Raspberry Pi 5でPCIe hat/dual hatを使用する

はじめに

このチュートリアルでは、主にM.2 Hat/Dual Hatのハードウェア接続設定と、Raspberry PiをSSDから起動する方法について紹介します。また、ケースありとケースなしの2つのインストール方法を説明し、異なる条件下でのSSDの読み書き速度をテストします。

開始

ハードウェアの準備

Raspberry Pi5 8GB	M.2 Hat/dual Hat
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ケースなしでの取り付けには、以下の材料を準備する必要があります：

• ① Raspberry Pi 5
• ② M.2 Hat/dual Hat
• ③ SSD/AI Kit PCIeデバイス
• ④ PCIeデバイス固定ネジ
• ⑤ M.2 HatとRaspberry Pi間のPCIe接続ケーブル
• ⑥ ネジスリーブ、長ネジ、ナット

ケース付きでの取り付けには、以下の材料を準備する必要があります：

• ① Raspberry Pi 5
• ② M.2 Hat/dual Hat
• ③ SSD/AI Kit PCIeデバイス
• ④ PCIeデバイス固定ネジ
• ⑤ M.2 HatとRaspberry Pi間のPCIe接続ケーブル
• ⑥ 長ネジとナット
• ⑦ 外部ケース

取り付け

注意: これは注意事項です。M.2 dual HatをRaspberry Piで使用する前に、ポゴピンとGPIOパッドをアルコール綿で拭き取ってから接続してください

ケースなしでの取り付け

ステップ1: PCIe接続ケーブルをM.2 Hatに挿入します。ケーブルの挿入方向に注意してください。M.2 HatのPCIeインターフェースに金属面を下向きにして挿入します。挿入後は図のようになります：

ステップ2: PCIe接続ケーブルをRaspberry Pi 5に挿入します。

ケーブルの挿入方向に注意してください。Raspberry Pi 5のPCIeインターフェースに金属面を上向きにして挿入します。挿入後は図のようになります：

ステップ3: Raspberry Pi 5とM.2 Hatを重ね合わせ、ネジスリーブをネジに挿入します。

次に、Raspberry Pi 5とM.2 Hatのネジ穴にネジを挿入します。図のようになります：

ステップ4: スタッドをネジにねじ込み、ネジを回路基板に固定します。図のようになります：

ステップ5: SSDとAI KitをM.2 dual Hatに挿入します

次に、固定ネジを挿入してSSDとAI KitをM.2 Hatに固定します。図のようになります：

ケース付きでの取り付け

ステップ1: PCIe接続ケーブルをM.2 Hatに挿入します。ケーブルの挿入方向に注意してください。M.2 HatのPCIeインターフェースに金属面を下向きにして差し込みます。挿入後は図のようになります：

ステップ2: PCIe接続ケーブルをRaspberry Pi 5に差し込みます。

ケーブルの挿入方向に注意してください。Raspberry Pi 5のPCIeインターフェースに金属面を上向きにして差し込みます。挿入後は図のようになります：

ステップ3: Raspberry Pi 5とM.2 Hatを重ね合わせ、シェル、ネジ、ナット、PCIeデバイスを準備します

重ね合わせたM.2 HatとRaspberry Piをケースに入れます。Raspberry Piを上にして、図のようになります：

ステップ4: ケースの予約されたネジ穴にネジをねじ込みます。この穴はM.2 HatとRaspberry Piを接続し、M.2 Hat、Raspberry Pi 5、ケースを固定します。

ステップ5: スタッドをネジにねじ込んで、M.2 Hat、Raspberry Pi 5、ケースを固定します

ステップ6: SSDとAI KitをM.2 Hatに挿入します。図のようになります：

ステップ7: 固定ネジを締めて、SSDをM.2 Hatに固定します

ステップ8: 残りのシェルを取り付けます

SD Card Copierツールを使用してRaspberry Pi OSでNVME SSDにOSを書き込む

この方法は、SDカードを持っており、デバイスが正常に起動している場合に機能します。システムが最新のRaspberry Piシステム（Bookworm以降）であり、RPi 5ファームウェアが2023-12-06（12月6日）以降に更新されていることを確認してください。そうでなければ、NVME関連の設定を認識しない可能性があります。

ステップ1: Raspberry Piシステムが最新（Bookworm以降）であることを確認し、以下のコマンドを入力してRPi 5ファームウェアを更新します：

  sudo apt update && sudo apt upgrade -y
  sudo rpi-eeprom-update  # If it is not post-December 2023 type the following into a terminal to start the configuration tool
  sudo raspi-config

