Ubuntu版Raspberry PiでGPIOを使うためのライブラリ

🧭 はじめに

本記事では、Raspberry Piに「Raspberry Pi OS」ではなく「Ubuntu（Server/Desktop）」を入れた場合に、GPIOまわりの代表的なライブラリ（RPi.GPIO / GPIO Zero / pigpio / libgpiod / lgpio / WiringPi 等）が使えるか、どう組み合わせると快適か、そして導入時の注意点をまとめます。
「なぜこのライブラリが生まれたか」という背景や、「このライブラリを使うと何が嬉しいか」も併せて整理します。

【情報】本記事の要点は「Ubuntuでも主要ライブラリは概ね使えるが、“デフォルト前提（Raspberry Pi OS想定）”が一部崩れる」こと。特に「権限（udevルール・グループ）」と「ピン・ファクトリ（GPIO Zeroの裏側）」に注意すれば快適に運用できます。Ubuntu公式のGPIOチュートリアルも公開されています。

🧱 ライブラリ別の対応状況（クイックマトリクス）

RPi.GPIO：Ubuntuでも使える（パッケージあり）。ただし権限設定に注意。
GPIO Zero：Ubuntuでも使える。裏で使う「ピン・ファクトリ」を pigpio / lgpio / RPi.GPIO から選ぶ（環境変数で明示可）。
pigpio：Ubuntuで利用可（パッケージあり）。デーモン pigpiod の起動・自動起動設定を入れる。
libgpiod（gpiod/Python3）：Ubuntuの標準パッケージあり。新しいGPIOキャラクタデバイスAPIの本命。権限周りに配慮。
lgpio：GPIO Zeroの既定候補の一つ。Ubuntuでも利用事例あり（パッケージ/環境により導入方法が異なる）。
WiringPi：非推奨・開発終了。原則採用しない。

🧪 RPi.GPIO（低レベル直叩きの定番）

何者？なぜ生まれた？

初期のRaspberry Piで「Pythonから手軽にGPIOを操作」するためのデファクト。/dev/memやgpiomemを介してレジスタ操作を隠蔽し、教育・試作に適した簡潔APIを提供します。

Ubuntuでの可否と導入のコツ

可。Ubuntu 20.04/22.04 以降で python3-rpi.gpio パッケージが利用可能。
非rootで使うには、udevルールとグループ設定（Ubuntuでは dialout 追加が推奨の経路として共有されています）。rpi.gpio-common がルールを提供。
うまく権限が通らない場合は、古典的な「/dev/mem へのアクセスが必要」エラーに遭遇しやすい。権限周りの対処がキモ。

嬉しさ

学習コストが低く、サンプルが豊富。既存資産を活かしやすい。
単純なデジタルI/Oやボタン・LEDなら十分。

【警告】ハードウェアPWMやI2C/SPIなどのバス制御を直接は担いません（別ライブラリの利用が一般的）。

🧩 GPIO Zero（高レベルAPIで“部品をそのまま”扱う）

何者？なぜ生まれた？

「LED」「ボタン」「距離センサ」など“デバイス目線”のAPIで、教育・プロトタイピングを高速化するために登場。裏側で複数の“ピン・ファクトリ”を差し替え可能にし、環境依存を吸収します。

Ubuntuでの可否とピン・ファクトリ

可。Ubuntuでも動きます。
既定では「lgpio → RPi.GPIO → pigpio → native」の順に利用を試み、環境変数 GPIOZERO_PIN_FACTORY で明示指定可能（例：pigpio）。
UbuntuでRPi.GPIOを直接使うか、もしくは pigpio / lgpio を導入してGPIO Zeroから呼ぶのが定石。環境変数の設定やpigpioデーモン起動を忘れずに。

嬉しさ

「ボタンが押されたらLEDを点ける」等を、数行で直感的に書ける。
ピン・ファクトリ差し替えで環境の違いを吸収しやすい（RasPi OS⇔Ubuntu間の移植が楽）。

🐷 pigpio（デーモン＋遠隔もできる高機能IO）

何者？なぜ生まれた？

正確なタイミング制御、ソフトウェアPWM、多プロセス/リモートからの制御など、RPi.GPIOで難しい領域をカバーするために誕生。pigpiod デーモンにネットワーク越しも含めてクライアント接続できます。

Ubuntuでの可否と導入ポイント

可。pigpio / python3-pigpio のパッケージ導入後、pigpiod を起動・自動起動設定すると快適。Ubuntuではサービスユニットの整備状況が環境で異なるため、systemctl enable/start pigpiod の確認を。

嬉しさ

高精度な波形生成やPWM、遠隔制御が簡単。複雑な工作・ロボティクスに強い。
GPIO Zeroのピン・ファクトリとしても利用可（GPIOZERO_PIN_FACTORY=pigpio）。

🧰 libgpiod / gpiod（“いまどき”の標準API）

何者？なぜ生まれた？

Linux 4.8以降で“古いsysfs GPIO”が非推奨となり、/dev/gpiochip* を扱う“キャラクタデバイスAPI”が主流化。libgpiodはその公式Cライブラリで、Pythonバインディング（python3-libgpiod / gpiod）も提供されます。

