前回のコラムでは、u-blox社JODY-W3シリーズWi-FiモジュールとNXP社のi.MX8評価ボードを使って、Yoctoプロジェクトを活用したLinux開発環境の構築手順を解説しました。
今回は、i.MX8評価ボード上でJODY-W3を稼働させるために必要な基礎知識と評価の全工程を、図や実際のログを交えながら、現場エンジニアの視点で再現性可能な形で紹介します。
本稿では以下をカバーします:
- NetworkManager(nmtui)によるWi-Fi接続設定
- iperf3によるスループット測定
- MFGパッケージ/labtoolとスペクトルアナライザによるRF測定
ホストLinuxの構造とソフトウェアリソースの関係を図解し、ドライバーとファームウェアの読み込み手順を明確にしました。
初回セットアップで発生しがちな迷いや手戻りを防ぎます。
初めて評価に取り組む方から、検証フローを効率化したい方まで、現場ですぐ使えるノウハウをまとめました。
i.MX8とu-bloxモジュールの連携構造を徹底解説
i.MX8のLinuxシステムとu-blox JODY-W3 Wi-Fiモジュールの連携構造を図解で分かりやすく説明します。
これにより、システムの理解が進み、開発手順の効率化と評価手順の再現性が向上します。
ユーザーアプリケーション、ドライバー、ファームウェアの役割と、データフロー上の連携ポイントを図とログで詳細に解説します。
ホストLinuxとu-bloxモジュールのソフトウェア構成をと連携関係を理解する
この図では、ホストLinuxシステムとu-bloxモジュールの主要なソフトウェア構成要素と、それらの連携関係を示しています。各レイヤの役割やデータの流れを直感的に把握できます。
次の図は、Linuxシステム内でu-bloxモジュールに関連するファイルやユーティリティ、ツールがどのディレクトリに配置されているかを示したツリー構造図です。
2つの図を対比することで、ソフトウェア構造と物理配置の対応を把握することができ、セットアップ手順の理解やトラブルシューティング時の判断を迅速化できます。
u-bloxモジュールのファームウェアはlib/firmwareにある!
lib/firmwareディレクトリには、u-bloxモジュールJODY-W3用のWi-FiとBluetoothファームウェアが格納されています。
これらはmodprobeコマンドでu-bloxモジュールに読み込まれます。
ファームウェアは、通常動作用のWi-Fi+Bluetooth用とRF試験ツール用に分かれています。
さらに、Wi-Fi用、Bluetooth用、Wi-Fi/Bluetooth combo用に分かれています。
u-bloxモジュール ドライバーはlib/modules/<カーネルバージョン名>にある!
/lib/modules/<カーネルバージョン名>ディレクトリには、JODY-W3用のWi-Fi/Bluetoothドライバーが配置されています。
modprobeコマンドでロードし、システムに組み込みます。
mlanドライバー(mlan_jody-w3-pcieuart.ko)
mlanドライバー(mlan_jody-w3-pcieuart.ko)は、JODY-W3のWi-Fi機能を制御し、ファームウェアとの通信や無線LANプロトコル処理を担当します。カーネル内でハードウェア層と上位層(moalドライバーやユーザー空間アプリケーション)を接続する役割を果たします。
moalドライバー(moal_jody-w3-pcieuart.ko)
moalドライバー(moal_jody-w3-pcieuart.ko)は、mlanドライバーをLinuxネットワークサブシステムに統合し、ifconfigやNetworkManagerなどの標準ツールからWi-Fi機能を利用可能にします。
u-bloxモジュールのツールとユーティリティは/opt/jody-w3に!
/opt/jody-w3ディレクトリには、JODY-W3モジュールの評価・制御に必要なツールとユーティリティが配置されています。
構成は大きく、RF試験ツールパッケージ、Wi-Fiユーティリティ群の2つに分かれます。
RF試験ツールパッケージにはmfgbridgeやlabtoolが含まれ、RF測定や各種テストに使用します。
Wi-Fiユーティリティ群にはmlanutl、uaputl、wifidirectutlが含まれ、クライアントモード、APモード、Wi-Fi Directなどの機能を制御できます。
インストールしたアプリケーションやツールは/usr/に!
