Life of RPi : 老年 EchoLink 的奇幻漂流

 

 

前陣子大熱的電影 LIFE of PI 的 PI，和我的開發平台Rasberryp Pi的簡稱 RPi，只欠一字。靈機一觸，以後這系列的文章，可考慮以 Life of RPi 為前綴。金像大導李安和我係同宗，希望佢唔好介意。

再者，張海報既場境和本地 ham 界的處境很相似，大家可當通勝內的春牛圖一樣細味固中寓意，又或當將近的元宵節既燈謎咁估。歡迎留言到以下的 comments 區。

 

前言

在起這個 blog 前，是沒有想過 involve 埋 Echolink 的。原因也好簡單，一講起 Echolink，就自然想到 Kenwood 的TM-D710A。機價是否算貴因人而異，但在 QTH 不佳的情況下，買咗都係擺設居多，所以都係省回算。至於以電腦設立 Echolink server，情況如 APRS igate一樣；長期運作電費不菲，不予考慮。

直到以 RPi 作為 igate 平台後，接觸了大量 Linux 的 ham software。發現 svxlink 中繼台控制軟件其一 Module為 echolink。雖則嚴格來說 echolink 不算 digital communication，但就肯定是 radio + internet的混合體，好乎合本部落格的宗旨，且所需配件基本已 on hand，一試無妨。

 

What is Echolink

簡單來說，Echolink 是借道 Internet，達到通訊無遠弗屆之效。借道 Internet 的一段路是以VoIP 形式進行，其餘部份和傳統通訊方式無異。

無遠弗屆，天涯若比鄰圖 (K1RA power point圖片)

 

Echolink 操作模式簡單可分為四類：

PC to PC

這是純電腦安裝了Echolink軟件(下稱 client)，兩機使用該軟件經Internet QSO。

K1RA power point圖片

Sys Op Mode

這是 client 和 Echolink node 經 Internet QSO。Node 分兩種：simplex 和Repeater。

K1RA power point圖片

Simplex Link

這是client 經 Internet登入了一個 echolink node，而另一邊廂就是通過收發機接上該 node 互相 QSO。Simplex Link的Node 呼號格式為 Callsign-L。

K1RA power point圖片

Repeater Link

通訊形式類似simplex，不過該node接上Repeater器材。Repeater Node 呼號格式為 Callsign-R。

K1RA power point圖片

網上有關以 RPi 作為 Echolink server 是有，但多是'我做到了'或'我做不到了'。較詳細的只有篇轉載至德國ham magazine 的網文(德文)。但也缺乏部份資料。Anyway， 現將我的設定、經過詳細說明。

 

硬件需求:

Raspberry Pi，已移除了USB Port fuse的，或 ver 1.0 後期或最新的 ver 2.0。

USB Sound Card，這個好關鍵，請看下文分解。

USB to RS232 cord，同APRS Igate所用的相同，芯片需為PL2032。

Sound Modem，同APRS最基本的設定所用的是一樣，不過我更改了一些數值優化之。

USB Hub，由於 RPi 只有兩個USB port，不敷應用，所以需加上 USB Hub。

USB Keyboard，這個不需說明吧…

 

軟件需求:

RPi's OS 的 音效設定

安裝最新釋出(16-Dec-2012) 的操作系統後， 最新的OS為了更好提供音效，OS 預裝 PulseAudio 音效 driver，這個和我們所用的 alsamixer 是不相容的，需人手移除，指令:

sudo apt-get purge pulseaudio gstreamer0.10-pulseaudio pulseaudio-utils

如你boot時見到這句warning，必需uninstall PulseAudio。

 

刪除後，需reboot一下。有關warning訊息應不再顯示。

 

Echolink 軟件:

免費軟件 svxlink。

Svxlink 簡介

Svxlink 為 Linux 平台下的 Ham ware，由 SM0SVX 編程。功能強大並以模組 (Module) 運行。主要應用有中繼站的 control，並支援 multi 收發機控制。今次我們主要應用為 EchoLink 模組。如用在 Echolink 上，可提供的主要功能有：

• 完整的 Echolink 對搭功能，包括文字訊息(英文)
• 支援 APRS 地圖登入，以 EL-yourcallsign 以茲識別
• 軟解 DTMF，CTCSS，無需額外硬件
• 不扮高深用CW，使用人性化語音報 callsign。定時每15min 報 callsign，正點加報 時間，PL Tone 等訊息
• 支援化身為配備 Echolink 的中繼站

