以下の情報はUbuntu 18.04 LTSにて確認しています。

Ubuntuのデフォルトのウィンドウマネージャだと、Alt+Tabを押したときに、 アプリケーション単位で切り替えることができます。でも、Windowsの動作のように、 アプリケーション単位ではなく、ウィンドウ単位で切り替えたいと常々思っていました。

ちょっと調べたところ、いくつかの方法があるようですが、特別なアプリケーションのインストールが不要な方法を見つけましたので、ご紹介します。

答え自体はHow to prevent Gnome-shell’s Alt+Tab from grouping windows from similar apps? にあるものです。

dconf-editorを必要ならインストールします。(端末から)起動してorg/gnome/desktop/wm/keybindingsに移動します。

switch-applicationsから、’<Alt>Tab’を削除します。変更後は次のようになるようにします。

編集する際は、次の画面で"Use default value"をオフにすると、その下の"Custom value"を編集できるようになりますので、そこから’<Alt>Tab’を削除します。

次に、switch-windowsに’<Alt>Tab’を追加します。こちらも変更後は次の画面のようになります。

以上で完了です。

ちなみに、調べている時に初めて知ったのですが、デフォルトではAlt+(Tabキーの上のキー. 日本語キーボードだと半角/全角キー, 英語キーボードだと`キー)でアプリケーション内でのウィンドウ切り替えができるようです。 このデフォルト動作もそれほど悪くはないかも知れませんが、個人的には上記のように一つのキーストロークで全部のウィンドウを切り替えられる方が頭の負担が減って良い気がします。

ダイアグラムを2つに分離して、ファイルを経由するように変更

これまでで、ADALM-PLUTOとGNU Radioを使って、 ワンセグ受信ができることは確認できました。 今回は、受信したデータを一旦ファイルに保存して、GNU Radioを使ってオフライン処理できるようにしました。 目的は、ADCのデータからMPEG TSのデコードまでを、GNU Radioを使用せず自作のプログラムで行うためです。

上記のようなダイアグラムを作成して実行すると、capture.rawというファイルが作成されました。 受信したデータのサンプリング周波数を調整して、LPFを通しただけのデータとなります。

次に、Pluto SDR Sourceの代わりにFile Sourceを置いて、OFDM Synchronization 1segの入力に繋ぎます。

上記を作成しました。こちらも実行すると、capture.rawに保存されたデータがオフライン処理され、 test_out.tsという名前でMPEG TSファイルが作成されました。

今後の目標としては、このcapture.rawを処理して、test_out.tsと同等の出力を得るプログラムを作成したいと考えています。

ちょっと苦労した点

これだけだと簡単に動作したように思われてしまうかも知れませんが、1時間くらい上手く動きませんでした。 ダイアグラム上はPluto SDR Sourceのコネクションを削除しているはずなのに、 なぜかリアルタイムで受信したものがOFDM処理されてしまい、画面上では接続されているFile Sourceからのデータが処理されませんでした。

どうやら、“Generate the flow graph"ボタンで失敗していたのが原因だったようです。これが失敗する場合でも、なぜか"Execute the flow graph"は押せることがあるようです。でも、実際にExecuteしても、Generateする前のダイアグラムが実行されるようで、画面ではPluto SDR Sourceは外しているのに、繋がっている状態の(古い)ダイアグラムが実行されていたようです。

思わぬ所でハマってしまいましたが、ひとまず生データの取得はできました。44秒位ですが、約360MB程度のファイルサイズです。1.0*10^6(サンプリング周波数)64/638(複素1サンプルバイト数)*44(秒)=352MBで、おおよそ計算どおりです。

また、家のアンテナ端子だと受信感度がイマイチだったので、DX アンテナ US10WBと、AliExpressにて、SMAオス<-> Fメスの変換アダプタを購入しました。無線機器を繋ごうとすると、こういったアダプタが(種類として)沢山必要になりますね。

データ型について

File Sinkで生成されるファイルは、GNU RadioではComplexとなっています。 Pythonのgr-utilsのgr_plot_iqのコードを見てみると、 numpy.complex64となっているようです。numpyのData Typesのページから、結局、実部、虚部の順に32-bit floatとしてバイナリデータとなっているようです。

