玩转树莓派(一)

树莓派,Raspberry Pi,简写为 RasPi。官网地址

Raspberry Pi Logo☆ Raspberry Pi Logo

基本环境搭建

树莓派简介

树莓派每一代均使用博通(Broadcom)出产的ARM架构处理器,内存在256MB和4GB之间,主要使用 SD 卡或者 TF 卡作为存储媒体,配备 USB 接口、HDMI 的视频输出(支持声音输出)和 RCA 端子输出,内置 Ethernet/WLAN/Bluetooth 网络链接的方式(依据型号决定),并且可使用多种操作系统。产品线型号分为A型、B型、Zero 型和 ComputeModule 计算卡。树莓派基金会提供了基于ARM架构的 Debian、Arch Linux 和 Fedora 等的发行版系统,可以在官网[1]下载。2019年6月底,树莓派基金会发布了树莓派4,处理器升级为1.5GHz的博通 BCM2711(四核Cortex-A72),增大了板载内存容量,为1/2/4GB,蓝牙升级为5.0,拥有2个USB2.0接口,2个USB3.0接口,电源也采用了较新的USB-C接口。[3]

组装配件

我使用的是最新版的树莓派4B[4],相比以往的版本,最新版的变化还是喜人的,具体参数对比树莓派3B/3B+如下:
树莓派新旧版参数对比☆ 树莓派新旧版参数对比
树莓派4B的主板模块功能分布如下图:
树莓派主板模块☆ 树莓派主板模块

基础硬件

从淘宝购买到手后的树莓派官方版包含以下基础硬件(无数量说明的硬件均是1件):

  • 主板(已焊接CPU和内存)
  • typr-c电源
  • 红白外壳
  • 散热片(5片)
  • SD卡(16 GB)
  • USB读卡器
  • HDMI转micro HDMI线
  • VGA转micro HDMI线
  • 散热风扇
  • 固定螺丝(8件)

    安装散热片

    为了避免树莓派工作期间主板上硬件过热而损毁,需要给主板上的主要硬件进行散热处理。
  1. 粘贴散热片
    一共有5块大小不一的散热片,分别对CPU、内存、USB管理器、有线网卡、无线网卡进行粘贴,效果图如下:
    树莓派主板散热片粘贴☆ 树莓派主板散热片粘贴
  2. 安装散热风扇
    安装风扇前后可以进行对比 CPU 的温度,使用/opt/vc/bin/vcgencmd measure_temp可查看具体温度,如果温度不会过高,我个人不建议安装风扇,因为不加控制开关的风扇带来的噪声影响还是很明显的。
    散热风扇通常有很多种,风扇的大小建议选择长宽30mm两线制的,一般红色线是正极,黑色线是负极。 所以在树莓派上使用时,红色线应插到GPIO针脚5V上,黑色线应插到针脚GND上,具体针脚位置可参照针脚定义。风扇的LOGO标签是出风口,可以将风扇LOGO对着芯片吹风, 也可以将风扇LOGO朝外,这样也能将主板热量吸走排出去。效果图如下:
    树莓派主板散热风扇安装☆ 树莓派主板散热风扇安装

系统镜像及刻录系统

树莓派可支持的系统有多个,而初次使用树莓派还是使用官方提供的系统镜像,体验原汁原味的树莓派。从官网地址下载 Raspbian 最新版系统镜像文件,当然也可以选择NOOBS 镜像,二者本质没有多大差异,官方提供两种方式自然都可以选择。

格式化SD卡

使用SD卡格式化软件对SD卡进行格式化,打开软件后会自动选择SD卡盘符,选择 quick format后点击 format 即可完成格式化。不建议使用Windows自带的格式化工具,该工具格式化之后的SD卡性能不佳。