 

一切從註冊Echolink開始

如你是有 smartphone 的，建議先下載 Echolink 軟件。安裝完成後，你需向 Echolink 工作小組提交有效文件，証明你是持有有效業餘電台牌照。他們這方面好認真，我第一次提交的是大牌的首頁副本但被拒絕了，原因是發出日期久遠。他們需要的是仍在年期內的証明文件，那唯有再提交 ATO，他們才收貨。但 ATO 已非必需文件，如你無apply，唔知張年費收據佢地OK否。

如你像我也是起個node，請也一併登記 callsign-L，即登記兩個 callsign: yourcallsign 和 yourcallsign-L。記住需執行validate程序。

 

硬件接駁，注意事項

就USB Sound Card，我手頭有兩款。

藍色的是那些年試用的USB sound card ，黑色的是近月購入的。以 Windows XP 所試，藍色的廠商顯示是 C-Media，黑色的則只表示generic sound card。兩者均無需driver。

問題來了：一個有名有姓，一個自稱我係sound card而已。

我選擇了前者…賴野啦。

測試時，發覺只能從 RPi 發聲，不能從 HT 輸入音訊。最後在下文講到 alsamixer 設定中，發現 MIC 的設定在啟動svxlink  後永被重致為 0 和 mute。解決不了。最後，試換上黑色的後問題應刃而解。用這個也好，因在market是有供應的。

 

Sound Modem

VE3ELB網站圖片

儘管網上的資料表示，600Ω : 600Ω 的Audio isolation Transformer 適用於車、枱機的接駁中。用在HT的接駁中，需留意 HT speaker的內阻匹配的問題。但實驗証明，由 HT speaker到USB Sound Card MIC input 的那一邊用600Ω或 32Ω : 1200Ω (ST-32) 效果是相若。

為了兼容問題和降低零件種類，所以兩邊皆用600Ω : 600Ω

另請留意，雖初次級同是600Ω，但仍是可分別出來的。為求效果良好，用萬用表電阻檔分別量度初次級；初級內阻應約51 Ω。次級內阻應約有 70 Ω。

 

 

Echolink 接駁全圖

 

Svxlink 安裝

安裝不複雜，裝後還需 edit 幾個 config file。由於設定涉及周邊裝置。軟件安裝前請接上所需的 USB soundcard，USB to RS232 線。

步驟

請先更新一下系統檔。如 production 後沒有大問題就不要再更新系統，免生枝節。指令:

sudo apt-get update && sudo apt-get upgrade

完成後 reboot 一下，如你的 OS 是從舊版本更新到最近的版本，會加裝 PulseAudio，請跟從上述提到的指令刪除之。

下載和安裝 prerequisite 檔案，留意不要打錯漏字，否則對下面編譯(make)有影響。指令:

sudo apt-get install g++ make libsigc++-1.2-dev libgsm1-dev libpopt-dev tcl8.5-dev libgcrypt-dev libspeex-dev libasound2-dev alsa-utils libqt4-dev

 

下載和解壓 svxlink，最latest的版本是11.11.1。指令:

sudo wget http://sourceforge.net/projects/svxlink/files/svxlink/11.11/svxlink-11.11.1.tar.gz

解壓指令:

tar xvzf svxlink-11.11.1.tar.gz

進入svxlink folder下，編譯指令:

cd svxlink-11.11.1

sudo make

編譯 make，如上面下載和安裝prerequisite 檔案正確無誤，這個 step 需時起碼 30min，可去飲杯茶食個飽。但如不消幾分鐘就完成，即上面安裝prerequisite 檔案有誤，需重裝之。需重前需刪掉 svxlink folder，重新解壓。

make file後，安裝已編譯好的檔案。指令:

sudo make install

Svxlink安裝基本完成。

 

下載和安裝 sound clips 檔

svxlink 不論用在 repeater 控制或 Echolink 上，均提供語音報呼號，時間和 PL tone等資訊服務。聲音檔分 8k 和 16k 兩款。16k 不適用於 RPi。

下載 sound clips 檔指令:

wget http://sourceforge.net/projects/svxlink/files/sounds/11.11/sounds-en_US-heather-11.11.tar.bz2

解壓指令:

tar -jxvf sounds-en_US-heather-11.11.tar.bz2

建立sound clips的預設folder

sudo mkdir –p /usr/share/svxlink/sounds/en_US

進入先前下載並已解壓的sound clips檔，將內容抄到剛建立的sound clips的預設folder，指令:

cd en_US-heather-11.11

sudo cp –r * /usr/share/svxlink/sounds/en_US

 

