WSL2で仮想I2C通信

 　WSL2でLinuxカーネルのI2Cのテスト機能を使って仮想I2C通信をできるようにします。

●今回の環境

　Windows10

　ディストリビューション

　カーネルバージョン

　環境はこれまでと同じです。

　Linuxカーネルをビルドできる環境が必要です。下記を参考にしてビルド環境を用意してください。

　WSL2のカーネルをカスタムビルドする

●方法

　まず、I2C機能、I2Cスタブ機能を有効にしたカスタムカーネルをビルドします。

　カスタムカーネルができれば、あとはI2C通信のモジュールをロードし、仮想I2Cデバイスを作成すれば、I2Cデバイスが無くてもPC内でI2C通信ができるようになります。

●カスタムカーネルの設定手順

　menuconfigを立ち上げます。

$ make menuconfig

手順１：Device Drivers に入ります

手順２：I2C Support へ入る

手順３：I2C Support の３項目を有効にする

　I2C support を有効にすると、さらに項目が表示されるので、I2C device interface と I2C/SMBus Test Stub を有効にします。

　そのほか２つがデフォルトで有効ですが、そのままにします。

手順４：設定を保存して終了する

　ここまでできたら、忘れずに設定を保存して menuconfig を終了します。

　また、Linuxカーネル名を変えておくとよいでしょう

手順５：カーネルをビルドし、I2C通信のLKMをインストールする

$ make
$ sudo make modules_install

　→ /lib/modules の下に、カーネル名でディレクトリができます。

　　この下の kernel ディレクトリ以下にI2C通信に必要な*.ko ファイルが格納されます。

手順６：udevのルールにI2Cのアクセス権を設定する（必要な場合のみ）

　※udevルールが無いと、I2Cデバイスのアクセス権が root:root になってしまいます。

　まず、i2cグループを作り、ユーザーをi2cグループへ追加します。

$ sudo groupadd i2c
$ sudo gpasswd -a %USER i2c

　/etc/udev/rules.d に 以下の内容のファイルを 99-i2c.rule のファイル名で保存します。

SUBSYSTEM=="i2c-dev", GROUP="i2c", MODE="0660"

手順７：カスタムカーネルでWSL2を起動する

　今作った vmlinux ファイルでWSL2を再起動します。

　やり方は、以下の手順６～を参考にしてください。

　　WSL2のカーネルをカスタムビルドする

手順８：I2C通信を有効にしたカーネルで起動できていることを確認する

$ uname -a
Linux earth 5.4.72-microsoft-standard-WSL2-i2c #1 SMP Wed Apr 10 23:11:51 JST 2021 x86_64 x86_64 x86_64 GNU/Linux

　ここまでが、I2C通信を有効にしたカスタムカーネルの作り方でした。

手順９：udevを起動する（必要な場合のみ）

　※udevルールが無いと、I2Cデバイスのアクセス権が root:root になってしまいます。

$ /etc/init.d/udev start

　ここまでが、I2C通信を有効にしたカスタムカーネルの作り方でした。

●仮想I2Cデバイスを作成する

以下のコマンドを実行します。

$ sudo modprobe i2c-dev
$ sudo modprobe i2c-stub chip_addr=(slave addr)

　※slave addr にはI2Cスレーブデバイスのスレーブアドレスを指定します。

　　スレーブアドレスは10個まで指定できます。

　　　chip_addr=0x20            0x20 のI2Cデバイスが接続

　　　chip_addr=0x20,0x55    0x20 0x55 の2つのI2Cデバイスが接続

　→ /dev の下に、i2c-* の名前で仮想I2Cデバイスができます。

　あとは、ふつうにI2Cの通信ができます。

　I2C Tools も使えます。

　SMBus stub driver となっているのが、仮想I2Cデバイスです。

WSL2で仮想GPIOのアクセス権設定

　WSL2では、systemdが動かないのでudevが動いていないため、sysfsのGPIOのアクセス権が設定がされません。

　このため、GPIO操作するために毎度rootになるか、いちいちchmod,chownしないといけません。

　これは結構面倒なので、何とかしたいと思います。

　その前に、sysfsのgpio周りを、RaspberryPIと同じアクセス権設定にしたいと思います。

　まず準備として、gpioグループを作り、ログインユーザーをgpioグループへ追加します。

$ sudo groupadd gpio
$ sudo gpasswd $USER gpio

　idコマンドでgpioグループに入ったことが確認できます。

　そして、udevを使う場合は、gpio用のルールファイルを作っておきます。

　以下のファイルを /etc/udev/rules.d に 99-gpio.rules の名前で保存します。

SUBSYSTEM=="gpio", GROUP="gpio", MODE="0660"
SUBSYSTEM=="gpio*", PROGRAM="/bin/sh -c '\
        chown -R root:gpio /sys/class/gpio && chmod -R 770 /sys/class/gpio;\
        chown -R root:gpio /sys/devices/virtual/gpio && chmod -R 770 /sys/devices/virtual/gpio;\
        chown -R root:gpio /sys$devpath && chmod -R 770 /sys$devpath\
'"

　さて、それでは、アクセス権の設定方法は以下のいずれかが考えられます。

1. daemonizeとgenieをインストールし、systemdをPID=1で動かす
2. udevだけ無理やり動かす
3. スクリプトを作ってexport/unexportで毎回設定する

　１の方法は、インターネットで「WSL2 systemd」で検索するとやり方がでてきます 。

　でも、なんか、ゴチャゴチャ入れたくないなぁ、と思います。

　２の方法ですが、試してみると、PID=1でなくても、動作するようです。

$ /etc/init.d/udev start

　すると、「インタラクティブシェルから実行されてます。多分、意図したことではないので、60秒待ちます。Ctrl+Cで止めてね。」というような文言がでてきますが、かまわず60秒待ちます。その後、

