Raspberry Pi 4 可以透過 USB 開機了

一樣是在 Hacker News Daily 上看到這篇:「Boot from USB · Issue #28 · raspberrypi/rpi-eeprom」,不過 GitHub 上的討論沒什麼重點,主要是 Hacker News 上的討論:「Raspberry Pi 4 can finally boot directly from USB (github.com)」。

這個功能在以前的 Raspberry Pi 上是可以用的,但大概是因為 RPi4 的 USB 模組整個換掉,所以在 RPi4 推出時是沒這個功能的,直到最近更新韌體才支援。

不過就算以前可以用 USB 2.0 開機,但因為 USB 2.0 的極限值只有 480Mbps,扣掉 USB mass storage 的 protocol overhead 後,跟 SD 卡相比沒有差太多速度,大家就沒有太在意這個項目。但現在 USB 3.0 的速度快不少,讓這邊有不少發揮的空間,之後來找機會來外接個硬碟測一些東西看看好了...

然後順便提一下,以前要弄這種東西都是同事之間一起團購,但後來發現 PChome 24h 上也有賣,而且價位也算是還算可以?(加上又是隔天到?)

證明圓周率 π 是無理數

前陣子在 Michael Penn 教授的 YouTube 頻道上看到的證明:

這個證明方式在其他人的 YouTube 頻道也有做過,像是 MindYourDecisions 在 2019/3/14 (Pi Day) 發表的影片:

這兩篇使用的方法是 Ivan M. Niven 在 1946 年提出來的方法 (發表在 1947 年 AMS 的期刊,第 53 期的 Bulletin of the American Mathematical Society 上):「A simple proof that π is irrational」。

先不討論證明方法本身,我把這份 PDF 印出來慢慢看,當年用打字機打的字型讀起來超有味道的... (這份 PDF 看起來是掃描檔)

從 PDF 可以看出證明超級短,只有一頁,但畢竟這是大師丟出來的證明,裡面其實省了很多步驟。這接步驟不難推導,但是是屬於考試作答時不能省略的部份,如果加上去的話應該會兩到三頁 (還是非常短)。

整個證明的過程很巧妙的設計了兩個函數搭配反證法。裡面有用到微積分,但只用到最基本的微積分,其中微分的部份用到的公式就這三個,其中是三角函數的微分公式:

\frac{d}{dx} sin(x) = cos(x)\newline\newline\frac{d}{dx} cos(x) = -sin(x)

然後是兩個函數相乘後的微分公式:

\frac{d}{dx} f(x)g(x) = f'(x)g(x) + f(x)g'(x)

積分的部份只用了定義的部份 (主要是在微分的部份證完)。

然後證明是圍繞在「整數」上面做文章,夾擠出一個不可能的情況,因此得到矛盾,證明了 π 是無理數。

整個證明可以在高三範圍 (如果現在高三還有教微積分的話) 或是大一教過微積分之後的程度證完,作者講的 "Simple" 主要是出自這邊...

用 Monitorix 代替自己搞的 MRTG

先前我家裡的有線電視網路上我放了一顆 Raspberry Pi 跑各種分析,包括用 MRTG 抓流量與溫度,還有用 SmokePing 抓網路狀況。

前幾天系統掛了,本來以為是 SD 卡掛掉,換了一張上去發現還是開不了機,後來才發現是板子掛了,記得這張板子是當年還在 K 社時 zonble 送的,記得是當年一代剛出沒多久很紅,算了一下這台也跑了七八年了...

網路上找了一下找到了便宜的 Raspberry Pi 3,弄了回來後裝一裝,剛好最近接觸 Monitorix 後發現裡面已經有很多現成的設定設好,只要開起來就可以自己抓到...

現在的版本自帶 HTTP server,但我希望透過 nginx 轉進去 (包成 HTTPS),這樣的話需要在 /etc/monitorix/monitorix.conf 裡加上:

url_prefix_proxy = https://rpi.gslin.com/

如果想要抓 Raspberry Pi 的電壓與溫度資訊,只要把檔案裡面的 raspberrypi = n 改成 raspberrypi = y 就可以了。

在 nginx 裡面把 /monitorix/monitorix-cgi 轉進去,像是這樣的設髮:

    location /monitorix {
        proxy_pass http://127.0.0.1:8080/monitorix;
    }

    location /monitorix-cgi {
        proxy_pass http://127.0.0.1:8080/monitorix-cgi;
    }

比起自己搞 MRTG 設定一堆 shell script 簡單多了,cfgmakerindexmaker 用起來還是不順手。

不過 Ubuntu 上要 20.04 才有內建包進來,18.04 看起來沒有:「Ubuntu – Package Search Results -- monitorix」,目前還沒有在 18.04 上跑的需求,之後遇到再看看要怎麼處理...