先日、平日に仕事の休みを取って舎人公園から十条まで散歩しました。

日暮里・舎人ライナーの始発、西日暮里駅です。JRの西日暮里駅から少しだけ歩くのですが、 どちらの方向が駅なのか、若干迷いました。

舎人ライナーは、ゆりかもめと同じような車両でした。 自動運転なので、先頭に座ることができれば前方の風景を一望できます。

撮り損ねてしまいましたが、隅田川、荒川を渡るポイント(足立小台)近辺は少し軌道も高くなり、 なかなか良い眺望でした。

舎人公園は、兎に角だだっ広くて、あまり急な勾配はありません。 近所のおじさんか、公園内の池で釣りをしている方々もいました。紅葉はまだまだでした。

公園内の池の岸では、野鳥がまったりしています。 公園はそこそこに後にして、西方向に歩いて、新芝川を渡って埼玉県川口市に入ります。 歩いていたら、「よみがえれ川口」といった標語のポスターがありました。 川口市は死んでいるのでしょうか。

道なりにひたすら歩くと、荒川に出ました。

荒川沿い(埼玉県川)、川口パブリックゴルフ場の方向です。湿度が高くて、見通しが少し悪いです。 それと、この近辺は工場が多くて、危ない匂いがそこかしこでします。 近所の方々に健康被害は出ないのでしょうかね。

新荒川大橋を渡って、東京都に入り、赤羽から東十条まで南下しました。

東十条北口の西側の写真です。写真になってしまうと、あまり雰囲気が出ないですが、 良い感じに寂れた風景でした。

この後は十条銀座を通って十条駅前のマックでコーヒー休憩をしてから、 JR埼京線に乗りました。ここまでで、歩いたのは10kmちょっとでした。 十条銀座はかなりの賑わいでした。これぞ昔のアーケードといった趣でした。

渋谷で途中下車して久々の東急ハンズで買い物をしました。 渋谷を歩いていたら頭が少し痛くなりました。人があまりに多いと疲れますね。

先日購入したADALM-PLUTOをGNU Radioで使って、ワンセグの受信ができました。

これを使いました。https://t.co/VVOhWn2djb
GuardInterval 1/8に設定。Manual Gain、IQ Bal, DC OffsetはOFF。

— TT@北海道 (@edy555) 2018年8月21日

上記で@edy555さんが紹介されている、下記のコードを使用しました。

https://github.com/git-artes/gr-isdbt

基本的には上記GitHubにある通りにmake & installします。そして、examplesディレクトリに入っているrx_1seg_demo.grcを開いて、次の画面のように変更しました。

PlutoSDR Sourceを追加し、テレビ周波数チャンネルを参考に、NHK東京総合の557.142857MHzをLO Frequencyに入力しました。Sample rateは1M, RF bandwidthは500k、後はデフォルトです。また、Low Pass Filterの周波数は1*64/63MHzなので、LPFの前にRational Resamplerを追加して、Interpolation 64, Decimation 63にしました。 また、OFDM Synchronization 1segのGuard Intervalは1/8にします。

上記のサンプルレート変換は、GitHubからリンクされている論文PDFに記載されているFigure 3を参考にしました。

いざ実行しようとしたら、

AttributeError: 'module' object has no attribute 'viterbi_decoder'

といったエラーが表示されました。GitHubにもFAQで書いてありましたが、自分の場合はswigをインストールしていませんでした。それで

$ sudo apt-get install swig

でインストールして、再度gr-isdbtをmake & installしたところ、動作するようになりました。

現在F端子をSMAに変換するアダプタが到着していないので、アンテナとして、秋月で買った、下記のものを使いました。

正直あまり感度は良くありません。アンテナの向きがシビアです。実行時には、次のような画面が表示されますが、 なんとかアンテナの向きを色々変えることで、コンスタレーションが集まるようにすると、コンソールにTMCC OKといった表示がされ、ちゃんとデコードできるようです。

