树莓派入门

前言

最近发生了很多事情,很懈怠,由于时间不够用,没有继续研究树莓派,把前段时间研究树莓派的入门资料整理了一下,大多数是抄袭网上的.本来打算研究完树莓派,然后研究ARM64体系结构和汇编语言,然后再研究一下linux内核0.11版本.把内核0.11版本移植到树莓派上,然后在0.11版本的基础上直接升级到最新版本内核,保持功能和0.11版本基本相同,
这样能让后来学习linux内核的朋友少走弯路,理想很宏大,现实很残酷,时间不够用,希望以后有时间能实现这样的理想.
现在时间是2023年9月9日,其实树莓派看官网的资料是最好的学习资料.我主要参考B站和官网.
正式开始吧.兴趣是最好的老师,热爱是最好的动力,不要为了金钱和利益而损耗兴趣和热爱.

系统烧录

使用官方烧录工具

下载Raspberry Pi Imager工具.

选择操作系统

选择存储卡

配置

开启SSH,设置SSH登录方式

Win32DiskImager

有屏幕树莓派开机

先连接HDMI显示器,再打开树莓派电源.

树莓派关机

#关闭电源
sudo poweroff
#立刻关机
sudo shutdown -h now
#立刻重启
sudo shutdown -r now
#2分钟之后关机
sudo shutdown -h +2

无屏幕树莓派开机

获取树莓派IP地址

通过路由器获取

把树莓派连接到路由器上,登录路由器可以获得树莓派的IP地址.

共享网络方式获取

• 1.用网线连接笔记本和树莓派

• 2.共享笔记本的wifi给树莓派

• 3.查找树莓派IP地址

arp -a
ping 192.168.137.115

给树莓派配置静态IP地址

查找默认网关

ipconfig
#无线网络

分盘给树莓派的IP地址

hostname -I

两个条件:

• 静态IP地址与路由器网段保持一致
• 与路由器自动分配的IP地址不能冲突

当前给树莓派分配的IP地址就是满足条件的IP地址.

修改树莓派DHCP配置文件

#sudo nano /etc/dhcpcd.conf

interface eth0
static ip_address=192.168.0.10 
static routers=192.168.0.1
static domain_name_servers=192.168.1.1 192.168.0.1

ssh登录

ssh [email protected]

让树莓派连接指定的网络

windows10共享热点

在sd卡根目录下，新建wifi配置文件wpa_supplicant.conf。如果用windows系统编辑这个文件，需要选择采用Linux/Unix style格式的行结尾，例如用Notepad++，需要选择 “Edit” > “EOL Conversion” > “UNIX/OSX Format”。然后写入：

ctrl_interface=DIR=/var/run/wpa_supplicant GROUP=netdev
update_config=1
country=CN
network={
    ssid="USER-20230430HW"
    psk="12345678"
    priority=1
    id_str="notebook1"
}

在共享热点界面可以查看IP地址

windows远程桌面连接

sudo apt install xrdp

sudo raspi-config
#修改分辨率

树莓派新操作系统xrdp远程桌面黑屏的问题

这个问题我今天自己解决了，因为树莓派的新操作系统基于Debian bullseye. 对于bullseye默认的root用户（也就是pi）不能同时登录本地和远程桌面，这个和原来的操作系统是不一样的，所以用用户pi登录就会导致黑屏。解决方法是为远程桌面增加一个新的用户，用这个新的用户登录xrdp远程桌面就没有问题了。

先远程桌面登录,然后再使用SSH登录.

Linux下如何创建新用户

使用win10工具远程连接树莓派

VNC远程连接树莓派

VNC服务器

树莓派默认自带VNC服务器,默认关闭

图形界面打开

命令行打开

sudo raspi-config
#Interface Options -> VNC -> Yes

运行VNC服务器

vncserver-virtual

VNC服务器开机自启

sudo nano /etc/init.d/vncserver

#!/bin/sh
export USER='pi'
 eval cd ~$USER

 case "$1" in
 start)
 #启动命令行.此处自定义分辨率,控制台号码或其它参数.
 su $USER -c 'vncserver-virtual -geometry 1920x1080 :1'
 echo "Starting VNCServer-virtual for $USER"
 ;;
stop)
su $USER -c 'vncserver-virtual -kill :1'
echo "VNCServer-virtual stopped"
;;
esac
exit 0

sudo chmod 755 /etc/init.d/vncserver
#脚本正常,但是这样开机不会自动运行
sudo update-rc.d vncserver defaults

