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README.md	README.md
ni_init.sh	ni_init.sh

PXIシステムをLinuxで運用する

Hello👋 > 💻:===:💻 < Hi👋

はじめに

PXIとは

PXIはテストエンジニア用コンピュータです。これは、マルチスロットシャーシにコントローラと計測器を組み合わせたテストおよび計測用プラットフォームです。エンジニアはNI PXIを使用して、検証と製造テストのための高性能な複合測定システムを構築します。

つまり、OSを搭載した万能計測器。やばすぎ🤯

主な構成パーツ

シャーシ

シャーシはPXIシステムの基幹部分であり、PCの機械的な筐体およびマザーボードに相当します。これが電源、冷却、通信バスを提供し、計測器モジュールを同期します。シャーシのスロット数は4～18と種々のサイズがあり、ポータブル、ベンチトップ、ラックマウント、組み込みシステムなど、さまざまな用途とニーズに対応しています。

イメージとしては、デスクトップPCのマザーボードと筐体が一体化したようなもの。シャーシに各種コンポーネントを取り付けてカスタマイズできる。

コントローラ

PXIコントローラには、組込コントローラとリモートコントローラがあります。組込コントローラは、リモートコントローラでPXIシステムをデスクトップ、ノートブック、サーバコンピュータから制御できる一方、外部PCなしでPXIシステムを実行するのに必要なすべてが含まれています。ニーズに合ったコントローラを選択してください。組み込みコントローラは性能が高く、リモートコントローラはコストパフォーマンスが高くなります。

要はコンピュータ本体として機能する部分。ここには一般的なパソコン同様にCPU, RAM, Storage, NIC, Display Portなどの各インターフェースがひとつのコンポーネントとして提供される。ここだけなら本当にただのパソコン。

モジュール

NIでは、DCからミリ波まで、600以上の入出力PXIモジュールを提供しています。その中には、オシロスコープやデジタルマルチメータなどのモジュール式計測器が含まれます。オープンな業界規格であるPXIは、60社を超える計測器ベンダがおよそ1,500種類の製品を提供しています。

PXIシステムの計測器全般を指す。用途に応じて使い分けるっぽい。

PXIシステムの概要

以降はPXIコントローラのことを単にPXIと表記します。（例: PXIにUbuntu 22.04をインストール）

シャーシ:
- PXIe-1092
コントローラ:
- PXIe-8862
モジュール:
- PXIe-4481
- PXIe-5163
- PXIe-6739
OS:
- Ubuntu Server 22.04 LTS
NI Driver
- README(LTSはまだ出てない)

PXIにUbuntuをインストール

Ubuntu Desktop/Serverのイメージをダウンロード公式からLTS版をインストール
ISOファイルをUSBに書き込んで起動USBを作成(Windows: rufus, Mac: Etchar)
BIOSを開く（deleteキーで入れた）
- BIOSで起動順序をUSBに変更ただしこれだけでは上手く起動できない
- secure bootの項目をcustomからstandardに変更やはりセキュアブートは悪、滅ぶべし
Ubuntuのインストーラが起動したら言う通りに基本セットアップをする ※ 最小インストールが望ましい
再起動し、起動USBを抜いてインストール完了

NI DriverをUbuntuにセットアップ

別に手動でやるような作業じゃないから...気が向いたらshell書いておきます。

sudo apt -y update, sudo apt dist-upgradeを実行して最新版のカーネルにアップデート
rebootで再起動
curl -O https://download.ni.com/support/softlib/MasterRepository/LinuxDrivers2024Q1/NILinux2024Q1DeviceDrivers.zipを実行してLinuxデバイスドライバリポジトリ登録パッケージをダウンロード
sudo apt -y install unzip を実行
unzip NILinux2024Q1DeviceDrivers.zipを実行して解凍
sudo apt install ~/NILinux2024Q1DeviceDrivers/ni-ubuntu2204-drivers-2024Q1.debを実行してリポジトリ登録パッケージをインストール ※ filename.debは任意のパッケージを使用 ※ なぜか絶対パスじゃないと動かなかった、なんで？
sudo apt -y install filenameで使用するNIドライバをインストール
rebootで再起動

今回の構成のドライバと必要なパッケージは以下の通りです。

Driver	Package
NI-DAQmx	ni-daqmx
NI-SCOPE	ni-scope, ni-scope-daqmx

参考リンク

Ubuntuのネットワーク設定

システムの概要図はFig 1みたいな感じ。クライアントとなるデスクトップPC（左）とここまで設定を行ってきたPXI（右）とが、直接LANケーブルによって接続されています。これだけで立派なネットワークを確立することができるのだから、やはりコンピュータは素晴らしい！