/usr/ディレクトリは、Linuxシステムでユーザー向けアプリケーション、ツール、設定ファイルを格納する標準ディレクトリです。
JODY‑W3利用時には、ネットワーク関連ツールや無線LAN制御ユーティリティ、コマンドラインツールが/usr/ディレクトリに配置されます。
/usr/bin/には、一般ユーザー向けのコマンドやアプリケーション(例:iperf3)が配置されます。
/usr/sbin/ディレクトリには、システム管理者向けのネットワーク管理ツールやサービス(例:NetworkManager、hostapd、wpa_supplicant)が配置されます。
u-blox JODY‑W3のドライバー&ファームウェア起動手順:modprobeコマンド徹底解説
modprobeコマンドは設定ファイルに書かれたソフトウェアをロードする
modprobeは、Linuxの標準的カーネルモジュール管理コマンドです。このコマンドは、必要なドライバーや機能(=カーネルモジュール)ロードまたはアンロードします。
modprobeは/etc/modprobe.d/ディレクトリ内の設定ファイルを参照し、記載されたオプション(ファームウェアパスや動作モード)を適用してモジュールをロードします。
modprobeの実行ファイルは/sbinディレクトリに配置されています。
ドライバーやファームウェアのパスやファイル名は、/etc/modprobe.dディレクトリ内の設定ファイルに記述します。これにより、modprobe実行時に、設定ファイルのオプションやパスが自動適用されます。
i.MX8評価ボード起動後、ログインしたらmodprobeコマンドでドライバーやファームウェアをロードします。
Wi-Fi通常動作用の設定ファイルjody-w3-driver-pcieuart.confには、ドライバーとファームウェアのロード情報が定義されています。
# disable automatic driver loading
alias pci:v00001B4Bd00002B43* off
alias pci:v00001B4Bd00002B44* off
# enable this line for automatic driver loading with default options
#alias pci:v00001B4Bd00002B43* jody-w3-pcieuart
#alias pci:v00001B4Bd00002B44* jody-w3-pcieuart
# default driver options
options jody-w3-pcieuart fw_name=nxp/jody-w3-pcieuart/pcieuart9098_combo_v1.bin
options jody-w3-pcieuart cal_data_cfg=none
options jody-w3-pcieuart cfg80211_wext=0xf
options jody-w3-pcieuart auto_ds=2
options jody-w3-pcieuart ps_mode=2
options jody-w3-pcieuart host_mlme=1
options jody-w3-pcieuart cntry_txpwr=0
# load WLAN driver modules with command line options
install mlan_jody-w3-pcieuart :
install jody-w3-pcieuart \
/sbin/modprobe -i mlan_jody-w3-pcieuart; \
/sbin/modprobe -i moal_jody-w3-pcieuart $CMDLINE_OPTS
remove jody-w3-pcieuart \
/sbin/rmmod moal mlan
# BT driver
install jody-w3-pcieuart-bt \
/sbin/modprobe -i hci_uart $CMDLINE_OPTS
remove jody-w3-pcieuart-bt \
/sbin/rmmod hci_uart
この設定内容をもとに、modprobeコマンドによるドライバーとファームウェアのロード手順を解説します。
# default driver options の設定
Wi-Fi PCIeドライバー「jody-w3-pcieuart」は、起動時に読み込むファームウェアのファイル名とパスを設定ファイルで指定します(例:fw_name=/lib/firmware/nxp/jody-w3-pcieuart/pcieuart9098_combo_v1.bin)。
modprobe実行時に、設定ファイルの指定に基づいて該当ファームウェアが自動ロードされます。
# load WLAN driver modules with command line options の設定
設定ファイルでinstall jody-w3-pcieuartを定義しておくと、modprobe jody-w3-pcieuart実行時にWi-Fi PCIEドライバーが連続ロードされます。具体的には、先にmlan_jody-w3-pcieuart、次にmoal_jody-w3-pcieuartがロードされます。
これらのカーネルモジュールは、/lib/modules/<カーネルバージョン名>/から自動的に探索・ロードされます。
# BT driver の 設定
設定ファイルでinstall jody-w3-pcieuart-btを定義すると、modprobe jody-w3-pcieuart-bt実行でBluetooth HCI-UARTドライバー(hci_uart.ko)がロードされます。
このカーネルモジュールも、/lib/modules/<カーネルバージョン名>/から自動的に探索・ロードされます。
modprobeでWi-Fiドライバーをロードし、dmesgでデバイス認識ログを確認する
コマンド例の前に、i.MX8評価ボードのSSH接続によるデバッグ環境を以下に示します。
同デバッグ環境構築までの詳細な手順はネクスティ エレクトロニクスの関連技術コラムの下記手順をご参照ください。
以下の手順は、i.MX8評価ボード起動後にSSHログインした状態からの解説です。
modprobe jody-w3-pcieuart実行後、dmesgでカーネルログを確認すると、WLANドライバー(mlan_jody-w3-pcieuart.ko)が正常にロードされたことを確認できます。
