマンドプロンプトから

C:\Users\hiron>ssh raspberrypi.local -l pi
The authenticity of host 'raspberrypi.local (192.168.5.39)' can't be established.
ECDSA key fingerprint is SHA256:6pdbjWQcdiwXgd99qJzySelhLexU4EkDWFRaQOdn10A.
Are you sure you want to continue connecting (yes/no/[fingerprint])? yes  ← 「yes」を入力
Warning: Permanently added 'raspberrypi.local,192.168.5.39' (ECDSA) to the list of known hosts.
pi@raspberrypi.local's password:  ← パスワードを入力 (piユーザーの初期パスワードは「raspberry」)
Linux raspberrypi 5.4.83-v7+ #1379 SMP Mon Dec 14 13:08:57 GMT 2020 armv7l

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: Wed Dec 22 05:51:01 2021 from 192.168.5.40

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.

pi@raspberrypi:~ $ uname -a
Linux raspberrypi 5.4.83-v7+ #1379 SMP Mon Dec 14 13:08:57 GMT 2020 armv7l GNU/Linux
pi@raspberrypi:~ $ df
Filesystem     1K-blocks    Used Available Use% Mounted on
/dev/root        3526592 1413628   1914104  43% /
devtmpfs          440240       0    440240   0% /dev
tmpfs             473520       0    473520   0% /dev/shm
tmpfs             473520   12176    461344   3% /run
tmpfs               5120       0      5120   0% /run/lock
tmpfs             473520       0    473520   0% /sys/fs/cgroup
/dev/mmcblk0p1    258095   41188    216907  16% /uboot
/dev/mmcblk0p4   7944640     620   7597552   1% /data
tmpfs              94704       0     94704   0% /run/user/1000
pi@raspberrypi:~ $ exit ← 「exit」を入力してログアウト
logout
Connection to raspberrypi.local closed.

C:\Users\hiron>

Ubuntu 20.04 の例

codegear@Pavilion24:~$ ssh raspberrypi.local -l pi
The authenticity of host 'raspberrypi.local (192.168.5.39)' can't be established.
ECDSA key fingerprint is SHA256:6pdbjWQcdiwXgd99qJzySelhLexU4EkDWFRaQOdn10A.
Are you sure you want to continue connecting (yes/no/[fingerprint])? yes ← 「yes」を入力
Warning: Permanently added 'raspberrypi.local,192.168.5.39' (ECDSA) to the list of known hosts.
pi@raspberrypi.local's password: ← パスワードを入力 (piユーザーの初期パスワードは「raspberry」)
Linux raspberrypi 5.4.83-v7+ #1379 SMP Mon Dec 14 13:08:57 GMT 2020 armv7l

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 May 19 09:41:35 2022 from 192.168.5.20

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.

pi@raspberrypi:~ $ exit ← 「exit」を入力してログアウト
logout
Connection to raspberrypi.local closed.
codegear@Pavilion24:~$

ここで利用しているRaspberry Piイメージでは apt upgrade を実行しないように注意が必要です

Do not call apt upgrade on a device with Mender system updates enabled. Doing so may brick your device! Always update single applications only. The reason is that kernel and boot loader Debian packages do not expect the Mender partition and filesystem layout, and therefore will try to perform actions that conflict with Mender. If you need to run apt upgrade, do it on a pristine system without Mender installed, and then convert it to a Mender image afterwards. This restriction may be lifted in the future.

https://docs.mender.io/get-started/deploy-a-system-update#step-4-modify-the-device-software より

今回利用したRaspberry Piイメージはrootパーティションが2重化されており、apt upgradeではこれに対応できません。apt upgradeに相当する更新はmenderアップデートの仕組みを利用して更新イメージを配布することで行います。

SaaSのmender.ioにログイン

Raspberry Piで動作中のFireFoxブラウザでログインするか、開発PCで動作中の任意の Webブラウザでログインします。
いずれの場合もこの後 Raspberry Piで動作中のシェル (GUIまたはssh)を利用してmender-clientをインストールします。

ログインURLは以下

https://hosted.mender.io/

mender.ioのWebUI上で CONNECT A DEVICE を実行

Raspberry Piをはじめとするdebian系のターゲットでは、mender側で用意された.deb形式のバイナリ実行ファイルのダウンロード・インストール・実行が可能です。

WebUIで「CONNECT A DEVICE」ボタンを押します。

以下の画面で「GET STARTED」ボタンを押すと、デバイスの種別の入力画面になります。

ここは本来どのような文字列を入力しても良いのですが、後のDeploymentデモのためにあらかじめ用意されている「Raspberry Pi 3」「Raspberry Pi 4」のいずれか該当するものを選択して「NEXTボタン」を押します。

