起動用SDカードを設定する【Raspberry Pi】

Raspberry Pi の起動用 SD カードの設定方法が最近変更になっていますので、手順とよく使うコマンドについてまとめておきます。
以下の環境で動作確認をしています。

環境：
・　Windows パソコン（Raspberry Pi の起動用 SD カードの書き込み用）
・　Raspberry Pi （実行用）
・　インターネット環境（OS のダウンロードと Raspberry Pi のネットワーク接続のため）
★　Raspberry Pi OS の bullseye、buster、また、書き込みソフト “Raspberry Pi Imager v1.8.5” (2024年3月時点)等について、動作確認をしています。

背景

2020年以降、Raspberry Pi の起動用 SD カードの設定方法がかなり改善されました。
インストーラをパソコンにダウンロードし、SD カードに OS を書き込むようになっています。
私がインストールした時点では、ネット検索をしても古い情報が多く、設定に関する情報が少なかったため、手順やポイントを整理し、公開しておくことにします。
インストーラのバージョン等により、多少画面が異なる場合がありますが、全体の流れはおおかた同様です。

事前検討： SD カードの容量と OS を決める

インストールにあたり、事前に SD カードの容量や書き込む OS を決める必要があります。
・　SD カードの容量は、経験上は、32GB あたりであれば、特に問題は起きていません。以前、8GB のものを使ったところ、プログラムを追加していくと容量不足となったことがありました。機械学習、画像処理などをする場合は、容量の大きめのものをおすすめします。
・　また、Raspberry Pi の設定が初めての場合は、下記の選択画面で Recommended となっているものを選択することをおすすめします。ネット上で情報が多く、書籍も多いからです。
・　また、Raspberry Pi Zero のように処理能力に制限があったり、Raspberry Pi の OS をあまり使わない場合（自動測定だけをする場合など）は、インストーラの画面で “Raspberry Pi OS (other)” → “Raspberry Pi Lite (32-bit)” を選び、システムを最小限にするのも選択肢となると思います。

手順： “Raspberry Pi Imager” のダウンロード＆書き込み

SDカードに Raspberry Pi OS を書き込む

①　Windows パソコンなどで以下の公式サイトにアクセスします。
・　Raspberry Pi OS – Raspberry Pi
②　使っているパソコンの OS に対応した “Raspberry Pi Imager” をダウンロードし、パソコンにインストールします。
たとえば、Windows の場合は、「Download for Windows」ボタンをクリックします。すると、実行ファイル（例： imager_1.8.5.exe など）がダウンロードされます。この実行ファイルをダブルクリックして、Raspberry Pi Imager を Windows パソコンにインストールします。
③　SD カードを、パソコンの USB カードリーダに刺します。
④　①でインストールした Raspberry Pi Imager を起動します。（Windows のタスクバーの検索（虫めがねのアイコン）をクリックし、Raspberry Pi Imager とタイプし、表示されたプログラムをクリックします。）
⑤　Raspberry Pi Imager ソフトウェア上で、「デバイスを選択」ボタンをクリックし、使用する Raspberry Pi のデバイス（Raspberry Pi 5、4、3 、など）を選択します。
⑥　「OSを選択」ボタンをクリックし、使用する OS を選択します。
OS の種類と書き込む SD カードを選択・設定します。特に理由がない場合、Recommended となっている OS をお勧めします。
⑦　「ストレージを選択」ボタンをクリックして、Windows パソコンに接続した SD カードを選択します。
（間違って書き込みをしないよう、関係のない SD カードはパソコンから取り外しておくことをお勧めします。）
⑧　「次へ」ボタンをクリックします。
⑨　「Would you like to apply OS customization settings?」（OS の設定をカスタマイズしますか）と聞いてきます。特に必要がなければ「いいえ」をクリックします。カスタマイズをしたい場合は、適宜、カスタマイズをしてください。
⑩　「Generic Mini SD Reader USB Device に存在するすべてのデータは完全に削除されます。本当に続けますか？」と聞いてきたら、SD カードを確認し、問題がなければ「はい」をクリックします。
→　書き込みとベリファイが実行されます。

Raspberry Pi を起動する

⑪　事前に、Raspberry Pi の基板に、キーボード、HDMI モニター等のハードウェアを接続しておきます。
Raspberry Pi OS を書き込んだ SD カード（⑩）を Raspberry Pi 本体の SD カードスロットに刺します。
この後、Raspberry Pi に電源を投入します。
⑫　起動がうまくいくと、初期設定の画面が表示されますので、画面に従って設定します。
具体的には、以下の通りです。
・　Welcome 画面が表示されたら、「Next」をクリックします。
・　Country 欄で「Japan」、Language 欄で「Japanese」、Timezone 欄で「Tokyo」等、それぞれ必要な設定をし、「Next」ボタンで確定します。
・　Raspberry Pi のパスワードの設定画面（username、password、password の確認欄）が出ますので、ユーザーネームとパスワードを決め、画面にしたがって入力します。
※　ここで設定したユーザーネームとパスワードは、今後、たとえばリモートデスクトップでアクセスする際に入力が求められるようになります。また、Raspberry Pi で LXTerminal を起動すると、冒頭に、ここで設定したユーザーネームが表示されます。
・　HDMI などの画面表示の確認が出ますので、表示を確認し、「Next」をクリックします。
・　Wi-Fi などのネットワーク環境を使っている場合は、使用する Wi-Fi のネットワークを選択し、パスワードの設定をします。
・　一通りの設定が済むと、リスタートするようになっています。