さらに、指定したファームウェア(pcieuart9098_combo_v1.bin)が正しく読み込まれていることもログで確認できます。
Wi-Fiネットワーク接続の実践:u-bloxモジュールをWi-Fiアクセスポイントに接続する
Wi-Fiアクセスポイントへの接続するために、ネットワーク管理ツールNetworkManager(nmtui)を使い、SSID選択からパスワード入力、接続確認、IPアドレス取得、疎通確認(ping)までの手順を画面例付きで解説します。
nmtui(NetworkManager)とは
nmtui(NetworkManager Text User Interface)は、Linuxでネットワーク設定を対話的に行えるテキストベースUIツールです。
NetworkManagerはLANやWi-Fiなど複数のネットワークインターフェースを一元管理するサービスで、nmtuiはその操作を簡単に行えるツールです。
nmtuiを使えば、コマンドライン環境でも直感的に以下の操作が可能です。
- Wi-Fiアクセスポイントの一覧表示と選択
- SSIDとパスワードの入力
- ネットワーク接続の有効化・無効化
- IPアドレスや接続確認・編集
特に組込みLinuxや評価ボード環境では、GUIが使えない場合でもnmtuiを利用することで、初心者からエンジニアまで簡単にネットワーク設定が行えます。
Yoctoビルド設定ファイルlocal.confでIMAGE_INSTALL:appendにnetworkmanager networkmanager-nmtuiを指定すると、nmtuiがデフォルトでインストールされます。
nmtuiでWi-Fiアクセスポイントに接続する手順
nmtuiを使用して、MX8評価ボードでJODY-W3をWi-Fiアクセスポイントに接続する手順を解説します。
1.nmtuiの起動
modprobeによるドライバーロードを完了させてから nmtui コマンドを実行し、nmtui(NetworkManager Text User Interface)を起動します。
root@imx8qxpc0mek:~# modprobe jody-w3-pcieuart
root@imx8qxpc0mek:~# nmtui
2.Activate a connection」を選択
メニュー画面で「Activate a connection」を選択し、Enterを押します。
3.SSIDの選択
近傍のWi-FiアクセスポイントのSSID一覧が表示されるので、ターゲットのSSIDを選択しActivateを実行します。
4. パスワードの入力
アクセスポイントのセキュリティが有効な場合、パスワードを入力し、OKを押します。
5.接続状態の確認
SSIDの左側に「*」マークが表示されれば接続成功です。「Back」を選択してメインメニューに戻ります。
6.接続情報の確認(オプション)
「Edit a connection」を選択し、現在接続中のSSIDを選択して「Edit」を実行すると、詳細な接続情報(IPアドレス、セキュリティ設定など)を確認できます。
7.nmtuiの終了
「OK」でデフォルト画面に戻り、「Quit」を押してnmtuiを終了して通常のターミナル画面に戻ります。
8. IPアドレスの確認
ターミナルで ifconfig mlan0を実行し、Wi-FiインターフェースのIPアドレスが正しく割り当てられているか確認します。
root@imx8qxpc0mek:~# ifconfig mlan0
mlan0 Link encap:Ethernet HWaddr 60:09:C3:85:56:01
inet addr:192.168.10.151 Bcast:192.168.10.255 Mask:255.255.255.0
inet6 addr: fe80::14e0:ed9c:b476:6e2c/64 Scope:Link
inet6 addr: 240f:39:211f:1:6170:c9af:8148:c5cc/64 Scope:Global
UP BROADCAST RUNNING MULTICAST MTU:1500 Metric:1
RX packets:123 errors:0 dropped:0 overruns:0 frame:0
TX packets:99 errors:0 dropped:0 overruns:0 carrier:0
collisions:0 txqueuelen:1000
RX bytes:14788 (14.4 KiB) TX bytes:11600 (11.3 KiB)
9.ネットワーク疎通確認
ping 8.8.8.8を実行し、インターネットへの接続が正常に行えるか確認します。
root@imx8qxpc0mek:~# ping 8.8.8.8
PING 8.8.8.8 (8.8.8.8): 56 data bytes
64 bytes from 8.8.8.8: seq=0 ttl=115 time=7.661 ms
64 bytes from 8.8.8.8: seq=1 ttl=115 time=7.113 ms
64 bytes from 8.8.8.8: seq=2 ttl=115 time=9.815 ms
64 bytes from 8.8.8.8: seq=3 ttl=115 time=8.474 ms
64 bytes from 8.8.8.8: seq=4 ttl=115 time=11.360 ms
nmtui以外でWi-Fi接続に利用できる代表ツール
nmtuiは対話型UIのため初心者にも扱いやすいですが、細かな制御や自動化をしたい場合、GUIが使えない環境では他のツールが有効です。ここでは代表的な2つのツールを紹介します。
1. wpa_supplicant
用途:
Wi-Fiクライアント(STA/Clientモード)としてアクセスポイントに接続
特徴:
設定ファイルによる詳細な制御が可能。スクリプトや自動化にも適している。
設定方法:
/etc/wpa_supplicant.confにSSIDやパスワードなどを記述
network={
ssid="YourSSID"
psk="YourPassword"
}
コマンド例:
sudo wpa_supplicant -B -i wlan0 -c /etc/wpa_supplicant.conf
sudo dhclient wlan0
