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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 Pinout


QT Py ESP32-S2 の詳細は下記をご覧ください。
Adafruit QT Py + XIAO Expansion board

■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
 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。
2019.12.13 モバイルバッテリーによる瞬間停電対策
2020.01.01 1280x800 HDMI MONITOR
2020.01.12 micro:bitをコマンドラインで使う
2020.02.04 サーマルプリンタを使う
2020.04.10 電卓を制御して数字を表示する
2020.08.03 Seeeduino XIAO
2020.08.09 LGT8F328P - Arduino clone
2020.09.18 電流計測モジュール INA219
2021.02.16 癒しの電子回路
2021.03.06 疑似コンソール
2021.08.08 電子ペーパー
2021.09.04 AVRマイコン・ATTiny85
2021.09.25 pH測定
2021.11.13 NTP時刻取得と活用
2021.11.27 GPS情報取得
2021.12.11 GR-KURUMI
2021.12.25 ATMEGA328P 3.3V/8MHz
2022.01.11 AS-289R2 プリンタシールド
2022.01.25 TM1637 & ATtiny85
2022.02.22 Raspberry Pi Zero 小道具
2022.03.01 ATTinyCore
2022.03.18 Adafruit QT Py + XIAO Expansion board
2022.07.31 サーマルプリンター番外編:通信筒
2022.09.03 l' art en circuit (回路でアート)
2023.01.01 FTP Server & SPI Flash SD
2023.02.01 LPC810(ARM Cortex-M0+)
2023.02.15 IchigoJam互換機
2023.03.01 Telnet
2023.04.26 USBメモリをUART接続で利用する
2023.05.14 焦電型赤外線モーションセンサー
2023.07.01 文字化けしないキーボード
2023.08.01 Bluetoothサーマルプリンター
2023.08.12 LattePanda 2G/32GB
2023.09.04 SI-3012KS
2023.12.01 疑似コンソール(C言語編)
2023.12.16 昭和レトロ・温度湿度時刻計
2023.12.25 二酸化炭素濃度監視
2024.01.23 なんちゃってmicro:bit
2024.02.07 オリジナル micro:bit
2024.02.23 ESP32 OTA
2024.03.08 TELNETサーマルプリンター


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