Raspberry Pi 5 が PCIe Hat/Dual Hat を使用する方法
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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構成と、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・なしの2つの設置方法についても説明し、異なる条件下での SSD の読み書き速度をテストします。
準備を始める
ハードウェアの準備
ケースなしで設置する場合、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 デバイス固定用ネジ
- ⑤ M.2 Hat と Raspberry Pi 間の PCIe 接続ケーブル
- ⑥ ネジスリーブ、長いネジ、ナット
ケースありで設置する場合、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 デバイス固定用ネジ
- ⑤ M.2 Hat と Raspberry Pi 間の PCIe 接続ケーブル
- ⑥ 長いネジとナット
- ⑦ 外装ケース
設置方法
注意: これは注意書きです。
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いてから接続してください。
- ケースなしでの設置
- ケースありでの設置
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 インターフェースは金属面を下向きにして挿入します。挿入後の図は以下の通りです：
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 インターフェースは金属面を上向きにして挿入します。挿入後の図は以下の通りです：
ステップ 3: Raspberry Pi 5 を M.2 Hat と重ね合わせ、ネジスリーブをネジに挿入します。
次に、ネジを Raspberry Pi 5 と M.2 Hat のネジ穴に挿入します。図は以下の通りです：
ステップ 4: スタッドをネジにねじ込み、ネジを基板に固定します。図は以下の通りです：
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、SSD と AI Kit を M.2 Hat に固定します。図は以下の通りです：
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。金属面を下向きにして、M.2 Hat の PCIe インターフェースに差し込みます。挿入後の状態は以下の図の通りです：
ステップ 2: PCIe 接続ケーブルを Raspberry Pi 5 に接続します。
ケーブルの挿入方向に注意してください。金属面を上向きにして、Raspberry Pi 5 の PCIe インターフェースに差し込みます。挿入後の状態は以下の図の通りです：
ステップ 3: Raspberry Pi 5 と M.2 Hat を重ね合わせ、ケース、ネジ、ナット、PCIe デバイスを準備します。
M.2 Hat と Raspberry Pi を重ねた状態でケースに収め、Raspberry Pi を上に配置します。以下の図のように配置してください：
ステップ 4: ケースのネジ穴にネジを差し込みます。このネジ穴は M.2 Hat と Raspberry Pi を接続し、M.2 Hat、Raspberry Pi 5、およびケースを固定します。
ステップ 5: スタッドをネジに取り付けて、M.2 Hat、Raspberry Pi 5、およびケースを固定します。
ステップ 6: SSD と AI キットを M.2 Hat に挿入します。以下の図のように配置してください：
ステップ 7: 固定用のネジを締めて、SSD を M.2 Hat に固定します。
ステップ 8: 残りのケースを取り付けます。
SD Card Copier ツールを使用して Raspberry Pi OS を NVMe SSD に書き込む
この方法は、SD カードを使用してデバイスを正常に起動した場合に有効です。システムが最新の Raspberry Pi システム（Bookworm 以降）であり、RPi 5 のファームウェアが 2023 年 12 月 6 日（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。そうでない場合、NVMe 関連の設定が認識されない可能性があります。
ステップ 1: Raspberry Pi システムが最新であることを確認します（Bookworm 以降）。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てください：
sudo apt update && sudo apt upgrade -y
sudo rpi-eeprom-update # 2023 年 12 月以降でない場合は、以下のコマンドをターミナルに入力して設定ツールを起動します
sudo raspi-config
Advanced Options までスクロールして Enter を押します：
Bootloader Version までスクロールして 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 ブートローダーを選択します。
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、OS を NVMe SSD にコピーします。以下の図を参考にしてください：
Raspberry Pi を NVMe SSD から起動する設定
SD カードスロットに簡単にアクセスできる場合は、Pi をシャットダウンして SD カードを取り外し、（すべてが正常に動作していれば）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: 以下のコマンドを入力します：
sudo raspi-config
Advanced Options までスクロールして Enter を押します：
ステップ 2: Boot Order までスクロールして 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。
再起動するかどうか尋ねられます。「Yes」をクリックしてください:
PCIeの変更
- M.2 Hat
- M.2 dual Hat
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ファイルの最後の[all]セクションに以下を追加してください。
dtparam=pciex1_gen=3
ファイルを保存して再起動してください。速度が向上する可能性があります！
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およびPCIe Gen 3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ファイルの最後の[all]セクションに以下を追加してください。
dtparam=pciex1
dtparam=pciex1_gen=3
dtoverlay=pciex1-compat-pi5,no-mip,mmio-hi
スピードベンチマーク
- M.2 hat
- M.2 dual Hat
- M.2 dual Hat with hailo8
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。
# 書き込み速度コマンド
sudo dd if=/dev/zero of=/mnt/nvme/testfile bs=1M count=1024 oflag=direct
# 読み取り速度コマンド
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 |
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。
# 書き込み速度コマンド
dd if=/dev/zero of=tempfile bs=1M count=1024 oflag=direct
# 読み取り速度コマンド
dd if=/dev/zero of=tempfile bs=1M count=1024
| M.2 dual Hat | 読み取り & 読み取り | 書き込み & 書き込み | 読み取り & 書き込み |
|---|---|---|---|
| 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 |
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することを示しています。
# 書き込み速度コマンド
dd if=/dev/zero of=tempfile bs=1M count=1024 oflag=direct
# 読み取り速度コマンド
dd if=/dev/zero of=tempfile bs=1M count=1024
| M.2 dual Hat with hailo8 | 読み取り | 読み取り & Hailo8 | 書き込み | 書き込み & 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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