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USB Ethernet Gadget	Linux USB 周辺機器	PC と USB ケーブル1本で接続できる便利な仕組みとその導入方法

USB Gadget とは？

コンピュータがあたかも USB デバイスであるかのように振る舞うしくみです。

Why USB Gadget?

インターネットに接続可能なPCと Brain を接続するだけで Brain からインターネットに出たり、PCと Brain で双方向に SSH したりできます。電池切れの心配もありません。

USB コントローラの動作モードを変更する

初期状態では Brain の USB コントローラはホストとして動作するため、このままではデバイスになることができません。 コントローラの動作モードを切り替える方法には、brain-config というツールを使う方法と手動でデバイスツリーを書き換える方法があります。

方法A. brain-config で変更する

brain-config による動作モードの切り替え方法については brain-config のページを参照してください。

方法B. 手動で変更する

手動で変更するには、以下の手順に従ってください。

1. SDカードの第1パーティションを/bootにマウントします

   sudo mount /dev/mmcblk1p1 /boot
   

2. 元のdtsをバックアップします

   {デバイスツリー名}の箇所は、対応機種の表でお使いの機種を探して、対応する「デバイスツリー名」列の文字列で置き換えてください。（例:PW-SH5→imx28-pwsh5.dtb）

   sudo cp /boot/{デバイスツリー名}.dtb /boot/{デバイスツリー名}.dtb.orig
   

3. dtbファイルをテキスト形式に変換します

   dtc -I dtb -O dts /boot/{デバイスツリー名}.dtb > dts 2> /dev/null
   

4. 設定を書き換えます

   nano dts
   

   usb@80080000ノードの中からdr_mode = "host"の箇所を探し、dr_mode = "peripheral"に書き換えます。スペルに注意しましょう。

   書き換え後は以下のようになります。

   usb@80080000 {
           compatible = "fsl,imx28-usb\0fsl,imx27-usb";
           reg = < 0x80080000 0x10000 >;
           interrupts = < 0x5d >;
           clocks = < 0x03 0x3c >;
           fsl,usbphy = < 0x1f >;
           status = "okay";
           pinctrl-names = "default";
           pinctrl-0 = < 0x20 >;
           vbus-supply = < 0x21 >;
   -       dr_mode = "host";
   +       dr_mode = "peripheral";
   };
   

   書き換えたら保存してエディタを終了します。Ctrl+Oの次にEnterを押して保存して、Ctrl+Xで終了します。

5. 編集したものをバイナリ形式に変換します

   dtc -I dts -O dtb dts > dtb 2> /dev/null
   

   sudo mv dtb /boot/{デバイスツリー名}.dtb
   

6. SDカードの第1パーティションアンマウントします

   sudo umount /boot
   

7. 再起動します

   sudo reboot
   

1〜3の手順をまとめると以下のようになります。

sudo mount /dev/mmcblk1p1 /boot
sudo cp /boot/{デバイスツリー名}.dtb /boot/{デバイスツリー名}.dtb.orig
dtc -I dtb -O dts /boot/{デバイスツリー名}.dtb > dts 2> /dev/null

5〜7の手順をまとめると以下のようになります。

dtc -I dts -O dtb dts > dtb 2> /dev/null
sudo mv dtb /boot/{デバイスツリー名}.dtb
sudo umount /boot
sudo reboot

Brain に Ethernet Gadget を喋らせる

sysfs のファイル操作により Ethernet Gadget を有効化します。 Brainux バージョン 2023-07-29-024604 以降では有効化処理が起動時に自動で実行されます。もし手動で有効化したい場合は以下の手順を参照してください。