VNC查看器

官网

VNC-Viewer-7.5.1-Windows.exe

更改vnc分辨率

树莓派VNC分辨率，修改无效的解决方案

#!/bin/sh
vncserver-virtual -geometry 1920x1080 :1

/etc/rc.local

su pi -c "exec /home/pi/Scripts/vncserver.sh"

文件传输

使用U盘

VNC传输

vnc viewer 传输到 vnc server

最上面图标tansfer files

vnc server传输到vnc viewer

python配置开发环境

默认安装python3

print("hello world")
exit()

pip install pandas

thonny

option修改中午界面

C++配置编译环境

WiringPi库

安装

WiringPi 官网上说明,只提供deb安装包,但是这个安装包只支持32位系统,使用动态库编程时,会有问题.

建议源码安装

#deb安装
cd /tmp
wget https://project-downloads.drogon.net/wiringpi-latest.deb
sudo dpkg -i wiringpi-latest.deb

#源码安装
git clone https://github.com/WiringPi/WiringPi.git
cd WiringPi
./build

deb安装在64系统上有错误

gcc -o led led.c /usr/lib/libwiringPi.so
/usr/bin/ld: /usr/lib/libwiringPi.so: error adding symbols: file in wrong format

file /usr/lib/libwiringPi.so.2.52 
/usr/lib/libwiringPi.so.2.52: ELF 32-bit LSB shared object, ARM, EABI5 version 1 (SYSV)

命令使用

gpio -v
gpio readall

geany

在树莓派上使用geany集成开发环境

参考资料

wiringpi 官网

树莓派4B-WiringPi库的安装和使用 (C和Python版)

linux操作系统命令和编辑器的使用

#切换为超级用户身份
sudo su
#切换为普通用户pi
su pi

nano 编辑器

nano 编辑器常用快捷键

ctrl + o #保存当前文档(也可用ctrl+s)
esc+u #撤销上次操作
ctrl+u #粘贴
ctrl+g #打开nano帮助文档

系统备份和还原

树莓派官方系统raspberry Pi OS有两个分区boot分区和root分区.

全卡备份

Win32DiskImager

1.在电脑中新建一个文件,后缀名为"*.img"
2.打开文件
3.设备选择root分区
4.读取

树莓派自带SD Card Copier

查看块设备

lsblk
#或者
fdisk -l

终端命令

# if 表示要复制的内容
# of 表示要复制到哪里去
sudo dd if=/dev/mmcblk0 of=dev/sda

#新终端窗口中查看dd命令的进程号
sudo ps -ef | grep dd

#注意pid需要换成查到的进程号
#发送USR1(用户自定义信号),查看copy进度
#结合watch就可以实时刷新
sudo watch -n 3 kill -USR1 pid