上のダイアグラムの場合だと、test_out.tsというファイルにMPEG TSストリームが保存されるので、ffplayコマンドで保存されたtest_out.tsを開くと、NHKの映像が再生されました。

Analog DevicesのADALM PLUTOをMouserから購入しました。まだ99USDで買えたようです。

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ここはちょっと余談

これに入っているAD9363というデバイスは、 LNA, 直交ミキサ, PLL, フィルタ, ADC, DAC, FIRフィルタなど、RFフロントエンドにおおよそ必要な機能が、 たった一つのICに入っています。本来なら、これらのコンポーネントをそれぞれ基板に配置して設計したほうが楽しそうですが、 かなり骨の折れる作業です。このデバイスなら、たった1つ置くだけで良いわけです。 ただし、高機能な分、お値段も素晴らしいです。Digikeyでは1個14,640円でした(11/5調べ)。

これだけの機能があれば、それほど高くは無いとも言えるのかも知れませんが。 もっとも、実際自分でレジスタを適切に設定するのは結構大変だと予想されます。 それで、メーカはデバイスドライバで簡単に使えるようにしてくれているようです。

ちなみに、これにはXilinxのZynqも入っています。これで私物で買ったZynqは3つ目です…

個々の部品代を考えると、これがたった1万円ちょっとで購入できるわけですので、 遊びで使う分にはかなりお買い得かと思います。

余談終わり

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本体に加えて、アンテナ2本とSMAケーブル、USBケーブル(Type-A <-> Micro-Bタイプ)が付属しています。USBケーブルでPCに接続すると、LED1とReadyが光ります。