1. 以下のスクリプトを vi や nano でホームディレクトリに保存します

   #!/bin/sh
   
   g=/sys/kernel/config/usb_gadget/eth
   
   mkdir ${g}
   
   mkdir ${g}/functions/rndis.rn0
   echo "8a:15:8b:44:3a:02" > ${g}/functions/rndis.rn0/dev_addr
   echo "8a:15:8b:44:3a:01" > ${g}/functions/rndis.rn0/host_addr
   
   mkdir ${g}/configs/c.1
   ln -s ${g}/functions/rndis.rn0 ${g}/configs/c.1/
   
   echo "ci_hdrc.0" > ${g}/UDC
   
   sleep 1
   ifconfig usb0 up
   sleep 1
   dhclient
   

2. スクリプトに実行属性を付けます

   ここではスクリプト名を gadget.sh としています。1. で保存した名前に置き換えてください。

   chmod +x gadget.sh
   

3. 実行します

   次回起動時からはこのスクリプトを都度実行します。

   sudo ./gadget.sh
   

PC 側の対応作業

Windows / Mac / Linux すべてで利用可能です。

Windows 10 / 11 の設定

1. 上記「USB コントローラの動作モードを変更する」を参照して、動作モードを Peripheral に変更します

2. Windows と Brain を USB ケーブルで接続し、デバイスマネージャで認識されていることを確認します

   「ほかのデバイス」グループの「RNDIS」が Brain に当たります。

3. 「RNDIS」を右クリックしてコンテキストメニューを表示し、「ドライバーの更新」を選択します

   

4. 「ドライバーの検索方法」ダイアログで、「コンピューターを参照してドライバを検索」を選択します

   

5. 「共通ハードウェアの種類」から、「ネットワーク アダプター」を選択します

   

6. 製造元は「Microsoft」を選び、モデルに「リモート NDIS 互換デバイス」を選択します。「次へ」を選択するとドライバのインストールが始まるので、以降は画面上の指示に従います

   

7. 「ネットワーク接続」からアダプターの設定を変更します

   • 設定から「ネットワークとインターネット」を開き、「ネットワークの詳細設定」グループにある「アダプターのオプションを変更する」を選択します (Windows 10)

     

   • 設定から「ネットワークとインターネット」を開き、「ネットワークの詳細設定」を選択し、「ネットワーク アダプター オプションの詳細」を選択します (Windows 11)

     

8. Windows がインターネットの接続に使用しているアダプタ（Wi-Fi / イーサネット）を選択し「プロパティ」を開きます

   

9. 「共有」タブから「ネットワークのほかのユーザーに、このコンピューターのインターネット接続を通しての接続を許可する」を選択し、「ホーム ネットワーク接続」プルダウンメニューで、Ethernet Gadget に対応するアダプタを選択します

   

10. USB ケーブルで Windows と Brain を接続し、Gadget を起動すれば、 "USB Composite Device" が認識します。この状態で Brain から Windows に ping などで接続できるか確認してください

macOS の設定

注意: 以下に記載する方法を行うには、OS X El Capitan 以降では、Mac の システム整合性保護を解除する必要があります。システム整合性保護は、Mac 上の保護されたファイルを改ざんしようとする悪質なソフトウェアからデータを守るセキュリティ技術です。詳しくは、Mac のシステム整合性保護について - Apple サポート などを参照し、十分に理解してから実行してください。{: .notice--danger}

1. macOS をリカバリモードで起動します

• 機種によって、起動時に cmd+R を長押しする方法と、Touch ID を長押しする場合があります。

2. Options を選択し、メニューバーのユーティリティからターミナルを開き、以下を実行します。

csrutil enable --without kext
reboot

自動で、再起動します。

3. 通常通り起動します。

4. ターミナルから、以下の手順でビルドします。なお、ビルドには XCode がインストールされている必要があります。El Capitan 以前のバージョンでは、この手順をスキップして brew を用いてインストールすることもできます。その場合、手順6 に進んでください

git clone https://github.com/thpryrchn/HoRNDIS.git -b BigSur
cd HoRNDIS
make

5. build/pkg に HoRNDIS-kext.pkg が作成されているので、ダブルクリックして、指示に従いインストールします

6. 上記「USB コントローラの動作モードを変更する」が適用された Brain を接続します

Linux の設定

※スクリーンショットは Ubuntu の例です。

1. 上記「USB コントローラの動作モードを変更する」を参照して、動作モードを Peripheral に変更したデバイスを、Linux に接続します

2. トップバーのシステムメニューに、「USB Ethernet」 もしくは 「Ethernet」 という名前で接続されています。「USB Ethernet」 もしくは、「Ethernet」 をクリックし、「Wired Settings」 を選択します

   

3. 歯車のアイコンをクリックします

4. 「IPv4」タブにある「Shared to other computers」を選択します