Advanced Optionsまで下にスクロールしてEnterを押します：

Bootloader Versionまで下にスクロールしてEnterを押します：

最後にLatestを選択してEnterを押します：

ここではNoを選択します - latestブートローダーが必要です。

Finishを選択してツールを終了します：

再起動を求められた場合は、Yesを選択します。

ステップ2：メイン画面でApplications =>Accessories =>SD Card Copierをクリックし、SD Card Copierプログラムを実行して、下図のようにOSをNVMe SSDにコピーします。

Raspberry PiをNVMe SSDから起動するように設定する

SDカードスロットに簡単にアクセスできる場合は、Piの電源を切り、SDカードを取り出すことができます。（すべてが期待通りに動作している場合）次回起動時にNVMeドライブから自動的に起動するはずです。ただし、SDカードをそのままにしてNVMeから起動したい場合は、起動順序を変更する必要があります。

ステップ1：次のコマンドを入力します：

  sudo raspi-config

Advanced Options まで下にスクロールして Enter を押します：

ステップ 2：Boot Order まで下にスクロールして Enter を押します：

ステップ 3：NVMe/USB Boot を選択して Enter を押します：

設定が確認されます。Enter を押します：

ステップ 4：Back を選択するか Esc キーを押して最初の画面に戻ります。その後、右カーソルキーを使用して Finish に移動します。

今すぐ再起動するかどうか尋ねられます。Yes をクリックします：

PCIe の変更

M.2 Hat

M.2 Hat は PCIe Gen 2 と PCIe Gen 3 モードをサポートしています

ステップ 1：以下のコマンドを入力して /boot/firmware/config.txt ファイルを開きます

sudo nano /boot/firmware/config.txt

ステップ2：/boot/firmware/config.txtファイルの末尾にある[all]セクションに以下を追加します：

dtparam=pciex1_gen=3

ファイルを保存して再起動すると、速度の向上が見られるかもしれません！

M.2 dual Hat

PCIe2.0 M.2 dual HatはPCIe Gen 2をサポートし、PCIe3.0 M.2 dual HatはPCIe Gen 2とPCIe 3をサポートします。

ステップ 1: 以下のコマンドを入力して /boot/firmware/config.txt ファイルを開きます

sudo nano /boot/firmware/config.txt

ステップ2：/boot/firmware/config.txtファイルの末尾にある[all]セクションに以下を追加します：

dtparam=pciex1
dtparam=pciex1_gen=3
dtoverlay=pciex1-compat-pi5,no-mip,mmio-hi 

速度ベンチマーク

M.2 hat

このテストは、Raspberry PiがSDカードから起動し、SSDをバックアップストレージとして使用することを示しています：

# write speed command
sudo dd if=/dev/zero of=/mnt/nvme/testfile bs=1M count=1024 oflag=direct

# read speed command
sudo dd if=/mnt/nvme/testfile of=/dev/null bs=1M iflag=direc

M.2 hat	読み取り速度	書き込み速度
PCIe 3.0	822MB/s	716MB/s
PCIe 2.0	431 MB/s	389MB/s

M.2 dual Hat

このテストは、Raspberry PiがSSDから起動し、別のSSDをバックアップストレージとして使用することを示しています：

# write speed command
dd if=/dev/zero of=tempfile bs=1M count=1024 oflag=direct
# read speed command
dd if=/dev/zero of=tempfile bs=1M count=1024 

M.2 dual Hat	Read & Read	Write & Write	Read & Write
PCIe 3.0	平均 454MB/s	平均 407MB/s	697MB/s 663MB/s
PCIe 2.0	平均 234MB/s	平均 214MB/s	414MB/s 324MB/s

M.2 dual Hat with hailo8

このテストは、Raspberry Pi が SSD から起動し、Hailo8 AI アクセラレータを使用していることを示しています：

# write speed command
dd if=/dev/zero of=tempfile bs=1M count=1024 oflag=direct
# read speed command
dd if=/dev/zero of=tempfile bs=1M count=1024 

M.2 dual Hat with hailo8	Read	Read & Hailo8	Write	Write & Hailo8
PCIe 3.0	812MB/S	416MB/S 187FPS	701MB/s	340MB/s 188FPS
PCIe 2.0	429MB/S	233MB/S/s 128FPS	372MB/S	273MB/S 111FPS

注意: Hailo8をテストするには、このリンクを確認し、240 FPSの動画を準備してください。

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