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とりあえず、RaspberryPi Zero / Zero W / Zero WH用の HATの回路図を作成してみた。ホビー用なので、ダンピング抵抗は取り除いても良いかもしれない。ホビー用なので、静電気対策もなければ EMC対策もない。

OSCすら付けたくないので、RaspberryPi内蔵のハードウェア PWMでクロックを作って、MCP2515に入れてみた。結果は、周波数が低すぎて CANの 500kbpsが作れなかった。UARTだけならできるかもしれないけれど、トラブルの元になりそうなので、結局、普通の水晶振動子を載せることにした。

主な機能
1) CAN 1.0 インターフェース (CAN FD未対応)
2) ISO9141 インターフェース
3) GPS インターフェース
4) microSD インターフェース (動画保存用)
5) シリアルコンソール用のインターフェース

電源の監視は、アクセサリ電源を確認して、ACCオフの時には低消費電力モードに入ることにして、常に起動しっぱなしにしようと思う。というか、Linuxで電源のオンオフをマトモにやるのは面倒くさい。RaspberryPi Zeroなら 5V, 100mA程度以下で待機できるので、日常的にクルマに乗る人ならさほど問題ないと考える。


Fig.1 Schematic


Fig.2 PCB


表面実装部品を使わず、DIP品だけでも収まりそうな気がしてきたので、もう少し回路をブラッシュアップしようかな

トヨタ ファンカーゴに接続して、CANのテスト。どうも古いトヨタ車は、CANが使えないらしい。ISO9141からトヨタ プロトコルで読み出す必要がありそう。自分の使用したい環境ではないので、とりあえず今はペンディングとしよう。

メジャーどころのクルマは、調査しておきたい。スバルはほぼ完璧なので、例えば、下記あたりか。

トヨタ ヴィッツ
ホンダ フィット
日産 ノート


まあでも、CANと ISO9141にさえ繋がれば、あとは誰かがプロトコルを作ってくれると思うので、ほったらかしでも良いような気がしてきた。面倒なのは、動画処理と保存処理だろうし。

RaspberryPi Zero W + RaspberryPi カメラ (1280x720px) + mjpg-streamer + ffmpegの組み合わせで、撮影と動画保存に関するCPU負荷率を調査した。microSDに書き込みをすると、やはり CPU負荷が高くなる。I/O待ちの影響が大きそう。CAN通信と組み合わせると、60 ～ 80%ぐらいになるので、かなりギリギリになりそう。

sambaサーバを立てて、WiFiによるファイル転送は 5MB/sぐらい。ちょっと遅いか。動画を大量に抜き出すときは、microSDを取り外すことになるかもしれない。


Fig.1 tmpfsに動画を保存したときの CPU負荷


Fig.2 microSDに動画を保存したときの CPU負荷


Fig.3 WiFiによるファイル共有, 動画転送の速度

RaspberryPi Zero Wに RS485 CAN HATを取り付けて、まずは CANの評価を行った。OBD2の CAN-H , CAN-L に配線をして、RaspberryPi から can0 インターフェースとして見えるように設定して、簡単なコマンドを送信して動作検証。

トヨタ マークXジオ 350Gは、CANからエンジン回転数が取得できたけれど、R205からは取得できず。スバル車の場合は、ISO9141の K-Lineから SSMのプロトコルで取得するのが一番良さそう。残りは、ホンダとニッサン。

SPIのクロックが 1MHzのとき、RaspberryPi Zeroの CPU負荷率は、おおよそ 15 ～ 20%。8MHzまで上げると、10～15%ぐらいまで負荷率が下がる。CPU負荷が高い原因は、MCP2515の割込によるものっぽい。OBD2のコネクタを抜き、CANの通信をなくすと、割込による CPU負荷はゼロになる。MCP2515のデータシートによれば、MCP2515内部にハードウェアフィルタが内蔵されているので、恐らくこのあたりを上手に設定すれば、CPU負荷は劇的に下げられそうな気がする。









それ以外の作業としては、microSDを 32GBから 400GBへ移行して、動画保存のできる準備を整えた。

また、WiFiの接続先をスマホのテザリングとした。RaspberryPi Zeroを hostapdを使ってアクセスポイントにすることもできるけれど、外部ネットワークに繋がる方がメリットが大きいと判断した。

RaspberryPi Zero Wに RaspberryPi Cameraを取り付けて、撮影の準備を整えた。とりあえず、映像が取れることだけを確認した。

今日から備忘録的に、新しいシステムの開発記録を残していくことにします。ゆくゆくは、Githubなどオープンソースとして公開するにしても、今はまだ試行錯誤の段階なので、みんカラに残そう。

とりあえず、本日の作業は、ターゲットボードの選択と開発環境の構築。

ドライブレコーダの撮影方向を車両前方とすると、カメラの取付位置は、どうしてもフロントガラスかその近傍になりそう。RaspberryPiをベースにするとして、候補に出てくるのは、RaspberryPi 3, 4, Zeroあたり。そして、息の長いオープンソース・ハードウェアにするには、何よりも互換性と EOLが大事。安価でどこでも手に入れられることも大事。

というあたりで、いろいろ調べていくと、RaspberryPi Zero Wに行き着いた。

なによりもまず小型で安価、カメラマウントの付いたケースも純正で用意されているのがいい。フロントガラスに固定することを考えても、バックミラーの裏に固定することを考えても、ダッシュボードの上に置くことを考えても、実に都合の良い大きさ。

https://www.raspberrypi.org/products/raspberry-pi-zero-case/
https://www.raspberrypi.org/documentation/hardware/raspberrypi/mechanical/rpi_MECH_Zero_case_camera.pdf


ということで、まずは RaspberryPi Zero Wを仮のターゲットとして開発環境を構築した。RaspberryPi Zeroの環境構築は面倒くさいけど、Zero Wは、WiFi内蔵なので、/boot領域 (FAT) 内に sshファイルと wpa_supplicant.confファイルを作ってあげると、自動で WiFiへ接続して sshからログインができるようになって便利。この状態で、OpenCV, ffmpeg, SDLなどをインストールして、ひとまず構築完了。写真中の CAN HATは、Amazonで購入したもの。ゆくゆくは基板を作ることにして、今の段階では適当な市販品を流用することにする。




次回は、この状態で評価用のサンプルプログラムを組んで、まずは CPUパワーが足りるかどうかを調べることにする。もしも CPUパワーが全く足りなさそうなら、早々に諦めて RaspberryPi 3 か 4に移行した方がよさそう。

本日はここまで。


もしも OpenSSM / WinSSMなどをご存じの方、あるいは新システムに興味ある人がいれば、コメントにいろいろ要望を書いて頂くと、今なら機能として取り込まれやすいかもしれません (^^;