用 Raspberry Pi 4 與 HDMI-to-USB 組出 KVM over IP 裝置

一樣是在 Hacker News Daily 上看到的專案,弄出便宜的 KVM over IP 裝置:「TinyPilot: Build a KVM Over IP for Under $100」。

主要是他在 Twitter 看到了這則,裡面提到了「Video Capture Cards, HDMI to USB 2.0, High Definition 1080p 30fps, Video Record via DSLR,Camcorder, Action Cam for Live Broadcasting, Live Streaming, Gaming, Teaching, Video Conference」這個產品:

而作者在 eBay 上面也找到了一樣的裝置,但是更便宜 (所以是「親,$11 包郵」?XDDD):

接下來是在接觸 pikvm 的時候發現了 µStreamer 這個專案:

µStreamer is a lightweight and very quick server to stream MJPG video from any V4L2 device to the net.

最後則是發現他使用的 HDMI-to-USB 裝置直接就是輸出 MJPG 格式,連 transcoding 都不用做了,大幅把 latency 降到 200ms:

其實從作者的文章可以知道,你想做的事情說不定在地球上已經有其他人做差不多了,重點是要找出來,而不需要自己硬幹 XD

Raspberry Pi 4 推出 8GB 版本

Raspberry Pi 宣佈了 8GB 版本:「8GB Raspberry Pi 4 on sale now at $75」。

除了記憶體變成 8GB 以外,也因為記憶體加大而需要更多電力,所以電供元件的部份也跟著改動,然後也提到 COVID-19 造成的延遲:

To supply the slightly higher peak currents required by the new memory package, James has shuffled the power supply components on the board, removing a switch-mode power supply from the right-hand side of the board next to the USB 2.0 sockets and adding a new switcher next to the USB-C power connnector. While this was a necessary change, it ended up costing us a three-month slip, as COVID-19 disrupted the supply of inductors from the Far East.

超過 4GB 的時候一定會檢視 32-bit 與 64-bit 環境的差異,所以就會發現,在預設的 kernel 因為使用 32-bit LPAE (ARM 上的 PAE),所以雖然是有機會可以使用到 8GB,但單一程式會有 3GB 限制:

Our default operating system image uses a 32-bit LPAE kernel and a 32-bit userland. This allows multiple processes to share all 8GB of memory, subject to the restriction that no single process can use more than 3GB.

目前如果想要原生支援 64-bit 環境的話,需要使用其他作業系統:

But power users, who want to be able to map all 8GB into the address space of a single process, need a 64-bit userland. There are plenty of options already out there, including Ubuntu and Gentoo.

不過另外官方也在測自家的 64-bit 版本,已經有 early beta 版本可以測試看看了 (話說 early beta 這個詞,可以解釋成 alpha 的品質...):

Not to be left out, today we’ve released an early beta of our own 64-bit operating system image. This contains the same set of applications and the same desktop environment that you’ll find in our regular 32-bit image, but built against the Debian arm64 port.

不過上面的 ChromiumFirefox 不完整支援硬體解壓影片的部份還是痛,四代的 CPU 在 YouTube 上是可以硬撐 1080p30 解碼,但畫面順暢度就不太行了,客廳還是用老 Mac Mini (2011 的版本) 來撐場...

Raspberry Pi 4 的散熱問題

找被動散熱資料的時候翻到的,Raspberry Pi 4 有新的韌體可以刷,而新的韌體會降低一些功率消耗,也讓溫度降一些:「Thermal testing Raspberry Pi 4」。

會找被動散熱是因為手上的 Raspberry Pi (一代) 已經壞了兩顆風扇了,大概每年要換一次,風扇的成本是不高,但換起來總是頗麻煩...

而新的 Raspberry Pi 4 在拿到後,發現整包附的是散熱片 + 風扇組合,跑起來也還不錯,但長遠來看還是希望找個被動散熱方案...

目前看到幾個測試,一個是搜尋到在 Reddit 上的「Raspberry Pi 4 heatsink testing」這篇 (或是作者自己的 blog 上:「Raspberry Pi 4 heatsink testing」),裡面提到散熱片夠大,或是用銅製散熱片,在全速跑的時候不會降速:

另外在「Raspberry Pi 4 ICE Tower CPU Cooling Fan Tested」這邊也有看到不開風扇情況下,用散熱塔也行:

另外是整個機殼都拿來散熱的方式,看起來也還行:

如果真的不夠用而需要再拼的話,也許會考慮製冷片,不過先買個殼測試看看...

在 x86-64 上跑 Raspberry Pi 的 OS

看到「dockerpi」這個專案,讓你可以在 x86-64 上模擬 Raspberry Pi 環境跑 Raspbian

然後整包是先透過 Docker 產出一個獨立環境,然後裡面跑 QEMU 模擬 ARM 的環境,接下來再跑 Raspbian:

A full ARM environment is created by using Docker to bootstrap a QEMU virtual machine. The Docker QEMU process virtualises a machine with a single core ARM11 CPU and 256MB RAM, just like the Raspberry Pi. The official Raspbian image is mounted and booted along with a modified QEMU compatible kernel.

