Telnet
2023.03.01
YouTube でも紹介しています。画像をクリックすると再生できます。
今回は、TelnetによるWiFi無線通信を行います。
Telnetは、IPネットワークを通じて別のコンピュータにアクセスし、遠隔操作するための通信規約の一つです。
■Telnetの活用イメージ
Telnetにより、こどもパソコン IchigoJamを遠隔操作します。
●ノートパソコン上でTeraTermを起動して、ESP32とTelnet接続します。
●ノートパソコンからESP32へ送られたデータは、UART接続を介してIchigoJamに送られます。
●IchigoJamからのテキスト出力はUART接続を介してESP32に送られ、Telnet接続によりノートパソコンに送信されます。
■テスト用動作環境
●ノートパソコン上でTeraTermを起動して、ESP32とTelnet接続します。
●ノートパソコン上でもう１つTeraTermを起動して、ラズベリーパイとSSH接続、ラズベリーパイ上でシリアル通信アプリを起動し、ESP32とUART接続します。
●ノートパソコンからESP32へ送られたデータはシリアル通信によりラズベリーパイに送られSSH接続されているTeraTermの画面に表示します。
●ラズベリーパイからESP32にシリアル通信で送られたデータを、TelnetによりノートパソコンのTeraTerm画面に表示します。
右側のパソコンにTeraTermを2つ起動しています。
上段が、ESP32とTelnet接続、下段がRaspberry PiとSSH接続した状態です。
■使用した機材
●Raspberry Pi 3 model B
普段使っている Raspberry Pi 3 model B です。PIMORONI の Nano HAT Hackerを使って、GPIOを分岐させ、Piano Hat を被せています。
USBケーブルの上の端子には、音楽のはいったUSB SDカードリーダを挿しています。
$ lsb_release -a
No LSB modules are available.
Distributor ID: Raspbian
Description: Raspbian GNU/Linux 10 (buster)
Release: 10
Codename: buster
●Adafruit QT Py ESP32-S2 WiFi Dev Board with STEMMA QT
・ESP32-S2 240MHz Tensilica processor
・4 MB Flash & 2 MB PSRAM
・2.4 GHz Wi-Fi System-on-Chip (SoC)
・3.3V regulator with 600mA peak output
QT Py ESP32-S2 の詳細は下記をご覧ください。
Adafruit QT Py ESP32-S2
■基本的なソースコード
Telnetによる通信制御のプログラム基本形です。
#include "datalink.h"
#include <WiFi.h>
WiFiServer server(23);
WiFiClient client;
void setup() {
Serial1.begin(115200);
WiFi.config(LOCAL_IP, GATEWAY, SUBNETMASK, PRIMARY_DNS);
WiFi.begin(SECRET_SSID, SECRET_PASS);
while (WiFi.status() != WL_CONNECTED) {
Serial1.print(".");
delay(100);
}
server.begin();
}
void loop() {
client = server.available();
if (client) {
while (client.connected()) {
if (client.available()) {
Serial1.write(client.read());
}
}
client.stop();
}
}
※datalink.h では、LOCAL_IP, GATEWAY, SUBNETMASK, PRIMARY_DNS, SECRET_SSID, SECRET_PASS を定義しています。
setup()関数では、WiFi接続を確立して、Telnet23番ポートでサーバを起動しています。
loop()処理で、クライアント側からのデータを受け取ると、そのままクライアント側に戻します。
ソースコードのビルドには、PlatformIOを使用しています。
Arduino開発環境構築 PlatformIO
ビルドして、QT Py ESP32-S2 に書き込みます。
$ pio run -e adafruit_qtpy_esp32s2 -t upload
ノートパソコンから、Raspberry Pi にSSH接続し、シリアルモニターを起動して、ESP32とシリアル通信を行います。
前回動画のIchigoJam互換機作成の際に、ファームウェア書込みツールとして使った lpc21isp は、シリアルモニターとしても使えます。
$ lpc21isp -termonly /dev/ttyAMA0 115200 12000
Raspberry Pi側でシリアルモニターを起動後に、ノートパソコン側のTeraTermでESP32にTelnet接続すると、モニター画面に文字化けされたコードが表示されます。