聲音檔 8k vs 16k 的迷思

兩者相比之下，當然希望使用16k音質。網上指導的方法有二：一是make file前更改 makefile conf 檔的參數至16k，二是在安裝後在設定檔更改sound clips參數至16k。唯在RPi下使用16k始終不成功，是硬件方面不支援。

幸好，試回 8k 是無問題，而音質方面也可用"好"字來形容。Demo請看下面的Youtube。

 

編輯各 config 檔

svxlink 需設定的 config 檔有:

/etc/modprobe.d/alsa-base.conf

/etc/svxlink/svxlink.d/ModuleEchoLink.conf

/etc/svxlink/svxlink.conf

/etc/asound.conf

 

編輯 alsa-base.conf，指令:

sudo nano /etc/modprobe.d/alsa-base.conf

將 options snd-usb-audio index=-2 一行的 -2 改為0。

按 ctrl + x 存檔和離開。

 

編輯 ModuleEchoLink.conf，指令:

sudo nano /etc/svxlink/svxlink.d/ModuleEchoLink.conf

#ALLOW_IP=192.168.1.0/24  移除#

CALLSIGN=yourcallsign-L      你的node的呼號，必需有-L為後綴

PASSWORD=your_password         你的echolink 登入密碼

SYSOPNAME=Your callsign      這是訪客看的，一般是你的呼號

LOCATION= 144.640MHz, Hong Kong       這是訪客看的，簡單描述一下你的位置

以下是詳細描述一下你的設備：

DESCRIPTION="You have connected to a SvxLink node,\n"

"a voice services system for Linux with EchoLink\n"

"support.\n"

"Check out http://svxlink.sf.net/ for more info\n"

"\n"

"QTH: Hong Kong\n"

"QRG: Simplex link on 144.640 MHz\n"

"CTCSS: 110.9Hz \n"

"Trx: FT-51R\n"

"Antenna: Ducky\n"

按 ctrl + x 存檔和離開。

 

編輯 svxlink.conf，指令:

sudo nano /etc/svxlink/svxlink.conf

這個 file 較大，我們需處理的部份是: [GLOBAL]，[SimplexLogic]，[Rx1]，[Tx1]，[LocationInfo]

[GLOBAL]

LOCATION_INFO=LocationInfo    如需將你的node顯示在aprs.fi 地圖上。需將之設為 LocationInfo

 

[SimplexLogic]

MODULES=ModuleEchoLink              其他module暫用不著，可只保留這個

CALLSIGN=YourCallsign                 你的呼號

 

[Rx1]

AUDIO_DEV=alsa:plughw:0          如左邊更改以便指到 USB sound card

SQL_DET=VOX                                        設為 VOX

SERIAL_PORT=/dev/ttyUSB0      雖接收不需接USB serial cord，但仍是加上備用

 

[Tx1]

AUDIO_DEV=alsa:plughw:0            如左邊更改以便指到 USB sound card

PTT_PORT=/dev/ttyUSB0               指到 USB serial cord

 

[LocationInfo]

APRS_SERVER_LIST=rotate.aprs.net:14580        如左邊更新aprs server資料

CALLSIGN=EL-YourCallSign                                           這個格式不能自行更改

其他資料，按你的設置輸入，如坐標等。

按 ctrl + x 存檔和離開。

請留意，發射觸發必需為VOX，不能選 CTCSS。原因是sound modem 所用的音頻隔離火牛一般的頻率響應起標是約為200-300Hz。而 CTCSS 本地一般設為110.9Hz，訊號是過不了的。

若要使用CTCSS，網上也可找一些頻率響應起標為幾十 Hz的隔離火牛，不過全是外國貨，超貴。另一方法是不用隔離火牛，直接接駁，只用電阻作為分壓器。但這種接法如長期使用就不建議，聲音效果比音頻隔離火牛還差(又大又拆)。

www.svxlink.de 網站圖片

 

編輯 asound.conf ，指令:

sudo nano asound.conf

 

pcm.mmap0 {

type mmap_emul;

slave {

pcm "hw:0,0";

}

}

以上不變，以下六行前面加#號使之失效

#pcm.!default {

# type plug;

# slave {

# pcm mmap0;

# }

#}

底端加入以下六行

pcm.lowrec {

type plug

slave {

pcm "hw:1,0"