となってudevの起動が成功します。

後は gpio-mockup を modprobe で起動すれば、RaspberryPI で操作するのと同じ感じにできます。

udev起動時に60秒止められるのが嫌なら、/etc/init.d/udev スクリプト内で sleep(60)しているところを消してしまえばいいです（自己責任でお願いします）

　/etc/init.d/udev スクリプトから一部抜粋

　３の方法は、export/unexportするときに、全てのアクセス権を1つずつ設定していくようなスクリプトを作ればよいのでしょうが、そこまでするなら、sysfsインターフェースのgpioは使うのをやめたほうが良いでしょう。新しいgpioインターフェースにしましょう。

　以上が私なりの方法でした。

　まさか、WSL2がsystemd動いていないとは、思いませんでした。

　dockerはどうなんでしょうね。WSLやめてdockerにしようか。。。

WSL2で仮想GPIO

  　WSL2でLinuxカーネルのgpio-mockup機能を使って仮想GPIOを使えるようにします。

●今回の環境

　Windows10

　ディストリビューション

　カーネルバージョン

　今回の環境はまっさらなWSLで説明しますが、前回の仮想CANのカスタムカーネルの環境でもできます。

　Linuxカーネルをビルドできる環境が必要です。下記を参考にしてビルド環境を用意してください。

　WSL2のカーネルをカスタムビルドする

●方法

　GPIO機能、GPIO-MOCKUP機能を有効にしたカスタムカーネルをビルドします。

　カスタムカーネルができれば、あとはgpio-mockupモジュールをロードし、仮想GPIOデバイスを作成すれば、GPIOが無いPC上でGPIO操作ができるようになります。

●カスタムカーネルの設定手順

　menuconfigを立ち上げます。

$ make menuconfig

手順１：Device Drivers に入ります

手順２：GPIO Support を有効にする

　Device Drivers 内へ入り（リターンで入る）、GPIO Support を有効にします。

手順３：GPIO Testing Driver を有効にする

　GPIO Support 内へ入り、GPIO Testing Driver を有効にする。

　GPIO Testing Drivber が仮想GPIOドライバです。

　また、GPIOのsysfsインターフェースが必要なら、「/sys/class/gpio/... (sysfs interface)」も選択します。

　利用できるGPIOの数は「Maximum nuber of GPIOs for fast path」で設定します。

手順４：設定を保存して終了する

ここまでできたら、忘れずに設定を保存して menuconfig を終了します。

また、Linuxカーネル名を変えておくとよいでしょう。

手順５：カーネルをビルドし、仮想GPIOのLKMをインストールする

$ make
$ sudo make modules_install

　→ /lib/modules の下に、カーネル名でディレクトリができます。

　　この下の kernel ディレクトリ以下に仮想GPIOの gpio-mockup.ko ファイルが格納されます。

手順６：カスタムカーネルでWSL2を起動する

　今作った vmlinux ファイルでWSL2を再起動します。

　やり方は、以下の手順６～を参考にしてください。

　　WSL2のカーネルをカスタムビルドする

手順７：GPIOを有効にしたカーネルで起動できていることを確認する

$ uname -a
Linux earth 5.4.72-microsoft-standard-WSL2-gpio #1 SMP Wed Mar 2 20:32:16 JST 2021 x86_64 x86_64 x86_64 GNU/Linux

　ここまでが、GPIOを有効にしたカスタムカーネルの作り方でした。

●仮想GPIOデバイスを作成する

gpio-mockupドライバをmodprobeコマンドで読み込みます。

書式：

    # modprobe gpio-mockup gpio_mockup_ranges=[x,y](,…,[x,y]) (gpio_mockup_named_lines)

    x：lineの開始番号、または、-1

    y：lineの終了番号、または xが-1のときlineの個数

　※x = -1 のとき、割り当ては後ろからになるので注意

例１：gpio0～gpio7 の8つのGPIOを割り当てる

$ sudo modprobe gpio-mockup gpio_mockup_ranges=0,8

　→ /dev の下に、gpiochip0 ができ、8line が使用できる

　　また、sysfsインターフェースがある場合は、gpio0～7 までexportできる

例２：gpiochip0に４つ、gpiochip1に８つのGPIOを割り当てる

$ sudo modprobe gpio-mockup gpio_mockup_ranges=0,4,8,16

　→ /dev の下に、gpiochip0 と gpiochip1 ができ、それぞれ 4line と 8line が使用できる

　　また、sysfsインターフェースでは、gpio0～3 と gpio8～15 までexportできる

例３：gpiochip0とgpiochip1に後ろから8つずつGPIOを割り当てる

$ sudo modprobe gpio-mockup gpio_mockup_ranges=-1,8,-1,8

　→ /dev の下に、gpiochip0 と gpiochip1 ができ、それぞれ 8line が使用できる

　　また、sysfsインターフェースでは、gpio504～511 と gpio496～503 までexportできる

例４：各ラインにラベルを付ける

$ sudo modprobe gpio-mockup gpio_mockup_ranges=0,8,8,16 gpio_mockup_named_lines

　→ 各ラインにラベル名が gpio-mockup-A-*、gpio-mockup-B-* という名前が付く

　　また、sysfsインターフェースでは、gpio-mockup-A-*、gpio-mockup-B-*というような名前でexportされる

以上で仮想GPIOが使えるようになります。

libgpiod tools も普通に使えます。

●sysfsインターフェースのアクセス権について

　WSLでは、initプロセスが動いていないので、udevが動作していないため、/sys/class/gpio 以下のアクセス権がすべて root:root になってしまいます。

これらの対処法は次回まとめます。