WikiにあるLinux Driversの内容に従って、libiio-utilsをインストールして

$ iio_info -n 192.168.2.1

すると、次のようなメッセージが表示されました。

Library version: 0.10 (git tag: v0.10)
Compiled with backends: local xml ip usb serial
IIO context created with network backend.
Backend version: 0.14 (git tag: v0.14  )
Backend description string: 192.168.2.1 Linux (none) 4.9.0-10315-gb07f3c6 #234 SMP PREEMPT Tue Apr 24 13:47:24 CEST 20
18 armv7l
IIO context has 8 attributes:
        hw_model: Analog Devices PlutoSDR Rev.B (Z7010-AD9363)
        hw_model_variant: 0
        hw_serial: 104473ce69910015ecff2b0017e78933a0
        fw_version: v0.28
        ad9361-phy,xo_correction: 40000140
        ad9361-phy,model: ad9363a
        local,kernel: 4.9.0-10315-gb07f3c6
        ip,ip-addr: 192.168.2.1
IIO context has 5 devices:
        iio:device3: cf-ad9361-dds-core-lpc (buffer capable)
                6 channels found:
                        voltage0:  (output, index: 0, format: le:S16/16>>0)
                        4 channel-specific attributes found:
                                attr  0: calibscale value: 1.000000
                                attr  1: calibphase value: 0.000000
                                attr  2: sampling_frequency_available value: 30719999 3839999 
                                attr  3: sampling_frequency value: 30719999
                        voltage1:  (output, index: 1, format: le:S16/16>>0)
                        4 channel-specific attributes found:
                                attr  0: calibphase value: 0.000000
                                attr  1: calibscale value: 1.000000
                                attr  2: sampling_frequency_available value: 30719999 3839999 
                                attr  3: sampling_frequency value: 30719999
                        altvoltage3: TX1_Q_F2 (output)
                        5 channel-specific attributes found:
                                attr  0: raw value: 1
                                attr  1: phase value: 0
                                attr  2: frequency value: 9279985
                                attr  3: scale value: 0.000000
                                attr  4: sampling_frequency value: 30719999
                        altvoltage1: TX1_I_F2 (output)
                        5 channel-specific attributes found:
                                attr  0: phase value: 90000
                                attr  1: scale value: 0.000000
                                attr  2: raw value: 1
                                attr  3: frequency value: 9279985
                                attr  4: sampling_frequency value: 30719999
                        altvoltage0: TX1_I_F1 (output)
                        5 channel-specific attributes found:
                                attr  0: phase value: 90000
                                attr  1: scale value: 0.000000
                                attr  2: frequency value: 9279985
                                attr  3: raw value: 1
                                attr  4: sampling_frequency value: 30719999
                        altvoltage2: TX1_Q_F1 (output)
                        5 channel-specific attributes found:
                                attr  0: raw value: 1
                                attr  1: phase value: 0
                                attr  2: frequency value: 9279985
                                attr  3: scale value: 0.000000
                                attr  4: sampling_frequency value: 30719999
                1 debug attributes found:
                                debug attr  0: direct_reg_access value: 0x90062
        iio:device1: ad9361-phy
                9 channels found:
                        altvoltage1: TX_LO (output)
                        8 channel-specific attributes found:
                                attr  0: external value: 0
                                attr  1: frequency value: 2450000000
                                attr  2: fastlock_store value: 0
                                attr  3: fastlock_recall ERROR: Invalid argument (-22)
                                attr  4: powerdown value: 0
                                attr  5: fastlock_save value: 0 238,206,235,207,206,253,207,233,206,206,123,253,206,206,206,206
                                attr  6: frequency_available value: [325000000 1 3800000000]
                                attr  7: fastlock_load value: 0
                        voltage0:  (input)
                        15 channel-specific attributes found:
                                attr  0: hardwaregain_available value: [-3 1 71]
                                attr  1: hardwaregain value: 71.000000 dB
                                attr  2: rssi value: 115.75 dB
                                attr  3: rf_port_select value: A_BALANCED
                                attr  4: gain_control_mode value: slow_attack
                                attr  5: rf_port_select_available value: A_BALANCED B_BALANCED C_BALANCED A_N A_P B_N B_P C_N C_P TX_MONITOR1 TX_MONITOR2 TX_MONITOR1_2
                                attr  6: rf_bandwidth value: 18000000
                                attr  7: rf_dc_offset_tracking_en value: 1
                                attr  8: sampling_frequency_available value: [2083333 1 61440000]
                                attr  9: quadrature_tracking_en value: 1
                                attr 10: sampling_frequency value: 30719999
                                attr 11: gain_control_mode_available value: manual fast_attack slow_attack hybrid
                                attr 12: filter_fir_en value: 0
                                attr 13: rf_bandwidth_available value: [200000 1 56000000]
                                attr 14: bb_dc_offset_tracking_en value: 1
                        voltage3:  (output)
                        8 channel-specific attributes found:
                                attr  0: scale value: 1.000000
                                attr  1: raw value: 306
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                                attr  3: rf_port_select_available value: A B
                                attr  4: filter_fir_en value: 0
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                                attr  6: rf_bandwidth_available value: [200000 1 40000000]
                                attr  7: rf_bandwidth value: 18000000
                        altvoltage0: RX_LO (output)
                        8 channel-specific attributes found:
                                attr  0: frequency_available value: [325000000 1 3800000000]
                                attr  1: fastlock_save value: 0 244,244,244,244,244,244,244,228,244,244,244,244,244,244,244,252
                                attr  2: powerdown value: 0
                                attr  3: fastlock_load value: 0
                                attr  4: fastlock_store value: 0
                                attr  5: frequency value: 2400000000
                                attr  6: external value: 0
                                attr  7: fastlock_recall ERROR: Invalid argument (-22)
                        voltage2:  (output)
                        8 channel-specific attributes found:
                                attr  0: raw value: 306
                                attr  1: scale value: 1.000000
                                attr  2: sampling_frequency_available value: [2083333 1 61440000]
                                attr  3: rf_port_select_available value: A B
                                attr  4: filter_fir_en value: 0
                                attr  5: sampling_frequency value: 30719999
                                attr  6: rf_bandwidth_available value: [200000 1 40000000]
                                attr  7: rf_bandwidth value: 18000000
                        temp0:  (input)
                        1 channel-specific attributes found:
                                attr  0: input value: 36842
                        voltage0:  (output)
                        10 channel-specific attributes found:
                                attr  0: rf_port_select value: A
                                attr  1: hardwaregain value: -10.000000 dB
                                attr  2: rssi value: 0.00 dB
                                attr  3: hardwaregain_available value: [0 250 89750]
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                                attr  5: rf_port_select_available value: A B
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                        1 channel-specific attributes found:
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                18 device-specific attributes found:
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                                attr  6: dcxo_tune_fine ERROR: No such device (-19)
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        iio:device4: cf-ad9361-lpc (buffer capable)
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                        6 channel-specific attributes found:
                                attr  0: calibbias value: 0
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                                attr  2: calibscale value: 1.000000
                                attr  3: samples_pps ERROR: No such device (-19)
                                attr  4: sampling_frequency_available value: 30719999 3839999 
                                attr  5: sampling_frequency value: 30719999
                2 debug attributes found:
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CH1 : PN9 : Out of Sync : PN Error
                                debug attr  1: direct_reg_access value: 0x0
        iio:device2: xadc
                10 channels found:
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                        voltage3: vccpint (input)
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                1 device-specific attributes found:
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コマンドラインで