這馬上讓人想到 Inception 啊 XDDD

Anyway,這個方法對於想玩玩的人可以省不少功夫,是個有趣的專案就是了...

Raspberry Pi 4 的 Type C 無法使用 Macbook Charger 供電的問題

Raspberry Pi 4 出來後有些災情 (畢竟又加了不少東西近去),在 Hacker News 上看到的 Type C 介面的充電問題:「Raspberry Pi 4 not working with some chargers (scorpia.co.uk)」,引用的原文可以在「Pi4 not working with some chargers (or why you need two cc resistors)」這邊看到,裡面提到了新的 Type C 供電介面在接某些充電器時不會供電 (包括了 Macbook 的充電器):

The new pi has been released and it has a USB Type-C connector for power however people are finding some chargers are not working with it (notably macbook chargers). Some have speculated that this is due to a manufacturer limitation on the power supplies however it is actually due to the incorrect detection circuitry on the Pi end of the USB connection.

這樣說有點偏頗,但是 Macbook 的充電器一向是 Type C 裡的指標,如果這顆充電器跟其他裝置配合上有問題,通常都是代表其他裝置的實作有問題... (噗)

這次發現的電阻問題看起來有點苦 (看起來需要改版子),目前文章作者建議的 workaround 主要就是「不要用那麼好的設備」,比較簡單的包括了 Type C 的線不要那麼好 (像是找充手機用的線就好,不要找拿可以跑 5A 的線),或是透過 Type A 轉 Type C 的線也應該可以避開這個問題,最差的情況應該是找其他的充電器:

Now onto some solutions. Assuming the issue you are having is caused by the problem discussed above, using a non e-marked cable (most USB-C phone charger cables are likely this type) rather than an e-marked cable (many laptop charger/thunderbolt cables and any 5A capable cable will be in this category) will allow for the pi to be powered. In addition using older chargers with A-C cables or micro B to C adaptors will also work if they provide enough power as these don’t require CC detection to provide power. Ultimately though the best solution in the long run will be for there to be a board revision for the pi 4 which adds the 2nd CC resistor and fixes the problem.

對於已經入手的人,如果真的中獎,workaround cost 應該還在可以控制的範圍...

Raspberry Pi 4 開賣,USD$35

Raspberry Pi 4 開賣,目前推出的是 Model B,最低規格的 1GB RAM 版本與之前 RPi 3 相同都是 USD$35,另外這次提供了以前沒有的 2GB 與 4GB 版本,分別是 USD$45 與 USD$55:「Raspberry Pi 4 on sale now from $35」。

有兩個比較大而且要注意的改變,第一個是電源接頭變成 Type-C 了:

We’ve moved from USB micro-B to USB-C for our power connector. This supports an extra 500mA of current, ensuring we have a full 1.2A for downstream USB devices, even under heavy CPU load.

另外一個是 HDMI 接頭換成 D Type:

To accommodate dual display output within the existing board footprint, we’ve replaced the type-A (full-size) HDMI connector with a pair of type-D (micro) HDMI connectors.

這兩個改變都需要準備額外的設備或是線材,其他的改變應該還好...

這次改版最明顯的是效能的增加,官方宣稱 CPU 速度是前一代的三倍:

A 1.5GHz quad-core 64-bit ARM Cortex-A72 CPU (~3× performance)

而在 GPU 相關的則是對 H.265 的 4Kp60 硬體解壓縮:

4Kp60 hardware decode of HEVC video

先前用 RPi 3 放客廳還是覺得不太夠,也許可以考慮看看這個...

在 Raspberry Pi 上面設定 Fixed IP (Static IP)

家裡本來是用 Raspberry Pi (第一代) 跑 SmokePing 觀察有線電視提供的網路 (看品質狀況),但前陣子 SD card 掛掉了... 只好網路上找一張新的 SD card 重新裝一套系統。

在拿到卡後去 Raspberry Pi 的官網上下載最新版的 Raspbian,發現版本變新後,裡面有不少東西不一樣了 :o

固定 IP address 以前都是改 /etc/network/interfaces,但裡面可以看到還蠻有趣的警告,我就是要設定 Static IP:

# Please note that this file is written to be used with dhcpcd
# For static IP, consult /etc/dhcpcd.conf and 'man dhcpcd.conf'

這邊說明了如果要設定固定 IP 的話不要改這個檔案,而是修改 /etc/dhcpcd.confdhcpcd 處理。

打開以後依樣畫葫蘆,加了一段進去後重開機應該就可以用了:

interface eth0
static ip_address=192.168.2.1/24
static routers=192.168.2.254
static domain_name_servers=192.168.2.254

繼續處理後續的設定...