Raspbian镜像安装

格式化完成后,使用Win32DiskImager进行系统镜像烧录。打开 Win32DiskImager 并选择最新版系统镜像即 2020-02-13-raspbian-buster-full.img,选择SD卡盘符,点击写入,等待烧录完成,此时会弹出对话框显示写入成功之类。同时Windows系统会提示无法识别分区是否进行格式化,选择 取消 即不要格式化,因为Linux系统分区已经写入到SD卡中,格式化将导致之前的烧录工作作废。弹出读卡器并取下SD卡,将SD卡插入树莓派的SD卡槽,SD卡的正面与树莓派主板的背面为同一方向。

NOOBS镜像安装

格式化完成后,将 NOOBS 文件解压并将解压后的文件都移动到SD卡根目录下,弹出读卡器并取下SD卡,将SD卡插入树莓派的SD卡槽,SD卡的正面与树莓派主板的背面为同一方向。

启动树莓派及初始配置

  1. 启动树莓派
    将type-c电源连接树莓派主板的type-c接口,将HDMI转micro HDMI线或VGA转micro HDMI线连接micro HDMI接口0(即靠近type-c电源接口的micro HDMI接口),注意接口方向,接反会导致接口磨损,将外接鼠标、键盘、显示器以及网线连接好,打开树莓派电源开关。
  2. 初始配置
    如果是按照 Raspbian 镜像安装的方法烧录的系统,则开机后将直接进入树莓派系统界面,若是按照 NOOBS 镜像安装系统,则启动后出现 NOOBS 界面,此时选择首选项即 Raspbian[RECOMMANDDED] 然后点击安装(Install),等待安装完成重启即可进入系统界面。
    第一次进入树莓派系统,会提示进行初始配置,根据提示设置地区、语言、新密码,然后WiFi设置和更新软件部分可以先跳过(skip),如果没有连接网线则可以设置连接WiFi。系统提示重启选择暂不重启

远程登录树莓派

初次配置完成树莓派后,为了之后方便管理树莓派,而不需要额外的外接设备,便要设置远程登录,最方便的是设置 SSH 服务,树莓派默认安装了该服务但是没开启。

  1. SSH
    打开终端,输入 sudo raspi-config,选择 5 Interfacing Options,选择 SSH,询问是否开启 SSH 服务选择,之后点击 OK,开启服务后,选择 Finish 退出设置界面。
    为了保证远程登录时树莓派的IP地址是不变的,需要固定树莓派的IP地址即将其地址设置为静态IP,设置方法如下:
    在终端下,输入 sudo nano /etc/dhcpcd.conf,找到 Example static IP configuration,做以下修改:

    1
    2
    3
    4
    5
    6
    - # interface eth0
    - # static ip_address=192.168.1.20/24
    - # static routers=192.168.1.1
    + interface eth0 # 若是连接WiFi下,则改为 interface wlan 0
    + static ip_address=192.168.1.20/24
    + static routers=192.168.1.1
  2. 远程桌面(xdrp)
    在树莓派终端下执行 sudo apt-get install xrdp,在Windows下可以登录树莓派的远程桌面,按下快捷键 win + R输入mstsc,输入树莓派的 IP 地址后点击连接,在认证界面输入树莓派的账号及密码即可登录远程桌面。如若树莓派操作系统安装xrdp后,在windows里用mstsc打开对应的IP地址,登录的过程中出现如下错误(IP地址,用户名,密码正确的情况下),则在树莓派终端执行 sudo apt-get install tightvncserver然后重启树莓派即可。

基础配置

启用root

初次登录树莓派的用户账号是pi,开启 root 用户便于更多需要高权限的操作。

  1. 设置 root 账号密码
    在树莓派终端执行sudo passwd root,输入两次想设置的root密码即可/
  2. 解锁root账号
    树莓派终端执行sudo passwd --unlock root即可。
  3. 切换到root账号
    在终端执行 su root,输入root密码,切换到root用户下终端的起始符号会变更为 #,在终端输入exit便能切换回pi用户。