SDRを調査してみると、ほとんどの場合において、受信した信号にsin信号とcos信号を乗算してI, Q信号を得るという処理が含まれています。

ダイレクトサンプリング方式だと、この乗算はデジタル領域で行うことになります。 自作SDR受信機では、この方法を取りました(参考)。 40Mサンプリング程度のADCを使用すれば、FM放送全体の周波数帯を(折り返しも含めて)十分サンプリングでき、 デジタル乗算方式を用いれば物理的回路が不要になり、とても簡便です。 また、sin, cos信号をデジタル的に生成しているので、位相誤差などが大きな問題になることもありません。

I, Q信号を得るための別の方法もあります。同調したい周波数(近辺)のsin, cos信号をPLLで生成し、 アナログ乗算器(ミキサ)で乗算を行い、結果をADCでサンプルする、というものです。 この方式を応用すれば、音声帯域(最大192kHz程度)の、 つまりマイクロフォンの音声を取り込むための汎用ADCのL, R入力に乗算結果を入力することで、 I, Q信号を得ることができます。すなわち、帯域幅の狭い、廉価なADCが使用できるということです。

このように、アナログ領域で乗算を行う方式の方が、昔から行われている手段のようです(当然といえば当然)。 もっとも、FM復調には300kHz程度の帯域が望ましいそうなので、192kHzだと少し音質は犠牲になるかも知れません。 また、Zero-IFにするとDC成分がのったりして、また別の問題に対処する必要があるようですが、それは別の機会に。

上記を回路として実装するにあたっては、ミキサが重要になります。ただ、少し調べてみると、 どうやら単なる(On/Off切り替えしかない)アナログスイッチがミキサの代わりになるという情報を見つけました。 参考として、How to Multiply RF Signals without a Multiplier: The Switching Mixerと、 Square Wave Signalsがとても分かりやすかったです。

大雑把にいうと、10MHzの方形波は結局のところ、10MHz, 30MHz, 50MHz,…という周波数のsin波の合成ですので、 たとえば、11MHzの信号を、10MHzでOn/Offが切り替わるアナログスイッチを通すことで、 11-10=1MHzの信号が基本波として残ります。もちろん、11+10=21MHzや、 その他30MHz, 50MHzとの差分の周波数にも信号が現れますが、これらはLPFで取り除くことができます。 結果として、10MHzの方形波をもって10MHzのsin波の代わりとすることができました。

考えてみれば三角関数のちょっとした応用ですが、数学がそのまま使えるところがSDRのまた面白いところです。

ufwの設定で、特定のポートを開放する方法は各所に書かれているのですが、ちょっと調べた範囲では、任意ポートをオープンにする方法は見つかりませんでした。

希望としては、特定のネットワークアドレスから、自ホストへの全てのポートへのアクセスを許可したいです。

結果としては、UFW Essentials: Common Firewall Rules and Commandsにある情報でわかりました。

$ sudo ufw allow from 192.168.0.0/24

とすることで、ネットワークアドレス192.168.0.0/24からのアクセスを許可できます。

$ sudo ufw status

で確認すると、

To                      Action             From
--                      ------             ----
Anywhere                ALLOW              192.168.0.0/24