2.hostapd
用途:
Wi-Fiアクセスポイント(APモード)として動作
特徴:
複数クライアントの管理や暗号化方式の詳細設定が可能
設定方法:
interface=wlan0
ssid=MyAccessPoint
hw_mode=g
channel=6
wpa=2 wpa_passphrase=YourPassword
コマンド例:
isudo hostapd /etc/hostapd.conf
iperf3を使ってu-bloxモジュールのWi-Fiスループット評価する
iperf3 とは
iperf3は、TCP/UDP通信のスループットを定量的に測定できる定番ツールです。
Linux/Windows対応で、クライアント・サーバー方式により簡単にネットワーク性能を評価できます。
インストール方法
i.MX評価ボード側:
local.confのIMAGE_INSTALL:appendにiperf3を追加。
IMAGE_INSTALL:append = " iperf3 "
対向PC(例:Ubuntu )側:
iperf3とnet-toolsをインストール。
sudo apt install iperf3 net-tools
対向PC(例:Windows )側:
公式サイトからiperf3.exeをダウンロードし、PATHを設定。
基本コマンドと実行手順(サーバー/クライアント)
サーバー側(受信待機)
測定対象となるPCや評価ボードのいずれかでサーバーモードを起動します。
iperf3 -s
クライアント側(送信開始)
もう一方の端末から、サーバーのIPアドレスを指定して接続・測定を開始します。
iperf3 -c <サーバーのIPアドレス>
例
iperf3 -c 192.168.10.151
オプション機能
オプションで測定時間やポート番号、プロトコル(TCP/UDP)などを指定可能です。
測定時間の指定例(デフォルト10秒から30秒に設定):
iperf3 -c <サーバーのIPアドレス> -t 30
ポート番号の指定例(デフォルト5201から5001に設定):
iperf3 -s -p 5001
iperf3 -c <サーバーのIPアドレス> -p 5001
プロトコルの指定例(デフォルトTCP接続からUDP接続に設定):
iperf3 -c <サーバーのIPアドレス> -u
実際の測定システムと測定手順
測定システム
測定システムとは、Wi-Fiスループット評価を行うために必要な機器構成やネットワーク環境のことを指します。
ここで扱う測定システムは、以下のような構成が基本となります。
i.MX8評価ボード:
u-blox社JODY-W3が搭載された評価ボードで、測定対象となる端末です。iperf3のサーバーまたはクライアントとして動作します。
対向PC:
UbuntuやWindowsなどのOSを搭載した測定対象の対向PCです。iperf3のサーバーまたはクライアントとして動作します。
Wi-Fiアクセスポイント:
両端末を同じWi-Fiネットワークに接続するためのアクセスポイントです。市販のルータやモバイルルータに相当します。
ネットワーク構成:
i.MX8評価ボードと対向PCがWi-Fiアクセスポイントの配下で同一サブネット内に存在し、互いにIPアドレスで通信できる状態であることが重要となります。また、デバッグPC(DHCPサーバー)とi.MX8評価ボード(クライアント)のイーサネット接続はサーバークライアントの関係でサブネットワークを形成しています。
※システム図のIPアドレスは実例で環境によって異なります。
測定手順
1.i.MX8評価ボードの電源起動後SSHログインして、modprobeによるドライバーロードを実施します。
2.Network manager(nmtui)によってi.MX8評価ボードをアクセスポイントに接続します。
3.対向PCを同じWi-Fiアクセスポイントに接続して両端末がWi-Fiアクセスポイント配下になるサブネットを構成します。
4.ifconfigコマンドで予めi.MX8評価ボードと対向PCのIPアドレスを取得します。
i.MX8評価ボードのu-bloxモジュール側 192.168.10.151
対向PC側 192.168.19.109
5.対向PC側でiperf3 -sを実行してサーバーを起動し待ち構えます。
dynabook-R731-C:~$ iperf3 -s
6.i.MX8評価ボード側から対向PCに向けてiperf3 -c <サーバーのIPアドレス>を実行します。
root@imx8qxpc0mek:~# iperf3 -c 192.168.10.109
7.i.MX8評価ボード側がクライアントで対向PCがサーバーの場合の結果が以下の様に表示されます。
Bitrateが転送速度に相当します。
i.MX8評価ボード側クライアント時のiperf3のログ
対向PC側サーバー時のiperf3のログ
8.次に逆のケースでi.MX8評価ボード側でiperfサーバーを起動し待ち構えます。
root@imx8qxpc0mek:~# iperf3 -s
9.対向PC側からi.MX8評価ボード側に向けてiperf3 -c <サーバーのIPアドレス>を実行します。
dynabook-R731-C:~$ iperf3 192.168.10.151
10.対向PC側がクライアントでi.MX8評価ボード側がサーバーの場合の結果が以下の様に表示されます。
Bitrateが転送速度に相当します。
対向PC側クライアント時のiperf3のログ
i.MX8評価ボード側サーバー時のiperf3のログ
iperf3の結果の見方
区間ごとに転送量(Transfer)、通信速度(Bitrate)、再送回数(Retr)など表示しています。
- Transfer:区間ごとの転送量
- Bitrate:各区間の平均通信速度(Mbpsなど)
- Retr:TCP通信時の再送回数(多い場合は通信品質に注意)
最終行の「sender」と「receiver」のBitrateが、全体の平均スループットです。
サーバー側とクライアント側の結果を比較し、ネットワークの性能や安定性を評価します。
Wi-FiのRF試験を最短で立ち上げる―NXP labtool実践ガイド
u-blox JODY-W3モジュールを搭載したi.MX8評価ボードを用いて、NXP製RF試験ツール「MFG パッケージ/labtool」とスペクトルアナライザを使ったRF特性評価手順を解説します。
NXP製RF試験ツール「MFG パッケージ/labtool」とは?