Ubuntuでの可否と導入ポイント

可。python3-libgpiod ほか関連パッケージが公式に提供。ツール gpiod も同梱。
一部環境ではroot権限やudevルール調整が必要。特に仮想環境（venv）やパーミッション設定で「gpiochipを開けない」系のエラーに注意。

嬉しさ

カーネルが推す“新正統”のAPIで将来性が高い。
I²C/SPI/PWMも含め、Ubuntu公式チュートリアルがlgpio（後述）と共に整備されている。

🧱 lgpio（GPIO Zeroの“第一候補”にもなる新顔）

何者？なぜ生まれた？

pigpio作者による、GPIOキャラクタデバイス向けの軽量ラッパー。GPIO Zeroが最初に試す“ピン・ファクトリ”としても採用され、Ubuntuでも利用事例が増えています。

Ubuntuでの可否

可。ディストリやバージョンでパッケージ名が異なることがあり、python3-lgpio の導入可否は環境次第（Stack OverflowでUbuntu 20.04の導入質問あり）。

嬉しさ

GPIO Zeroと相性が良く、シンプル構成。
libgpiodに比べて“GPIOだけを軽く使いたい”ケースで扱いやすい。

【情報】lgpio 利用時も /dev/gpiochip* の権限がカギ。失敗時はまずパーミッションを疑う。

🧓 WiringPi（歴史的経緯と現状）

何者？なぜ生まれた？

「Arduino風のAPIでCからRaspberry Piを操作」するための老舗ライブラリ。入門者がCで扱う際の敷居を下げました。

現状

公式に非推奨・EOL。新規採用は避け、既存資産は pigpio / libgpiod / GPIO Zero などへの移行を。

🧯 Ubuntu特有の“つまずきポイント”と対策

権限（udevルール・グループ）

RPi.GPIO：rpi.gpio-common がudevルールを提供。Ubuntuでは dialout へのユーザー追加で非root実行が通る構成が共有されています。
libgpiod / lgpio：/dev/gpiochip* のアクセス権で躓きがち。root実行で動くならパーミッション/グループ設定を見直す。
一部の古い情報では gpio グループを作る記述も見かけますが、Ubuntuでは dialout を使う手順が一般的に紹介されています。

ピン・ファクトリ（GPIO Zero）

うまく動かない時は GPIOZERO_PIN_FACTORY を pigpio や lgpio に明示する。

pigpioデーモン（pigpiod）

サービスが存在しない/起動しない場合があるため、手動で systemctl enable/start pigpiod を設定・確認。

🧠 ユースケース別・おすすめ構成

「まずはLED/ボタンから」学習・簡単試作

GPIO Zero +（lgpio もしくは RPi.GPIO）
嬉しさ：デバイス志向APIで実装が最短。移植性も良い。

「きっちりPWM・波形」「複数プロセス/リモート制御」

pigpio（必要に応じてGPIO Zeroのpin factoryをpigpioに）
嬉しさ：精密なタイミング制御とネットワーク越し制御が簡単。

「将来性重視」「カーネル標準APIで行く」

libgpiod（Pythonなら python3-libgpiod / gpiod）
嬉しさ：/dev/gpiochip* の“いまどき”API。長期的な保守性が高い。

🧷 導入時の“最短メモ”（Ubuntu想定）

RPi.GPIO：apt install python3-rpi.gpio rpi.gpio-common → sudo adduser $USER dialout → 再起動。
GPIO Zero：apt install python3-gpiozero（環境により）＋ pigpio または python3-libgpiod / python3-lgpio を状況で追加。必要なら GPIOZERO_PIN_FACTORY を設定。
pigpio：apt install pigpio python3-pigpio → systemctl enable --now pigpiod。
libgpiod：apt install python3-libgpiod gpiod。権限で躓いたらrootで動くか→udev/グループを確認。

【成功】Ubuntu公式のGPIOチュートリアルは、lgpioベースで「GPIO/I2C/PWM/SPI」まで一通りまとまっています。最短の動作確認に便利。

🧭 まとめ（選び方の指針）

互換・学習コスト最優先：RPi.GPIO（またはGPIO Zero＋RPi.GPIO）。
高機能・遠隔・タイミング厳密：pigpio（単独 or GPIO Zeroのpin factoryに）。
いまどき・将来性重視：libgpiod（必要に応じlgpioやGPIO Zero併用）。
WiringPiは非推奨、移行検討を。

【警告】権限（udev/グループ）とサービス起動（pigpiod）は、Raspberry Pi OSのノウハウをそのまま持ち込むとハマりやすいUbuntu特有の落とし穴です。最初にここを固めると、その後の開発がスムーズになります。

📎 参考リンク（一次情報・公式中心）

Ubuntu公式「How to use Raspberry Pi GPIO pins with Ubuntu」：lgpioでGPIO/I2C/PWM/SPIの例。
GPIO Zeroドキュメント：ピン・ファクトリと環境変数。
libgpiod（Launchpadパッケージ一覧）・Pythonバインディング。
RPi.GPIO（Ubuntuでの導入報告）。
pigpio（サービス起動・運用の実例）。
WiringPiの非推奨。