という行が追加されていました。

情報量少ないですが、自分用のメモということで。

GPSモジュールを2つ購入したので、 PPS信号を同時に測定してみました。3つキャプチャ画面を示します。 X軸は1区切り50nsです。

上記のような感じで、ちゃんと統計を取ることまではしていませんが、 見た目では最大でも70-80ns以内の差で収まっているようです。

当たり前ではありますが、 原子時計を搭載した衛星から送られてくる信号にそれぞれのモジュールが同期しているので、 かなり厳密に一致しているようです。時間差にジッタがあるのは、 モジュール内部のデジタル回路が動作するクロックまでは同期させていないからではないかと推測します。 それらのクロック周波数が、精度の限界なのかと思われます。

新しいパソコンにUbuntuを入れた関係で、環境構築に励んでいます。

デフォルトでnautilusというファイルマネージャが入っているのだと思いますが、 使い勝手はいまいちです。ちょっと調べてみて、rangerというのが便利そうでした。 (参考：CLIファイルマネージャrangerの基本設定) ただ、gnome-terminal(“端末”)だと、どうしても画像プレビューができない様子でした。 それで、rxvt-unicodeをapt-getでインストールしました。 デフォルトだとフォントがあまりにもひどいので、最低限の設定として、以下を.Xresourcesとして作成しました。 (rxvtの設定参考情報：RXVT Customization with ~/.Xresources, urxvtことrxvt-unicodeを使うことのメモ)

URxvt*background: Black
URxvt*foreground: White
URxvt*visualBell: true
URxvt.fading: 40
URxvt.letterSpace: -1
URxvt*font: xft:Takaoゴシック

また、w3mimgdisplayはパスが通っていないので、.bashrcに以下の行を追加しました。

export W3MIMGDISPLAY_PATH=/usr/lib/w3m/w3mimgdisplay

そして、~/.config/ranger/rc.confのpreview_imagesの行を次のようにしました。

set preview_images true

これらの作業で、画像が端末中でプレビューできるようになりました。

以前Ryzenで1台組みたいと書きましたが、結局Intelで一台組んでしまいました。 新しいRyzen(Pinnacle Ridge)を既存のマザーボードで使用しようとすると、BIOSの更新が必要になりますが、 通販で売られているものだと、果たしてPinnacle Ridgeに対応しているのかはっきりとは分かりません。

無償でBIOSアップデートをしてくれる業者もあるにはあるのですが。

AMDに押されてIntelも安くなっているようですし、Pinnacle RidgeだとGPUが必須で、 CPUとマザーボードとGPUの部分だけで1万円位の差額が出るため、安いほうに流れました。

購入したもの

部品	型番	価格
CPU	Intel Core i5-8400
Mother	MSI Z370 GAMING PLUS	上記2点はツクモネットショップにて33,460円
Power	玄人志向 NEXTシリーズ 80 PLUS Bronze 600W ATX電源 KRPW-N600W/85	5,640円
Memory	VENGEANCE LPX Series 8GBx2 CMK16GX4M2A2666C16	20,307円
SSD	Crucial SSD 500GB MX500 7mm CT500MX500SSD1/JP	14,300円
Other	2.5インチ->3.5インチアダプター	89円
Case	ENERMAX BECITE Black ECB3080BB-03	送料込み4,520円
Cable	MacLab Displayportケーブル 1.8m	999円

HDDは今回買いませんでしたが、手元に2.5インチの1TBがバックアップ用途にありますので、 そちらを流用し、SSDとHDDの2台構成としました。

改めて調べたら、ケースに2.5インチスロットが複数あったため、アダプタは不要でした。 加えて、マザーボードにはHDMI端子が無かったため、代わりにDisplayPortケーブルを購入しました。

久しぶりの組み立てだったので、ちょっと手こずりました。 マザーボードのコネクタのシルクがかなり見にくいので、 マザーボードの説明書を読んで、コネクタの位置をちゃんと確認して 進めました。