MFG パッケージ/labtoolは、JODY-W3のRF出力をPCから直接制御・測定できるキットです。設計初期のアンテナ特性確認から、電波認証試験(出力・周波数・変調評価)量産工程の検査まで、一貫した操作で対応できます。
PC側のlabtoolが評価コマンドを発行し、i.MX8側のmfgbridgeがドライバー/FWへ橋渡しすることで、RF出力を制御・可視化します。
labtoolでできること
- 設計初期のRF性能確認:基板やモジュールの無線性能を量産前に評価
- 電波認証試験:技適(日本)、FCC(米国)、CE(欧州)など、各国認証に必要な出力・周波数・変調特性を測定
- 工程検査:量産工程や出荷前検査でのRF特性確認
- トラブルシューティング:設計段階での不具合解析や最終調整
パッケージ内一覧
MFGパッケージ(Manufacturing Package)は、JODY-W3評価・RF試験のために必要な各種ツールやファームウェア、ドキュメントが体系的にまとめられたパッケージです。
JODY-W3のMFGパッケージの主なディレクトリ構成と内容は以下の通りです。
RF評価システム構成とソフトウェアアーキテクチャー
DUT(i.MX8+JODY-W3)、PC(labtool)、スペクトルアナライザの3つを、コマンド伝送用のLAN、無線出力用のRF同軸ケーブルで接続します。
データフロー:
- コマンド伝送:labtool→LAN→mfgbridge
- 無線モジュール制御:mfgbridge→ドライバー/FW
- 出力波形測定:RF出力→スペクトルアナライザ
ソフトウェア構成と役割
- labtool(PC側):RF試験コマンド発行、パラメータ設定、結果取得
- mfgbridge(評価ボード側):labtoolとカーネルドライバー間の通信仲介
- ドライバー(評価ボード側):無線モジュールの制御、FWロード
- ファームウェア(モジュール側):無線モジュールの動作ロジック、RF出力制御
RF評価システム構成
RF試験用ドライバー/FWをmodprobeでロードする
RF試験ツールを使うには、i.MX8評価ボード上で試験用ドライバーとファームウェアを正しくロードする必要があります。
通常用が/etc/modprobe.d/jody-w3-driver-pcieuart.conf、試験用が/etc/modprobe.d/jody-w3 mfg.confで、両者でパラメータfw_nameの指定先が異なります。
設定ファイルの役割
RF試験用の設定ファイルは/etc/modprobe.d/jody-w3-mfg.confで、ドライバーロード順やファームウェアパスを定義します。
ここでは、この設定ファイルjody-w3-mfg.confをベースに、modprobeコマンドによるドライバーとファームウェアのロードの仕組みを解説します。
options jody-w3-mfg fw_name=nxp/jody-w3-mfg/pcieuart9098_combo.bin
options jody-w3-mfg cal_data_cfg=none
#options jody-w3-mfg cfg80211_wext=3
options jody-w3-mfg drv_mode=1
options jody-w3-mfg mfg_mode=1
install jody-w3-mfg \
/sbin/modprobe -i mlan_jody-w3-pcieuart; \
/sbin/modprobe -i moal_jody-w3-pcieuart $CMDLINE_OPTS; \
/sbin/modprobe -i hci_uart
remove jody-w3-mfg \
/sbin/rmmod moal mlan hci_uart ftdi_sio
options jody-w3-sdio-mfg fw_name=nxp/jody-w3-mfg/sdiouart9098_combo.bin
options jody-w3-sdio-mfg cal_data_cfg=none
#options jody-w3-sdio-mfg cfg80211_wext=0xf
options jody-w3-sdio-mfg drv_mode=1
options jody-w3-sdio-mfg mfg_mode=1
install jody-w3-sdio-mfg \
/sbin/modprobe -i mlan_jody-w3-sdiouart; \
/sbin/modprobe -i moal_jody-w3-sdiouart $CMDLINE_OPTS; \
/sbin/modprobe -i hci_uart
remove jody-w3-sdio-mfg \
/sbin/rmmod moal mlan hci_uart
設定ファイルでinstall jody-w3-mfgを定義すると、modprobe jody-w3-mfg実行時にmlanからmoalの順にWi-Fi PCIEドライバーがロードされます(ロード元:/lib/modules/
Wi-Fi PCIEドライバーは、起動時に設定ファイルで指定されたファームウェア(例:fw_name=/lib/firmware/nxp/jody-w3-mfg/pcieuart9098_combo.bin)を読み込み、無線モジュールにロードします。
