次世代 I/Oインターフェイスの提案

2013/12/26 ささみの会 Takeshi HASEGAWA (Twitter: @hasegaw) v  本資料中の解説内容は、所属組織における 統一的な見解を示すものではありません。

プロフィール 長谷川　猛 (HASEGAWA Takeshi) twitter: @hasegaw 主にLinuxや仮想化技術を得意とする雑食系SE Xen/KVMを調査、FreeBSD virtioを実装等　 興味範囲：仮想化、ストレージ もんはんしようず ﾟ+.(･ω･)ﾟ+.ﾟ

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おもな著書・寄稿

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Webサイトの記事など

エンジニアなら知っておきたい仮想マシンのしくみ http://gihyo.jp/dev/serial/01/vm_work/

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これまでのI/O

•  I/Oポート (8ビット)、割り込み、MMIO o  コンピュータの複雑化にともない簡単なポートI/Oがしづらくなった

•  Serial, GPIO

•  Eject o  簡単

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6 http://www.raspberrypi.org/archives/4824

Ejectコマンドはいまや 非常に有名なIO手段となった

どうしてEjectなのか •  電子機器部品の知識なくモノを動かせる

•  ハンダ付け不要

•  お子様ですら “DIY” 可能

•  いまどき CD-ROM ドライブのドライバがないOSなんてない o  Eject 最強ってことですね

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Ejectの課題 •  ジャンクCD-ROMは安く手に入る(100円～)が、

しかしシステムへの接続にはインターフェイスが必要

E.g.) USB-ATA アダプタ

•  電力供給。５インチのCD-ROMドライブは12V必要

•  CD-ROMドライブをヘルメットの上に載せるには重すぎる o  傍目からみておかしい

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本来の部分に立ち戻る •  CD-ROMをIOインターフェイスとして使うなんて！

•  まるでHDDのディスク部分をそのままフラッシュに置き換えた

「SSD」的な発想じゃないか！

•  これでLEDつけたりリモコンのボタン押すならそもそも

ON/OFFできるI/Oインターフェイスがあればいいよね

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時は満ちた •  「誰かが Eject を再定義する必要があったーー」

•  よし作ろう

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Eject-io

なぜEject-ioなのか •  PICで実装されたシンプルなEjectデバイス

•  USBマスストレージクラス準拠 o  特殊なドライバなく制御可能

•  ON/OFFの出力が可能 o  Ejectコマンドで出力

•  エンドユーザの手にわたってもフィールドリプログラム可能なファームウエア o  後からの機能拡張やハックが可能、子供のマイコントレーニングにも

•  世界で最も低消費電力な eject 対応デバイス

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Eject-io

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Eject-ioにより軽量化された変態ヘルメット

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Eject-io の作り方

買い物 •  PIC18F25J50

o  選定理由 o  USB対応、メインメモリ3KB以上 (マスストレージのサンプルが約2KB) o  ブレットボードで使えるICタイプ o  5.0Vだとよかったけど3.3Vタイプで妥協

•  東芝製三端子レギュレータ o  USBバスパワー 5.0V を 3.3V にできればなんでもない

•  USB端子、コンデンサ、LED、抵抗などは手持ちのもので適当に •  ROMライター(PICKit2 とか PICKit3 とか色々ある) •  ブレットボードなど

o  ブレットボード、ジャンパなど

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組み立てた

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USBサンプルをロードする

21 http://www.microchip.com/stellent/idcplg?IdcService=SS_GET_PAGE&nodeId=2680&dDocName=en547784

サンプルをビルド •  USB\Device – Mass Storage – Internal Flash\ サンプルを

MPLAB Xでビルドする

•  ビルドする時に最低限やらないといけないこと o  ターゲットになるデバイスの設定

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ファームウェアのカスタマイズ

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USBの仕様が知りたい

25 http://usb.org/

USBの仕様が知りたい

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プロトコルの解析 •  USBPCap + Wireshark

o  Windows 上でUSBパケットキャプチャできる

•  VMware o  デバッグオプションを .vmx に直書きすると USB のログがとれる

o  VMware ログの仕様上1KB/s以上出力されると出力が止まるので注意

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USBPcap

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USBPcapでキャプチャしたログをWiresharkで見る

29 http://desowin.org/usbpcap/tour.html より引用

VmwareのUSB Log

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まとめ •  Eject はすでに広く認知されたI/O手段である

o  でも5インチCD-ROMはヘルメット重くなる

o  アクチュエータが不要であればCD-ROMドライブである必要はない

•  Eject-io o  アクチュエータを使う理由がなければPICで置き換え可能

o  PICならUSBマスストレージも簡単に実装可能

o  最も消費電力が低いEject可能デバイスを実現

o  Raspberry Piと組み合わせての5Vバッテリ動作が可能

•  PIC USBプログラミング o  意外と手軽に始められる

o  USBスニファの手段 … VMware ログ、USBPcap + Wireshark

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Thank you

ﾟ+.(･ω･)ﾟ+.ﾟ

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