ここからの作業は一般的なUbuntu Serverを構築する時と変わらない¹のでサクサク進めよう！

まずはじめにnetplanあり

基本はここから、PXIのIPアドレスをDHCPから固定に変更する
必要なツールのインストール最小インストールはvimやnanoなどのテキストエディタすら入っていないのだ！

sudo apt -y install inetutils-ping &&\
sudo apt -y install netcat &&\
sudo apt -y install tcpdump &&\
sudo apt -y install ufw &&\
sudo apt -y install openssh-server &&\
sudo apt -y install nano

sudo nano /etc/netplan/00-installer-config.yamlでUbuntuのネットワーク設定を行う（viでも可）
以下の設定を行う $ ( X, Y \in \mathbb{N} \ | \ 1 < X < 256, 1 < Y < 256 ) $

network:
ethernets:
  eno0:
    dhcp4: true
    dhcp6: false
  eno1:
    dhcp4: false
    dhcp6: false
    addresses:
    - 192.168.X.Y/24
    nameservers:
      addresses: []
      search: []
version: 2

編集内容を保存したらsudo netplan applyを実行して変更を適用する
ip aを実行して設定が適応されているか確認する

$ ip a
1: lo: <LOOPBACK,UP,LOWER_UP> mtu 65536 qdisc noqueue state UNKNOWN group default qlen 1000
    link/loopback 00:00:00:00:00:00 brd 00:00:00:00:00:00
    inet 127.0.0.1/8 scope host lo
      valid_lft forever preferred_lft forever
    inet6 ::1/128 scope host 
      valid_lft forever preferred_lft forever
2: eno1: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500 qdisc mq state UP group default qlen 1000
    link/ether 00:80:2f:38:b4:68 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
    altname enp112s0
    inet 192.168.200.200/24 brd 192.168.200.255 scope global eno1
      valid_lft forever preferred_lft forever
    inet6 fe80::280:2fff:fe38:b468/64 scope link 
      valid_lft forever preferred_lft forever

うむうむ、良きかな👍

Firewallを設定する

sudo apt-get update sudo apt -y install ufwを実行する
sudo ufw enableでファイアウォールを起動する
sudo ufw default denyを実行して全てのポートを無効にする
sudo ufw allow <port num>で任意のポート番号を許可する
sudo ufw status numberedを実行すると現在のファイアウォールの設定を確認することができる

VSCodeからSSHでリモート接続できるようにしよう

PXIに対して別のパソコンからSSHを用いてリモート接続できるようにします。すると、リモートからVSCodeを使った編集が可能となります。やったね👍 まあ、ローカルで使うのであまり必要ないかも。忙しい人はここは飛ばしてもいいです。

PXIに接続したいパソコン（あなたが普段使っているWindowaやMac）にVSCodeをインストールします ※インストール済みの人はスルーで
VSCodeの拡張機能で"remote"と検索すると、一番上に”Remote Development”という拡張機能のパッケージが出てくるので、これをインストール
リモートエクスプローラーというバッジが増えているので、クリックしてメニューを開き、SSHと書かれたトグルリストの歯車マークをクリックしてSSH構成ファイルを開く
SSH config ファイルが開くので、必要なホスト情報を記述する。初回はパスワードログインなので公開鍵の設定は必要なし

Host PXISystem
    HostName <PXI IPv4 address>
    User <接続先のUsername>
    Port <Firewallで開放したポート番号>

PXIシステムのネットワーク（192.168.200.0）に接続方法は有線無線なんでも良い

192.168.200.0
├── PXISystem: 192.168.200.200
├── Desktop PC: 192.168.200.201
└── Laptop PC: 192.168.200.XXX <- VSCode

リモートエクスプローラーを更新すると、ホスト名が表示されたトグルリストが出現するので、接続をクリックします ※ここでうまくいかない人は付録の方法を試してください
初回は接続先ホストのOSを聞かれるので、 Linuxを選択
パスワードを求められたら。接続先のパスワードを入力

お疲れ様でした！これで一通りサーバを運用する前準備が完了しました。わーい🙌

WebSocketによる同期処理

詳細はDockerを使用したコンテナ間通信で実装している

WebSocketでサーバ・クライアント間のやりとりを自動化させる

bashとpythonを使用した実行
2台のサーバ（GPUサーバとPXIシステム）を一本の線（LAN、SFT）で接続
systemdにデーモンを登録 - 参考リンク