}

}

按 ctrl + x 存檔和離開。

所有設置完成。請 reboot 系統。

 

Router 設定

Echolink 官網的 FAQ 提到，是需開通 TCP port 5200 和 UDP port 5198，5199。這個設定我初時是不以為意的。

原因是家中的board Band router是近年使用寬頻才購入的，但估不到仍需要加以設定才可要合 Echolink 的通訊。

如自行測試 Echolink 時 (smartphone 登入自己個node)，長時間轆下轆下，然後出 dialog box 表示 timeout 的話，那多是這個問題。

要證實閣下家中網絡是否兼容 Echolink 通訊，請在電腦安裝 Echolink client 軟件， 並執行測試，Tools => Firewall / RouterTest 。

 

就我的環境來說，tcp 通訊就ok，但 UDP 通訊就不成功。要打通 UDP 的通訊，要在 BB router開啟 Port Forwarding 和 virtual server。

Port Forwarding 將所有Port 5198，5199 的 UDP 訊息轉到你 RPi 的 IP address 中。請參考附圖。

Virtual Server 就將 RPi 變為 一個server，對應所有packet。

Port Forwarding 設定(僅供參考)

 

Virtual Server 設定(僅供參考)

 

調校

系統音量的調校

首先，輸入以下指令以進入 alsa：

alsamixer

進入alsa後，會發現 mic 預設為 mute。用 tab 將選擇移到mic，按 m 鍵，將之 unmute，用上箭咀將其 volume 向上推至和 speaker 一樣就 ok。按 ESC 離開。

 

sound modem 的 VR 調校

就我的測試結果，Echolink 發聲那邊用預設(置中) 值就OK。由接收機經 sound modem 到 USB sound card的一側，需進入 svxlink 調校。

輸入指令 svxlnk 以進入 svxlink，試一下在 HT ptt 並說話，如 svxlink 發出 "Distorsion detected! Please lower the Input volume " 訊息，即訊號太大，請將 sound modem 的 VR 慢慢向 Gnd 那邊調，再 ptt 試，直到不再出現這句訊息。

調校完畢就可初測。

 

初測

進入svxlink有兩種途徑:

• 輸入 svxlink。這是會進入 svxlink 程式，詳細顯示各狀況。不好處是整個硬件就被佔用了，不能運行其他程式。盡管如此，新手建議使用這個方法。
• 輸入 svxlink -–daemon 。這會以背景執行形式運作。好處是部機可繼續接受輸入指示。壞處是不會顯示任何svxlink 的訊息，如文字形式通訊等。

我們輸入指令 svxlink ，以進入 svxlink。成功登入 Echolink server 後，由於開啟了location info 功能，你可在aprs.fi見到你的 station。

 

我們可在 HT 按 * 鍵，Echolink 應播出callsign，PL tone等訊息。

如這步成功後，在 HT 按 9999# 以登入 Echolink 的測試 server，它的功能主要是模擬 QSO 情況，回話是錄音，播放你剛說的話。由於開啟了 location info 功能，你按一下aprs.fi 地圖你的 station icon，再按信息，你可見到屏幕顯示你正和 Echolink server QSO中。

 

請留意，由於是軟解 DTMF，按 DTMF 的動作不要太敏捷，每鍵需有約 0.2sec 的訊號。成功解碼後，svxlink 是會顯示相應的字符。如手機沒有 dtmf 產生功能，在電腦 keybroad 直接輸入 9999# 也可。

另一方面，由於是以 VOX 觸發收音，聲線要保持一定連續音量。用手咪較易掌握。

和 Echolink server 測試完成後，可按 # 離開。

 

實測的挫折

完成初測，簡單來說，行到走到就要進行實測，即24 x 7 開放和其他 Echolink 友台作兼容測試。

問題來了，實測發現 svxlink 運行約六至十多時就死機了。死狀是：

• USB sound card 的LED應不斷閃爍，長着即 hang機了
• RPI所有LED 長着
• ping唔到
• 如config file 開啟了地圖功能，理應在aprs.fi見到，消失了即死了

單憑估計，最有可能性是:

• RPi資源不夠 svxlink 使用，svxlink 的設計不是針對embedded system 來設計的。情況就像你監硬將一個電腦運行的 program 放到電話上
• EchoLink server 不容許長期登入，過了一個期限又無QSO，會踢走個 node
• RPi 的 network 芯片是 USB to Network 那種，而這個project 也經 USB hub 使用了 USB to RS232，USB sound card等 USB devices。大量 USB 的訊息流以致 USB stack overflow。