このように、設定ファイルでWi-Fi PCIEドライバーとファームウェアのパスを指定し、modprobeコマンドを実行するだけで、RF試験用カーネルモジュールとファームウェアが自動的に正しい順序でロードされます。
MFGパッケージのlabtoolとスペクトルアナライザを用いたRF測定実践ガイド
u-blox JODY-W3のRF特性を測定手順
NXP製MFGパッケージのlabtoolとスペクトルアナライザを使い、u-blox JODY-W3のRF特性を測定する手順とポイントを、現場で役立つ形で解説します。
測定準備
1.ハードウェアセットアップ
必要なハードウェア:
- MX8評価ボード:u-blox JODY-W3搭載、測定対象(DUT)
- Windows PC:MFGパッケージlabtoolインストール済み、評価ボードへコマンド伝送
- スペクトルアナライザ:RF信号の出力波形を測定
- LANケーブル:評価ボードとWindows PCを接続
- RF同軸ケーブル・アンテナ・コネクタ:評価ボードのRF出力をスペクトルアナライザに接続
RF測定の必要機材
実際のRF測定の様子
2.ソフトウェア・パッケージの準備
① デバッグPC側のMFGパッケージの配置
Windows PCに、MFGパッケージを展開・配置し、Labtool_Windowsフォルダを使用します。例ではCドライブ直下に展開しました。
② 評価ボード側のファームウェア・ドライバー
評価ボード側にて以下を確認:
- /lib/firmware/nxp/jody-w3-mfg/配下に試験用FW(combo/bin)があるか
- /etc/modprobe.d/jody-w3-mfg.confのパラメータfw_nameが試験用FWを指定しているか。
詳細なビルド手順は、ネクスティ エレクトロニクスの関連技術コラムu-blox モジュールのソフトウェアリソース配置を参照してください。
RF試験アプリ labtool実行前の準備フロー
※この手順は電源投入時に毎回必要です。
1.i.MX8評価ボードを起動し、SSHでログイン
詳細な手順はネクスティ エレクトロニクスの関連技術コラムi.MX8評価ボードのデバッグ方法:USBシリアル接続とイーサネットSSHの活用術を参照してください。
2.modprobeでRF試験用ドライバーをロード
Windows PCのTeraterm上でSSHによりログイン後、modprobeコマンドを実行する。
エラー表示されずプロンプトが戻って来ればOKです。
3.ブリッジアプリケーションmfgbridgeの実行
① cdコマンドによりディレクトリ(opt/jody-w3/mfg-tools)に移動する。
② lsコマンドにより配下に「mfgbridge」が存在していることを確認。
③ 同ディレクトリのプロンプトにて「./mfgbridge」を実行する。
④ 応答ログにネットワーク通信の初期化メッセージが表示されればOKです。
これでi.MX8ボード側はWindows PCとのブリッジ準備完了
4.Windows PCでlabtool_Windowsフォルダを開く
Windows PCでMFGパッケージ内のLabtool_Windowsを開きます。
5.labtool設定ファイル(SetUp.ini)を開く
SetUp.iniファイルをテキストエディターで開く
6.SetUp.iniのIPアドレスを編集
SetUp.iniファイルのDutIpAddress=<IPアドレス>のIPアドレス部分に、i.MX8評価ボードにDHCPで割り振られたイーサネットのIPアドレス値を上書きします。
IPアドレス値の参照方法はネクスティエレクトロニクス関連コラムi.MX8評価ボードのデバッグ方法:USBシリアル接続とイーサネットSSHの活用術を参照してください。
7.labtoolの実行
Labtool_Windows内のDutApiMimoApApp.exeをダブルクリックします。
labtoolアプリケーションのプロンプト画面が立ち上がります。
Name: Dut labtool
Version: 2.0.0.92
Date: May 27 2024 (00:38:23)
Note:
1. =========WiFi tool=============
2. =========BT tool=============
- Enter CMD 99 to Exit
Enter option:
8.labtoolのWi-Fiコマンド入力の起動確認
Enter optionにてWi-Fiの1を選びENTERします。
DUTのi.MX8評価ボードとHostのWindows PCのIPアドレスが表示され、W90xx (802.11a/g/b/n/ac/ax) TEST MENUが表示されればコマンド入力準備が成功です。
RF試験アプリケーション labtoolの概要とWi-Fiコマンド仕様
NXP社のRF試験アプリケーションlabtoolの基本機能とWi-Fiコマンド仕様を、ユーザーガイドに基づいて整理します。
labtoolユーザーガイドの入手にはNXP社とのライセンス契約が必要になります。
詳細はネクスティエレクトロニクスまでお問い合わせください。
labtoolのWi-Fiコマンド入力準備ができたら、Enter optionにlabtoolのコマンド入力を実行して、Wi-Fiの送信波形をスペクトルアナライザに表示させます。