おまけ

全部書くと長すぎるかなと思ったので、細かい話はこっちに補足しておきます。

OpenSSH Serverの設定

Firewallを設定するで開放するポート番号を指定した場合、SSHの設定を変更する必要があります。SSHされる側、つまりPXISystemにはsshdというデーモンが動いています。この子が見張っているポート番号はデフォルトで22番です。しかし、あなたはつい先程Firewallを稼働させて自分で指定したポート番号以外を塞いでしまいました。なので、sshdのコンフィグファイルを変更する必要があります。ついでに設定を変更してセキュリティ対策もしておきましょう。

sudo nano /etc/ssh/sshd_config を実行し、編集画面に移ります
次の項目を変更しておきましょう

Port <Firewallで開放したポート番号>
PermitRootLogin no
PermitEmptyPasswords no

完了したら保存して、sudo systemctl restart sshdを実行してsshdを再起動させて設定を反映させる

Dockerを使用したコンテナ間通信

ここでは、Dockerでコンテナを２つデプロイしてサーバ間通信の検証環境を構築します。 Dockerを使用する理由は、本番環境にデプロイする前にテスト環境で動作確認を行いたいためです。
チャレンジしてみたい人は実際にコンテナを作成して通信が行われるか検証してみましょう。💪

docker network create <Docker Network Name>を実行して任意のDockerネットワークを作成
docker network inspect <Docker Network Name>を実行して詳細を確認

$ docker network inspect <Docker Network Name>
[
    {
        "Name": "<Docker Network Name>",
        "Id": "abcdefg",
        "Created": "XXXX-XX-XXTXX:XX:XX.XXXXXXXXX",
        "Scope": "local",
        "Driver": "bridge",
        "EnableIPv6": false,
        "IPAM": {
            "Driver": "default",
            "Options": {},
            "Config": [
                {
                    "Subnet": "XXX.XXX.XXX.XXX/16",
                    "Gateway": "XXX.XXX.XXX.1"
                }
            ]
        },
        "Internal": false,
        "Attachable": false,
        "Ingress": false,
        "ConfigFrom": {
            "Network": ""
        },
        "ConfigOnly": false,
        "Containers": {},
        "Options": {},
        "Labels": {}
    }
]

DockerfileからBuild imageを実行してイメージを作成

What's Next?
  View a summary of image vulnerabilities and recommendations → docker scout quickview
 *  ターミナルはタスクで再利用されます、閉じるには任意のキーを押してください。

docker-compose.yamlからCompose Upを実行してコンテナをデプロイ

[+] Running 2/0
 ✔ Container pxi      Running                                                                                                                                                            0.0s 
 ✔ Container desktop  Running                                                                                                                                                            0.0s 
 *  ターミナルはタスクで再利用されます、閉じるには任意のキーを押してください。

docker psまたはdocker container lsを実行して通信に必要な情報を取得します

$ docker ps
CONTAINER ID   IMAGE        COMMAND       CREATED         STATUS         PORTS     NAMES
c7c2d86e93e7   tcp:latest   "/bin/bash"   5 seconds ago   Up 4 seconds             desktop
8a488c97c79c   tcp:latest   "/bin/bash"   5 seconds ago   Up 4 seconds             pxi

docker inspect ${Container名}を実行するとデプロイしたコンテナの詳細情報を確認できる
VSCodeにDockerの拡張機能から、実行中の2つコンテナをそれぞれ選択してAttach Shellをクリック

root@desktop:~# 
# こんな感じのターミナルが起動する

root@pxi:~# 
# こんな感じのターミナルが起動する

ncコマンドを使用して、相互通信が可能か確認

# クライアント側
root@desktop:~# nc -t XXX.XXX.XXX.a 8080
Hello!

# サーバ側
root@pxi:~# nc -l -p 8080
Hello!

これでTCP通信がコンテナ間でできるようになりました🙌 成し遂げたぜ！

参考文献

今回のネットワークにはルータやDNSサーバが存在しません。それゆえnetplanの設定で不要な部分は排除していることに注意してください。 ↩

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PXIシステムをLinuxで運用する

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はじめに

PXIとは

主な構成パーツ

PXIシステムの概要

PXIにUbuntuをインストール

NI DriverをUbuntuにセットアップ

Ubuntuのネットワーク設定

まずはじめにnetplanあり

Firewallを設定する

VSCodeからSSHでリモート接続できるようにしよう

WebSocketによる同期処理

WebSocketでサーバ・クライアント間のやりとりを自動化させる

おまけ

OpenSSH Serverの設定

Dockerを使用したコンテナ間通信

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WebSocketによる同期処理

WebSocketでサーバ・クライアント間のやりとりを自動化させる

おまけ

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Dockerを使用したコンテナ間通信

参考文献

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