花了幾個多星期 trouble shoot，一個字："愁"。變數太多，期間的苦處不提了。由於第1個原因可能性較大和很難模擬，用了一台 RPi Ver 2.0 再試。如前文所述，2.0配備的 RAM 有512M，是1.0的一倍。

但結果顯示，ver2.0工作時間約長一倍，在大約兩三日後就當機。就算將swap file size 由100M 增加到 1G 也沒幫助。

至於其他招數，如超頻，硬件 watchdog timer，排程每小時釋放記憶體等等皆試過但沒有幫助，沒用的這裡不詳提了。

再 google 一下有關資料，網上未有 ham 提到類似問題。明顯我是又要馬兒好，又要馬兒不吃草之流。要耗電低，要平又要 24X7 運作。雖則玩 Echolink 是無需 24×7 處於standby 狀態，但我是以此為目標。

 

和外界聯系QSO /實測經驗分享

開機登入 svxlink 後，經常會在第一次連接不到 echolink server，表示需等侯數分鐘。唔想等可reboot RPi，再進入svxlink 就應可登入 Echolink server。

 

Echolink 外界聯系方法有兩種，輸入對方的 node number 或 callsign。

輸入對方node number是最快捷有效的方法，

輸入callsign 是靠 DTMF 組合出來的請參考下表:

1 = Other Character	2 = A B C	3 = D E F
4 = G H I	5 = J K L	6 = M N O
7 = P Q R S	8 = T U V	9 = W X Y Z
* = Start / Wildcard		# = End

 

若有多個一個 callsign 的組合，則會以列表形式顯示。

例一:

想和 node No.788906 (VR2XKP-L) 通聯，輸入:

788906#

 

例二:

想尋找正 online 的本地 echolink 站通聯，輸入

6*872*#

前綴 6 使用callsign 指令碼，872後的*為 wild card。

 

例三:

想和 VR2VOI-L 通聯，輸入:

6 *87286415#

前綴 6 為使用callsign 指令碼。

由於本地 OM VR2VOI 和 VR2UNG 皆設有 Echolink 站，他們的呼號 DTMF 組成也剛巧是 87286415，如他們的 echolink站正 online， svxlink 會列出兩位 OM 的呼號以供選擇。你可按1或2 選擇和那位通聯。

 

Youtube VR2XKP 頻道 Echolink Demo:

 

請留意，後半部份和 smartphone 通聯的示範，聲音會播放兩次，是因為先前連到 Echolink test server 未有按 # 離開。

 

總結

以 RPi 作為 echolink node 是可行的，且成本只需約HK$400。但未能作 24X7 的長期運作，以我的目標來說是未竟全功。因最終目標是整合 echolonk + igate 至同一硬件平台。

不過，RPi的 OS 仍是更新中，不同的 Linux distribution 如 freeBSD 也剛釋出。所以最終可解決這個問題我是樂觀的。

另一方面，sound modem 的接線往往是不同牌子接法不一。所以將砌一個獨立於品牌 的 sound modem，以relay進行ptt，並加進 squelch 電路，lm3915 LED bar 等顯示，實行舢舨充炮艇。

 

後記

完稿日發現 Intel出了一部體積僅4吋x4吋的電腦仔(外置19V 65W notebook火牛)，價錢 HK$23xx 起標。但未包 RAM 之餘，Harddisk 也欠奉。

我不 marketing 中人，真係唔多明這種 product 的定位。由於體積小巧，Hardisk 需用上 mSata 迷你 SSD ，但容量細。 RAM 支援最多16G，但 CPU 只有 i3的速度。買 mSata 再加上 Ram 和 windows 操作系統。條數差唔多夠買部最平的 notebook 電腦。唔好忘記， notebook 電腦己有齊 LCD 顯示屏，keyboard，Wi-Fi 等等周邊連預裝 OS。

我唯一諗到既用途就係將之視為 RPi的加強型，配一個 32G mSata hard disk，裝免費的 Linux，就可用上 Linux 平台下的 Ham ware。加上 19V 65W 的能源消耗 (火牛 rating，實際功耗應低於此值) ，可用在 24V 中型太陽能供電系統的 project 上。

等佢 6-9 個月後，跌價跌至千多元時可考慮入手。