或者

sudo dd if=/dev/mmcblk0 of=dev/sda status=progress

备份到文件

压缩备份

df -h

git clone https://github.com/nanhantianyi/rpi-backup.git && cd rpi-backupsudo 

./back.sh 备份镜像名字.img

系统还原

直接使用
全卡备份方式二:树莓派桌面系统自带SD Card Copier
全卡备份方式三:终端命令复制全卡

烧录使用
全卡备份方式一:第三方软件Win32DiskImager
压缩备份: rpi-backup脚本

GPIO

树莓派引脚编码

树莓派的引脚共有三种编码:
1.板载编码
2.BCM编码
3.WiringPi编码

板载编码

板载编码：这种编码方式是按照树莓派主板上引脚排针编号。分别对应1~40号排针。能够直接看见

BCM编码

• 这种方式是参考 Broadcom SOC 的通道编号侧重CPU寄存器。
• 使用 Python 控制树莓派引脚时，使用的是BCM编码。
  

WiringPi编码

• WiringPi编码，把扩展GPIO端口从0开始编码。
• 使用 C语言 控制树莓派引脚时，使用的是WiringPi编码。
  

查看引脚编码

#板载编码
pinout
#查看全部编码
gpio readall

控制GPIO

我们可以直接使用gpio命令操作树莓派GPIO 引脚来控制LED

#设置管脚为输出模式，-g表示是以BCM编码
#如果去掉这个参数表示以wiringPi编码方式
gpio -g mode 4 out

# 读取管脚当前状态
gpio -g read 4 
# 设置管脚为高电平
gpio -g write 4 1
# 设置管脚为低电平
gpio -g write 4 0

GPIO多种控制方式

1 使用GPIO命令

gpio -g write 4 1
gpio -g write 4 0

2 直接通过终端命令进行控制

从内核空间找到引脚直接控制GPIO引脚

步骤1:选定GPIO引脚

cd /sys/class/gpio/
ls
export  gpiochip0  gpiochip504  unexport

#BCM编码
echo 引脚编码 > export
gpio readall
echo 26 > export 
ls
export  gpio26  gpiochip0  gpiochip504  unexport

cd gpio26

步骤2: 使用GPIO开始控制

echo out >direction
echo 1 > value
echo 0 > value

步骤3: 注销GPIO引脚

cd ..
echo 26 > unexport

3 使用 Python 来控制LED灯

使用RPi.GPIO库,编辑文件 led.py

import RPi.GPIO as GPIO 
from time import sleep
GPIO.setmode(GPIO.BCM) # 采用bcm编号方式
GPIO.setup(26,GPIO.OUT)# 指定使用26号端口
for i in range(1,10):
    GPIO.output(26,GPIO.HIGH) 
    sleep(1)
    GPIO.output(26,GPIO.LOW) 
    sleep(1)
GPIO.cleanup()

运行程序

python3 led.py

4 使用C语言控制LED灯

使用 WiringPi.h 库

#include 
#define Pin 25
int main()
{
	if (wiringPiSetup() < 0)
		return 1;
	pinMode(Pin, OUTPUT);
	for (int i = 0; i < 10; i++)
	{
		digitalWrite(Pin, 1);
		delay(200);
		digitalWrite(Pin, 0);
		delay(200);
	}
	return 0;
}

gcc -o led lec.c -lwiringPi
sudo ./led

串口

硬件上分类

树莓派4B包括两个串口:

硬件串口/dev/ttyAMA0

mini串口 /dev/ttyS0

硬件串口,引脚8 TXD,引脚10 RXD

软件上分类

主串口-------->可以通过引脚实现通讯

辅助串口 --------> 不能使用GPIO引脚通信默认被分配给蓝牙端

注意：默认情况下，mini串口是禁用的，无论将它指定为主 UART 还是辅助 UART。

硬件和软件对应关系

串口通信步骤

1. 准备待调试的硬件串口
2. 安装minicom串口助手
3. 电脑安装串口调试工具
4. 使用USB转TTL工具连接电脑和树莓派, 开始通讯

准备待调试的硬件串口

1、使用命令 Is/dev -al 查看串口打开情况

ls /dev -al
#主串口没有打开
serial1 -> ttyAMA0

2、打开 mini URAT

ls /dev -al
lrwxrwxrwx   1 root root           5 Aug  9 00:27 serial0 -> ttyS0
lrwxrwxrwx   1 root root           7 Aug  9 00:27 serial1 -> ttyAMA0

3、将硬件串口设置为主串口

sudo nano /boot/config.txt
dtoverlay=pi3-miniuart-bt
force_turbo=1
#重启树莓派
sudo reboot

ls /dev -al
#硬件串口变成了主串口
lrwxrwxrwx   1 root root           7 Aug  9 00:33 serial0 -> ttyAMA0
lrwxrwxrwx   1 root root           5 Aug  9 00:33 serial1 -> ttyS0

安装minicom串口助手

在树莓派上安装 minicom

sudo apt install minicom

电脑安装串口调试工具

使用USB转TTL工具连接电脑和树莓派, 开始通讯

minicom -D /dev/ttyAMA0 -b 115200

#在PC端串口调试助手发送数据
#在minicom发送数据到PC端串口调试助手

#退出minicom
ctrl+a
z
x
yes

串口登录

串口登录特别重要,可能忘记IP地址和联网方式.使用串口登录可以设置IP地址和联网方式.