添加中文输入法

树莓派默认使用英文输入法,想要在树莓派中输入中文可以安装中文字库以及中文输入法。

  1. 安装中文字库
    在树莓派终端输入 sudo apt-get install ttf-wqy-zenhei
  2. 安装中文输入法
    在树莓派终端输入 sudo apt-get install fcitx fcitx-googlepinyin fcitx-module-cloudpinyin fcitx-sunpinyin
  3. 设置系统支持中文
    在树莓派终端输入 sudo raspi-config,选择 4 Localisation Options,然后选择 I1 Change Locale,之后一直按按钮,直到出现 zh_CN GB2312``zh_CN.GB18030 GB18030``zh_CN.GBK GBK``zh_CN.UTF-8 UTF-8四个选项,在四个选项前按下空格键即可选中同时显示*,按下回车键确认,之后按直到最后,选择zh_CN.UTF-8,按回车确认。退出设置界面,终端提示如下图即表示配置成功。
    系统安装成功☆ 系统安装成功
  4. 添加中文输入法
    打开系统首选项,选择 Fcitx,点击左下角的+,将仅显示当前语言去掉,下滑至最底部,选择Google拼音或者Sunpinyin并点击确认即可。切换中文按下快捷键 ctrl+space,在中文输入法下可以按下快捷键 Ctrl+Shift切换中英文输入法。

更换软件源

树莓派官方系统raspbian自带的是国外的软件源,在国内使用经常会遇到无法下载软件的问题。通过修改系统配置sources.list为国内软件源即可解决网络问题。

  1. 清华源[6]
    在终端输入 sudo nano /etc/apt/sources.list,添加以下内容:
    1
    2
    3
    - 编辑 `/etc/apt/sources.list` 文件,删除或注释原文件所有内容,用以下内容取代:
    + deb http://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/raspbian/raspbian/ buster main non-free contrib
    + deb-src http://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/raspbian/raspbian/ buster main non-free contrib
    在终端输入 sudo nano /etc/apt/sources.list.d/raspi.list,添加以下内容:
    1
    2
    - # 编辑 `/etc/apt/sources.list.d/raspi.list` 文件,删除原文件所有内容,用以下内容取代:
    + deb http://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/raspberrypi/ buster main ui
  2. 中科大源[7]
    将上述源内容中 tuna.tsinghua.edu.cn/raspberrypi/ 改为 ustc.edu.cn/raspbian/即可。

树莓派LED灯指示

在使用树莓派过程中,由于一般不对树莓派安装过多外接设备,而是进行远程控制,因此LED灯的状态对判断树莓派的情况具有很大作用。此部分内容参照树莓派实验室对LED灯的解释[2]。

LED颜色功能正常状态
ACT绿色card status闪烁:SD卡正在活动(类似电脑的硬盘灯)
PWR红色power不闪烁:正常
FDXfull duplex亮:全双工/不亮:半双工
LNKlink亮:网络连接成功
100100 Mbps亮:100 Mbps/不亮:10 Mbps

注意事项

  1. 禁止将树莓派的引脚短路,特别是VCC和GND,短路会造成芯片烧毁无法恢复。
  2. 树莓派启动需要几十秒时间,打开电源后1分钟内不可以关闭电源,会影响树莓派的使用寿命。
  3. SD卡烧录系统完成时,系统会提示格式化,此时不需要格式化,点击取消即可。若点了格式化后树莓派会提示缺失文件,需要重新烧录系统。
  4. 树莓派4B的HDMI接口变成两个micro-HDMI接口(hdmi0和hdmi1),可以接入两个显示器。如果只连接一个显示器,一定要插入hdmi0接口,也就是靠近type-C电源接口的那一个,才可以正常显示;如果只插入hdmi1接口,会出现显示器无法显示的情况。

进阶配置

树莓派的玩法众多,而要熟悉树莓派,可以通过自定义和扩展树莓派功能来实现,包括安装64位树莓派系统、安装浏览器插件、安装新软件、自定义树莓派功能等。这类进阶配置将后续更新。

结束

树莓派目前已经具有很好的生态以及广泛的使用群体,也有不少技术论坛和官方技术博客,其本身可以实现很多功能需求,对于有需要和想玩树莓派的人可以逐渐深入接触,也许将带来奇妙的体验。

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