labtoolコマンド仕様
メニュー方式:labtoolはコマンドラインインターフェース(CLI)で動作し、メニュー選択式で各種RF試験モードやパラメータを指定できます。
コマンド構造:コマンドは「機能選択」→「パラメータ入力」→「Enter」という流れで構成されており、例えば「周波数設定」「帯域幅設定」「送信パワー設定」などを順に入力します。
Wi-Fiコマンド:Wi-FiのRF試験や認証試験は、以下のようなコマンドの組み合わせで実施します。
Wi-Fiコマンド一覧
| コマンド | 概要 | 例 |
|---|---|---|
| 6 | Radio Mode Indexの設定(バンド/アンテナパス) | 6 1 0(Radio0:5GHz, Radio1:PowerDown) |
| 112 | チャネル帯域幅の設定 | 112 0 4(Radio0:80MHz) |
| 12 | RFチャネルの設定 | 12 0 36(Radio0:CH36) |
| 35 | Duty Cycle Tx(802.11a/b/g/nパケット送信) | 35 0 1 13 8(Radio0:54Mbps, 8dBm) |
| 225 | Duty Cycle Tx(802.11ac/axパケット送信) | 225 0 1 2100 10(Radio0:11ax MCS0, 10dBm) |
| 88 | FW/ツールバージョン取得 | 88 |
| 99 | 終了 | 99 |
コマンド6について
ここでは、コマンド6を例に、コマンド機能についてJODY-W3の内部回路のしくみを交えて解説します。
labtoolのコマンド6(Set Radio Mode Index)は、Radio0およびRadio1の動作バンドやアンテナ構成を指定するコマンドです。
コマンド書式
Radio0とRadio1とは
labtoolで扱う「Radio0」と「Radio1」は、JODY-W3モジュール内部に搭載された2つの無線回路を指します。
- Radio0:5GHz帯のWi-Fi通信を担当
- Radio1:2.4GHz帯のWi-Fi通信を担当
下図はJODY-W3の内部ブロック図です。
JODY-W3の内部ブロック図
Radioモードインデックスとは
JODY-W3が備えるRadio0/Radio1は、帯域(2.4GHz/5GHz)とアンテナパス(Path A/B/A+B)を独立して設定できます。2系統を同時に異なるRadioモードで動作させることも可能です。
以下はJODY‑W3の代表的なRadioモード(ファームウェアRev.Xを前提)です。未記載のコマンドは製品/FW構成に依存します。
Radioモードの一覧表(抜粋)
| コマンド | 概要 |
|---|---|
| 0 | パワーダウン(無効化) |
| 1 | 5GHz帯・2x2モード(Path A+B) |
| 3 | 5GHz帯・1x1モード(Path A) |
| 4 | 5GHz帯・1x1モード(Path B) |
| 9 | 2.4GHz帯・2x2モード(Path A+B) |
| 11 | 2.4GHz帯・1x1モード(Path A |
| 14 | 2.4GHz帯・1x1モード(Path B) |
Path(アンテナパス)とは
JODY-W3などの無線モジュール内部には、アンテナ端子へ至る複数のアンテナパスが存在します。JODY-W3では、Radio0/Radio1の各系統にPath AとPath Bが用意されています。
Radioモード表での意味:
- Path A:RF出力としてPath Aのみを使用
- Path B:RF出力としてPath Bのみを使用
- Path A+B:RF出力としてPath AとPath Bを同時に使用(アンテナ2本の実装により2x2 MIMO動作が可能)
コマンド6の使用イメージ
例1:5GHz帯で2x2 MIMO送信を行う場合
6 1 0
例2:2.4GHz帯で1x1送信(Path A)を行う場合
6 11 0
例3:2.4GHz帯で2x2 MIMO送信を行う場合
6 9 0
labtoolとスペクトルアナライザでRF測定を実践
ここでは、NXP社88Q9098用labtoolユーザーガイドのコマンドリファレンスに基づき、labtoolとスペクトルアナライザを用いたWi-Fi RF出力波形の測定例を紹介します。実際にlabtoolを使用してスペアナによるWi-FiのRF出力波形取得を、NXP社の88Q9098用のlabtoolユーザーガイド内のコマンドリファレンスに沿って、測定例を紹介します。
802.11n 2.4GHz出力20MHz帯域幅 送信パワー8dBm MCS7 2×2モードのコマンド事例:
ユーザーガイドのコマンドシーケンス例1
|
802.11n test sequences using Labtool Commands Tx on Radio 1 configured for 2.4Ghz CH1; 20MHz BW; 8 dBm target power; MCS7 rate; 2x2 mode |
上記マニュアル記載のコマンドを順番に実行したログ
--------------------------------------------------------