配置

#/boot/config.txt
[all]
enable_uart=1
dtoverlay=pi3-miniuart-bt
force_turbo=1
uart_2ndstage=1

串口默认参数

115200,8,1,N

登录log

输入用户名和密码登录到系统

Read start4.elf bytes  2251392 hnd 0x0000167f 
Read fixup4.dat bytes     5399 hnd 0x00000108 
Firmware: 82f3750a65fadae9a38077e3c2e217ad158c8d54 Mar 17 2023 10:50:39
0x00c03112 0x00000000 0x00001fff
MEM GPU: 76 ARM: 948 TOTAL: 1024
Starting start4.elf @ 0xfec00200 partition 0
PCI reset
+

MESS:00:00:04.673007:0: arasan: arasan_emmc_open
MESS:00:00:04.674667:0: arasan: arasan_emmc_set_clock C0: 0x00800000 C1: 0x000e0047 emmc: 200000000 actual: 390625 div: 0x00000100 target: 400000 min: 400000 max: 400000 delay: 5
MESS:00:00:04.794894:0: arasan: arasan_emmc_set_clock C0: 0x00800000 C1: 0x000e0047 emmc: 200000000 actual: 390625 div: 0x00000100 target: 400000 min: 400000 max: 400000 delay: 5
MESS:00:00:04.807765:0: arasan: arasan_emmc_set_clock C0: 0x00800f00 C1: 0x000e0047 emmc: 200000000 actual: 390625 div: 0x00000100 target: 400000 min: 390000 max: 400000 delay: 5
MESS:00:00:04.841659:0: arasan: arasan_emmc_set_clock C0: 0x00800f06 C1: 0x000e0207 emmc: 200000000 actual: 50000000 div: 0x00000002 target: 50000000 min: 0 max: 50000000 delay: 1
MESS:00:00:04.861470:0: brfs: File read: /mfs/sd/config.txt
MESS:00:00:04.864976:0: brfs: File read: 2180 bytes
MESS:00:00:04.890168:0: HDMI0:EDID error reading EDID block 0 attempt 0
MESS:00:00:04.894676:0: HDMI0:EDID giving up on reading EDID block 0
MESS:00:00:04.911424:0: HDMI1:EDID error reading EDID block 0 attempt 0
MESS:00:00:04.915927:0: HDMI1:EDID giving up on reading EDID block 0
MESS:00:00:04.923076:0: brfs: File read: /mfs/sd/config.txt
MESS:00:00:05.687574:0: gpioman: gpioman_get_pin_num: pin DISPLAY_DSI_PORT not defined
MESS:00:00:05.694884:0: *** Restart logging
MESS:00:00:05.696289:0: brfs: File read: 2180 bytes
MESS:00:00:05.706323:0: hdmi: HDMI0:EDID error reading EDID block 0 attempt 0
MESS:00:00:05.711346:0: hdmi: HDMI0:EDID giving up on reading EDID block 0
MESS:00:00:05.721969:0: hdmi: HDMI0:EDID error reading EDID block 0 attempt 0
MESS:00:00:05.726999:0: hdmi: HDMI0:EDID giving up on reading EDID block 0
MESS:00:00:05.732597:0: hdmi: HDMI:hdmi_get_state is deprecated, use hdmi_get_display_state instead
MESS:00:00:05.746386:0: hdmi: HDMI1:EDID error reading EDID block 0 attempt 0
MESS:00:00:05.751416:0: hdmi: HDMI1:EDID giving up on reading EDID block 0
MESS:00:00:05.762037:0: hdmi: HDMI1:EDID error reading EDID block 0 attempt 0
MESS:00:00:05.767057:0: hdmi: HDMI1:EDID giving up on reading EDID block 0
MESS:00:00:05.772656:0: hdmi: HDMI:hdmi_get_state is deprecated, use hdmi_get_display_state instead
MESS:00:00:05.781420:0: HDMI0: hdmi_pixel_encoding: 300000000
MESS:00:00:05.786888:0: HDMI1: hdmi_pixel_encoding: 300000000
MESS:00:00:05.792687:0: kernel=
MESS:00:00:05.800156:0: dtb_file 'bcm2711-rpi-4-b.dtb'
MESS:00:00:05.808788:0: brfs: File read: /mfs/sd/bcm2711-rpi-4-b.dtb
MESS:00:00:05.812036:0: Loaded 'bcm2711-rpi-4-b.dtb' to 0x100 size 0xcd71
MESS:00:00:05.831619:0: brfs: File read: 52593 bytes
MESS:00:00:05.850660:0: brfs: File read: /mfs/sd/overlays/overlay_map.dtb
MESS:00:00:05.928256:0: brfs: File read: 2347 bytes
MESS:00:00:05.932930:0: brfs: File read: /mfs/sd/config.txt
MESS:00:00:05.935871:0: dtparam: audio=on
MESS:00:00:05.943709:0: brfs: File read: 2180 bytes
MESS:00:00:05.969638:0: brfs: File read: /mfs/sd/overlays/vc4-kms-v3d-pi4.dtbo
MESS:00:00:06.034773:0: Loaded overlay 'vc4-kms-v3d'
MESS:00:00:06.185696:0: dtwarn: overlay 'pi3-miniuart-bt' has been renamed 'miniuart-bt'
MESS:00:00:06.191173:0: brfs: File read: 3913 bytes
MESS:00:00:06.210444:0: brfs: File read: /mfs/sd/overlays/miniuart-bt.dtbo
MESS:00:00:06.235223:0: Loaded overlay 'pi3-miniuart-bt'
MESS:00:00:06.292653:0: brfs: File read: 1819 bytes
MESS:00:00:06.296699:0: brfs: File read: /mfs/sd/cmdline.txt
MESS:00:00:06.299831:0: Read command line from file 'cmdline.txt':
MESS:00:00:06.305700:0: 'console=tty1 console=serial0,115200 root=PARTUUID=e413b287-02 rootfstype=ext4 fsck.repair=yes rootwait quiet splash plymouth.ignore-serial-consoles'
MESS:00:00:06.433770:0: brfs: File read: 147 bytes
MESS:00:00:07.161984:0: brfs: File read: /mfs/sd/kernel8.img
MESS:00:00:07.164537:0: Loaded 'kernel8.img' to 0x80000 size 0x7d6bd0
MESS:00:00:08.344064:0: Kernel relocated to 0x200000
MESS:00:00:08.345920:0: Device tree loaded to 0x2eff2c00 (size 0xd3e4)
MESS:00:00:08.353794:0: uart: Set PL011 baud rate to 103448.300000 Hz
MESS:00:00:08.361242:0: uart: Baud rate change done...
MESS:00:00:08.363264:0: uart: Baud rate change done...
MESS:00:00:08.369681:0: gpioman: gpioman_get_pin_num: pin SDCARD_CONTROL_POWER not defined
RealVNC(R) Server 7.5.1 (r50075) ARMv8-A (May 30 2023 13:27:57)
Copyright (C) RealVNC Ltd.
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See https://www.realvnc.com for information on VNC.
For third party acknowledgements see:
https://www.realvnc.com/docs/7/foss.html
OS: Debian GNU/Linux 11, Linux 6.1.21, aarch64