しかし、ループバックされるノートパソコン側のTeraTerm端末にはなにも表示されません。
そこで、この文字化けされたコードをログファイルに落として確認します。
$ lpc21isp -termonly -logfile /dev/ttyAMA0 115200 12000
lpc21isp.logをバイナリ・エディタで開いてみます。
調べてみると、これはクライアントとサーバー間でのTelnetセッション確立時のネゴシエート情報であることがわかります。
ここには、ターミナル速度、エコー、Go Ahead 抑止、ウィンドウ サイズ、リモート フロー制御などの情報が含まれます。
Telnet プロトコル
つまり、ESP32側からエコーバックされたネゴシエーション情報は、エミュレータであるTeraTermで解釈され、画面には表示されないということで理解できます。
Telnetプロトコルの詳細は、RFC 854 (Telnet プロトコル仕様)をみればよいのですが、面倒なのでコードから検討をつけます。
識別コード0xFFで始まる次のコードが属性で、属性ごとにそれに続く属性値の長さが決まっているようです。
FF F0
FF FA 1F 00 50 00 14
FF FB 18
FF FC 01
FF FD 03
FF FE 18
次のプログラムでは、クライアント側から受け取ったデータがネゴシエーション情報の場合のみ、クライアント側にループバックし、それ以外のときは、Raspberry PiからのUART接続により受け取ったデータをクライアント側に送信するようにしています。
このネゴシエーション情報をループバックしないと、クライアント側に送られてくるデータは一括送信となり改行コードが入力されるまで端末に表示されません。
#include "datalink.h"
#include <WiFi.h>
WiFiServer server(23);
WiFiClient client;
void setup() {
Serial1.begin(115200);
WiFi.config(LOCAL_IP, GATEWAY, SUBNETMASK, PRIMARY_DNS);
WiFi.begin(SECRET_SSID, SECRET_PASS);
while (WiFi.status() != WL_CONNECTED) {
Serial1.print(".");
delay(100);
}
server.begin();
}
int getClientChar() {
while(1) if(client.available()) return client.read();
}
void loop() {
static int c;
client = server.available();
if (client) {
while (client.connected()) {
if (client.available()) {
c = getClientChar();
if (c==0xFF) {
client.write(c);
c = getClientChar();
client.write(c);
switch(c) {
case 0xF0:
break;
case 0xFA:
for(int i=0;i<5;++i) client.write(getClientChar());
break;
default:
client.write(getClientChar());
break;
}
} else {
Serial1.write(c);
}
}
if (Serial1.available() > 0) {
client.write(Serial1.read());
}
}
client.stop();
}
}
上段のクライアント側で、12345 と打ち込むと、下段のサーバ側にその文字が表示され、
逆に下段のサーバ側で abcde と打ち込むと、上段のクライアント側にその文字が表示されます。
■IchigoJam互換機につないでみる
IchigoJam互換機
ESP32 QT Py の TX、RX、GND を IchigoJam LPC1114の RX、TX、GND につなぎます。
※IchigoJam互換機に使用しているMARY-MB(LPC1114FHN33/301)からQT Pyに電力供給したいところですが、
MARY-MBの3.3V電源は、CP2104内蔵の電圧レギュレータから供給されています。
このレギュレータの最大供給電流は100mAですが、CP2104自体が17mA消費しているので、
CP2104の外部に供給できるのは、80mA程度です。
パソコンのTeraTermを起動して、ESP32S2 QT Py に Telnet接続します。
TeraTerm の設定で、Local echo をチェックします。
無事に、ノートパソコンからWiFiを使ったTelnet接続で、ESP32を介して IchigoJam を制御することができました。
■参考文献
・実験コラム・ESP32を使ってみた
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Raspberry Pi（ラズベリー パイ）は、ARMプロセッサを搭載したシングルボードコンピュータ。イギリスのラズベリーパイ財団によって開発されている。
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