表示される文字列をコピーして実行します。
「COPY TO CLIPBOARD」ボタンを押してコピーした後、GUI上のターミナルまたはsshウインドウにコピーして実行します。

実際にやってみると以下のような画面が表示されます。
この手順では JWT_TOKEN、TENANT_TOKEN を環境変数に設定した後、get.mender.ioからインストールスクリプトをダウンロードして実行します。結果的に debuan/ubuntu用の .debモジュールがダウンロード/インストールされます。

pi@raspberrypi:~ $ JWT_TOKEN="eyJhbGciOiJSUzI1NiIsInR5cCI6IkpXVCJ9.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.axn8ARhctm5klLJrPpZOr0qX24Vfa5vCsvnWVrBy5-YRjGGabg-ffQyeFaaq8tTV-fvocG5Z0vocsqlHnz4lfBOYqvQBw6J0NTI-rd34gaLFTCbmTlLcAUH_YBJ5pgP3IV_ebE0OxaTiRUInDRnEKplRYHduhfJtmB6Tn9kv1ZPwrGTdk5qG89OMCQvJ1qAE-_S6uDXRrZNE4i4rWlroo4rqhbCPm_mOe91GxnrPfbWBPlfB4Lp0G_Osgzwo4dZZDaMGS2-l5jU2jxlVXpogAGijMgKHr54JuvcvMWu__D5lrasAGeVMTfT7JhOfsyAyq_ez_aPUUp9Cehj1_urTG_zH5N1LmT5lT7umue6jj6P1kZzPoamcPJpzjizgJ5-RO92m2RMpl4kIvAUQ8h8ORxj5rrTKwzhI9hqYvxlJ-kFv7WVUbVVfRVT1dq8z9mBrRG0r7FEq6IPC68nsX_55xEokwMm3dSia8wtBD5a5eBlIHjiVHVW07L2ixxYGepx7"
SUzI1NiIsInR5cCI6IkpXVCJ9pi@raspberrypi:~ $ TENANT_TOKEN="eyJhbGciOiJSUzI1NiIsInR5cCI6IkpXVCJ9.eyJtZW5kZXIudGVuYW50IjoiNjBkMTY4YTY0OGE1MTBkMzg5Y2RlMWMwIiwiaXNzIjoiTWVuZGVyIiwic3ViIjoiNjBkMTY4YTY0OGE1MTBkMzg5Y2RlMWMwIn0.sNkPbOQANtb9O6XU41x_KH3NIQWmralHeoLG7n3Ru-Y-eA4wKgMc0RSFRIPqbK6U-jJbOu_1QGL-QfprQuQalHdp5qEzL3Ap2pT3tnyb3Zdok32Br-f535dPiymHA4lUQox6G2ZGbRWc841MX2iqaqPMfM56azazotMQ8cYCpmHut15EGoPsWlnjIj-b8AdA-YIKoDgatuP04UzPVM5XXwNbPIUFhV5zBzwC317U2Bdric_jdUkKlfDkfiWllbAnHbKsxgMRLBYt9W5C0LZnxAH_VUw6u-bdKr0tNcQ7vPQownZInnt-fMYaJQ7rk_1sUanL2yWCSW1JdHINIVMq3Mpalp-Fc8pO6KUPgs4kTAt5qB5KmqXEaG7hC2X9YMGo5YdJlg1dODh4daNyBS6wt2GmknOwrvTBiVTgQPM1d4HHFpKB8_ncyXhGTll56yFNA4tA3dDIcyvndkcS6CA7Aa-Pv0Pb7tzna8gOrge"
pi@raspberrypi:~ $ wget -O- https://get.mender.io | sudo bash -s -- --demo --commercial --jwt-token $JWT_TOKEN -- --quiet --device-type "raspberrypi3" --tenant-token $TENANT_TOKEN --retry-poll 300 --update-poll 1800 --inventory-poll 28800 --hosted-mender
--2022-05-20 12:04:57--  https://get.mender.io/
Resolving get.mender.io (get.mender.io)... 34.107.174.45
Connecting to get.mender.io (get.mender.io)|34.107.174.45|:443... connected.
HTTP request sent, awaiting response... 302 Moved Temporarily
Location: https://downloads.mender.io/repos/scripts/install-mender.sh [following]
--2022-05-20 12:04:57--  https://downloads.mender.io/repos/scripts/install-mender.sh
Resolving downloads.mender.io (downloads.mender.io)... 18.65.196.123, 18.65.196.55, 18.65.196.54, ...
Connecting to downloads.mender.io (downloads.mender.io)|18.65.196.123|:443... connected.
HTTP request sent, awaiting response... 200 OK
Length: 14214 (14K) [text/plain]
Saving to: ‘STDOUT’

-                   100%[===================>]  13.88K  --.-KB/s    in 0s

2022-05-20 12:04:58 (107 MB/s) - written to stdout [14214/14214]