On some distributions (in particular Red Hat), you may get a better experience
by running vncserver-virtual in conjunction with the system Xorg server, rather
than the old version built-in to Xvnc. More desktop environments and
applications will likely be compatible. For more information on this alternative
implementation, please see: https://www.realvnc.com/doclink/kb-546

Running applications in /etc/vnc/xstartup

VNC Server catchphrase: "Observe street private. Polaris Italian magnum."
             signature: ef-88-9e-5e-6a-a7-b1-42

Log file is /home/pi/.vnc/raspberrypi:1.log
New desktop is raspberrypi:1

Debian GNU/Linux 11 raspberrypi ttyAMA0

raspberrypi login: pi
Password: 
Linux raspberrypi 6.1.21-v8+ #1642 SMP PREEMPT Mon Apr  3 17:24:16 BST 2023 aarch64

The programs included with the Debian GNU/Linux system are free software;
the exact distribution terms for each program are described in the
individual files in /usr/share/doc/*/copyright.

Debian GNU/Linux comes with ABSOLUTELY NO WARRANTY, to the extent
permitted by applicable law.
Last login: Wed Aug  9 03:04:44 BST 2023 on ttyAMA0

SSH is enabled and the default password for the 'pi' user has not been changed.
This is a security risk - please login as the 'pi' user and type 'passwd' to set a new password.

pi@raspberrypi:~$