W90xx (802.11a/g/b/n/ac/ax) TEST MENU
--------------------------------------------------------
Enter option: 6 0 9
DutIf_SetRadioMode_W909X: 0x00000000
Enter option: 112 1 0
Radio0 Mode = 0, Radio1 Mode = 9
DutIf_SetChannelBw: 0x00000000
Enter option: 12 1 1
Radio0 Mode = 0, Radio1 Mode = 9
DutIf_SetRfChannel: 0x00000000
RF Channel: 1 (2412.0 MHz)
Enter option: 35 1 1 22 8
DutIf_AdjustPcktSifs_W909X: 0x00000000 DeviceId=1
Power Level: 8.0000 dBm
Enter option:
スペクトルアナライザの出力波形(Path A: ANT0端子)
スペクトルアナライザの出力波形(Path B: ANT1端子)
スペクトル波形は、指定したコマンドに従い、中心周波数2.421GHzおよび帯域幅20MHzで正しく出力されています。
なお、パワーレベル8dBmの設定値は帯域幅全体での積分値であり、スペクトルアナライザで表示されるピークレベルとは一致しません。そのため、今回使用したスペクトルアナライザでは、積分値とピーク値の直接的な換算は行っていません。
802.11ax 5GHz出力80MHz帯域幅 送信パワー8dBm MCS7 2×2モードのコマンド事例:
ユーザーガイドのコマンドシーケンス例2
|
802.11ax test sequences using labtool Commands Tx on Radio 0 configured for 5GHz CH36/40/44/48 (bonded channels); 80MHz BW; 8 dBm target power; HE SS1 MCS11 rate; 2x2 mode |
上記マニュアル記載のコマンドを順番に実行したログ
--------------------------------------------------------
W90xx (802.11a/g/b/n/ac/ax) TEST MENU
--------------------------------------------------------
Enter option: 6 1 0
DutIf_SetRadioMode_W909X: 0x00000000
Enter option: 112 0 4
Radio0 Mode = 1, Radio1 Mode = 0
DutIf_SetChannelBw: 0x00000000
Enter option: 12 0 36 48
Radio0 Mode = 1, Radio1 Mode = 0
DutIf_SetRfChannel: 0x00000000
RF Channel: 36 (5180.0 MHz) offset 1
Enter option: 225 0 1 2111 8
DutIf_AdjustPcktSifs11ax_W909X: 0x00000000 DeviceId=0
Power Level: 8.0000 dBm
Enter option:
スペクトルアナライザの出力波形(Path A: ANT0端子)
スペクトルアナライザの出力波形(Path B: ANT1端子)
スペクトル波形は、指定したコマンドに従い、チャネル36(中心周波数5.18GHz)からチャネル48(中心周波数5.24GHz)まで、全帯域幅80MHzにわたり正しく出力されています。
このように、複数チャネルを束ねた広帯域(80MHz)の信号が、設定通りの周波数範囲で観測できることを確認しています。
なお、パワーレベル8dBmの設定値は、帯域幅全体にわたる積分値(トータルパワー)を示しています。一方、スペクトルアナライザで表示されるのは通常ピークレベル(単一周波数での最大値)であり、両者は一致しません。そのため、今回使用したスペクトルアナライザでは、積分値とピーク値の直接的な換算は行っていません。
まとめ
本記事では、u-blox社JODY-W3シリーズWi-Fi/BluetoothモジュールとNXP社i.MX8評価ボードを用いた、実践的な評価手順を解説しました。ドライバー・ファームウェアのロードから、NetworkManagerによるWi-Fi接続、iperf3によるスループット測定、さらにMFGパッケージのlabtoolとスペクトルアナライザを活用したRF測定まで、現場で役立つノウハウを具体的に紹介しています。
本記事が、組み込みLinux開発や無線モジュール評価を検討されている方々の一助となれば幸いです。
導入や評価のご相談はネクスティ エレクトロニクスまでお気軽にどうぞ。
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ネクスティ エレクトロニクス 取扱いメーカー:u-blox、NXP
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