                          _
 _ __ ___   ___ _ __   __| | ___ _ __
| '_ ` _ \ / _ \ '_ \ / _` |/ _ \ '__|
| | | | | |  __/ | | | (_| |  __/ |
|_| |_| |_|\___|_| |_|\__,_|\___|_|

Running the Mender installation script.
--

  Detected distribution:
        raspbian/buster
  Detected architecture:
        armhf
  Installing from channel:
        stable
  Selected components:
        mender-client
        mender-configure
        mender-connect
        mender-configure-demo
        mender-configure-timezone
        mender-monitor
        mender-monitor-demo
(Reading database ... 40796 files and directories currently installed.)
Preparing to unpack .../gpgv_2.2.27-2+deb11u1_armhf.deb ...
Unpacking gpgv (2.2.27-2+deb11u1) over (2.2.27-2) ...
Setting up gpgv (2.2.27-2+deb11u1) ...

(中略)

  Setting up mender with options: --quiet --device-type raspberrypi3 --tenant-token eyJhbGciOiJSUzI1NiIsInR5cCI6IkpXVCJ9.eyJtZW5kZXIudGVuYW50IjoiNjBkMTY4YTY0OGE1MTBkMzg5Y2RlMWMwIiwiaXNzIjoiTWVuZGVyIiwic3ViIjoiNjBkMTY4YTY0OGE1MTBkMzg5Y2RlMWMwIn0.sNkPbOQANtb9O6XU41x_KH3NIQWmralHeoLG7n3Ru-Y-eA4wKgMc0RSFRIPqbK6U-jJbOu_1QGL-QfprQuQalHdp5qEzL3Ap2pT3tnyb3Zdok32Br-f535dPiymHA4lUQox6G2ZGbRWc841MX2iqaqPMfM56azazotMQ8cYCpmHut15EGoPsWlnjIj-b8AdA-YIKoDgatuP04UzPVM5XXwNbPIUFhV5zBzwC317U2Bdric_jdUkKlfDkfiWllbAnHbKsxgMRLBYt9W5C0LZnxAH_VUw6u-bdKr0tNcQ7vPQownZInnt-fMYaJQ7rk_1sUanL2yWCSW1JdHINIVMq3xcvech6ji-mT9s1MdLh6pBnW6Mpalp-Fc8pO6KUPgs4kTAt5qB5KmqXEaG7hC2X9YMGo5YdJlg1dODh4daNyBS6wt2GmknOwrvTBiVTgQPM1d4HHFpKB8_ncyXhGTll56yFNA4tA3dDIcyvndkcS6CA7Aa-Pv0Pb7tzna8gOrge --retry-poll 300 --update-poll 1800 --inventory-poll 28800 --hosted-mender
871
  Success!
  Setting up mender-connect with user 'root' and shell 'bash'
871
  Success!
pi@raspberrypi:~ $

何度かインストールがリトライされたあと、最終的に「Success!」と表示されbashプロンプトが表示されたらインストール終了です。

いくつかの mender関連サービスが実行中であることがわかります。

pi@raspberrypi:~ $ systemctl -all | grep mender
  mender-client.service                           loaded    active   running   Mender OTA update service
  mender-connect.service                          loaded    active   running   Mender Connect service
  mender-grow-data.service                        loaded    inactive dead      Mender service to grow data partition size
  mender-monitor.service                          loaded    active   running   Mender Monitoring service
● mender.service                                  not-found inactive dead      mender.service
pi@raspberrypi:~ $

以下のsystemd サービスが実行中です。
mender-clientがOTA用のサービス。mender-connectとmender-monitorは add-on機能のサービスです。

mender-client.service
mender-connect.service
mender-monitor.service

mender.io の WebUIでデバイスの接続を承認

デバイス側からの接続リクエストはサーバー側で無条件に受け入れられるわけではなく、最初はpending状態のデバイスとしてWebUIのDASHBOARD画面に表示されます。

画面上の「+」をクリックすると、DEVICES画面に移行し「pending」状態のデバイスが表示されます。チェックボックスにチェックを入れると下のように右下に「＋」ボタンが表示され、これにマウスオーバーすると「Accept Device」ボタンが現れるので、緑のチェックマーク部分を押します。

これで Raspberry Piが mender.io と接続されました。上の方にある接続済デバイス数のカウントが一つ増えました。

この記事のまとめ

SaaSの mender.io のWebUIを利用して Raspberry Pi 3/4 に対して mender-client モジュールを配布し、また接続先設定を組み込むことができました。
これを利用してmedner.io に接続された事が確認できました。

今後の予定

コードギアでは 「Menderで始める組み込みOTA」 のタイトルで以下のZenn記事を公開しています。

これ以降の記事も準備中です。ご期待ください。