→　正常に起動したら、完了です！

うまく動いたら　～　いくつかコマンドを試してみる

Raspberry Pi の OS（コードネームなど）を確認する

うまく動いたら、いくつかコマンドを試してみましょう。
たとえば、上で書き込んだ Raspberry Pi OS のコードネームを確認するには、画面左上のアイコンから LXTerminal をクリックし、ターミナル画面を表示させます。この画面で、以下を入力し、[enter] キーで実行してみます。

$ lsb_release -a

つぎのような表示が出れば OK です。
表示の例
Distributor ID: Raspbian
Description: Raspbian GNU/Linux 11 (bullseye)
Release: 11
Codename: bullseye
※　上記でインストールした OS のコードネーム（bullseyeなど）などを確認できます。

SD カードの容量を確認してみる

SD カードの容量は、以下で確認できます。

$ df -aPh

※　起動用の SDカードなどについて、対応した容量と使用率が表示されます。
なお、df （disk free）は、ディスク容量を表示させるコマンドで、aPh は、それぞれ、ダミーファイルを含めたすべてを、ブロック単位で、単位付きで、表示させるという意味です。
※　Size となっている欄が容量となっています。
たとえば、32GB の SD カードに Raspberry Pi OS を書き込んだのであれば、各フォルダの容量の合計値がほぼ32GB になっていると思います。

基板のバージョンを確認する

Raspberry Pi の基板のバージョンなどを確認する場合は、以下を実行してください。

$ cat /proc/cpuinfo

つぎのような表示となると思います。
表示の例
model name: ARMvXX Processor rev XX
…
Hardware : BCMXXXX
Model: Raspberry Pi XX Model XX Rev XX.XX

※　Raspberry Pi の基板に対応する出力となっていると思います。
複数の Raspberry Pi を持っている場合は、このコマンドで基板の新旧や相違を確認できると思います。

Raspberry Pi には 40本等のピンが実装されています。このピン番号に関する情報を取得する場合は、以下のコマンドを実行してください。

$ pinout

※　時刻設定用のリアルタイムクロックを使う場合は、このピン番号に基づいて接続します。また、LED やモーター等を動かすことも可能です。

ラズパイの電源の切り方

Raspberry Pi の電源の切り方は２通りあります。

手順１　GUI 上からログアウトする
終了時は、画面左上の「ラズベリーパイ」のアイコン、「ログアウト」をクリックし、「shutdown」ボタンをクリックします。
緑色ランプの点滅が終わったら、Raspberry Pi の電源を切って（電源プラグを外して）大丈夫です。

手順２　ターミナルからログアウトする
あるいは、ターミナルからコマンドで終了する場合は、ターミナルを起動した状態で、以下を実行します。

$ sudo shutdown -h now

緑色ランプの点滅が終わったら、Raspberry Pi の電源を切って（電源プラグを外して）大丈夫です。

その他

なお、インストールなどの初期設定を終えたのち、ログデータなどを頻繁に書き込むような使い方をする場合は、外付けの USB の SD カードリーダなどに書き込むようにし、OS とデータを分けて使用することをおすすめします。
市販されている SD カードは、書き込み回数の上限が 1,000回程度のオーダーとなっていることが多く、Raspberry Pi を常時使う場合、破損する可能性が出てくるからです。
私の経験では、ほぼ24時間稼働で常時ログを書き込んでいたところ、１年程度でSD カードが使えなくなったことが何度かあります。
以下のような運用とすると、経験的に、SD カードの寿命を伸ばすことができるようです。
・　Raspberry Pi OS 用の SD カードは、頻繁な書き込み／データの書き換えをできるだけ避ける。できるだけ読み込みのみとする。
・　ログ、測定データ、独自で開発したスクリプトなどは、外付けの別の SD カード上で実行する／書き込む（とくに自動実行、常時稼働をする場合など）。
・　デジタルタイマーなどで必要な時間帯のみ起動するようにする。使用しないときは、電源を切る。

まとめ

Raspberry Pi の起動用 SD カードの設定方法（Raspberry Pi Imager, imager_X.X.X.exe）についてまとめました。
昔に比べると手順が大きく変わりましたが、ダウンロードが１回で済み、かなり楽になりました。

なお、私の場合、Raspberry Pi の起動用 SD カードを作成する際は、以下の順で設定を進めていくことがルーチンのようになっています（一番、効率がよい）。
・　起動用の SD カードを作成する（Wi-Fi ネットワークに接続する）
・　固定 IP アドレスを設定する
・　Windows パソコンからリモートデスクトップでアクセスできるようにする
・　リアルタイムクロックの設定をする
・　OpenCV や機械学習などのプログラムをインストール・設定する
このようにすると、Raspberry Pi を離れたところで起動させて、いつも使っている Windows パソコンから、Wi-Fi 経由でリモートで使うことが可能となり、とても効率的です（部屋も片づきます）。
上記の各設定方法やよく経験するトラブルについても以下の関連リンクなどでまとめています。もしも興味があるようでしたら、参照してみてください。