树莓派基础操作-经验总结

个人购买了一块树莓派4B，目的是搭建一个linux&&python环境，用于在家做一些调试学习；
由于需要做驱动开发调试，需要搭建一个交叉编译链环境，这里我选择下载对应内核版本源码包进行编译，方便调试；
环境1-linux： PC（win10:SSH访问树莓派）+虚拟机（Ubuntu+arm交叉编译链）+ 树莓派（ARM/Linux）；本内容对于linux/shell等操作基础使用不做描述；
环境2-rtthread：（学习rtthread，树莓派也搭建了一个uboot+rtthread）,： PC（win10:串口访问树莓派）+虚拟机（Ubuntu+arm交叉编译链）+ 树莓派4B（uboot/rt-thread系统），为了避免每次都需要烧写rt-thread，借助uboot的TFTP和Ymodem将内核镜像转移到树莓派的内存中，然后启动执行。

一、概念

树莓派—基于ARM的微型电脑主板

树莓派由注册于英国的慈善组织Raspberry Pi 基金会开发，它是一款基于ARM的微型电脑主板，以SD/MicroSD卡为内存硬盘，卡片主板周围有1/2/4个USB接口和一个10/100 以太网接口（A型没有网口），可连接键盘、鼠标和网线，同时拥有视频模拟信号的电视输出接口和HDMI高清视频输出接口，以上部件全部整合在一张仅比信用卡稍大的主板上，具备所有PC的基本功能只需接通电视机和键盘，就能执行如电子表格、文字处理、玩游戏、播放高清视频等诸多功能。

树莓派4B基础硬件参数—4核 A-72/4G DDR4

SOC:Broadcom BCM2711（CPU:主频1.5 GHz，四核，Cortex A-72，64bit）；
GPU:Broadcom VideoCore VI@500MHz;
内存：4G LPDDR4（我购买的4G版本）
外设：蓝牙5.0；USB2.02/USB3.02;micro HDMI*2(4K60hz+1080p60)；802.11AC无限；2.4GHz/5GHz双频Wifi；千兆网口；
供电：5V3A

二、原生树莓派linux 搭建与使用

整体环境：PC（win10:SSH访问树莓派）+虚拟机（Ubuntu+arm交叉编译链）+ 树莓派4B（ARM/Linux系统）

1、树莓派linux使用环境搭建—SSH命令行操作/samba传输文件

1）外壳及配件组装：到手后第一步，先组装外壳/散热风扇/散热片；
2）SD卡烧写镜像：树莓派没有板载FLASH但支持SD卡启动，需要下载相应镜像烧写到SD。
管网地址http://www.raspberrypi.org/downloads，这里我没有烧写官网镜像，选择是购买店家提供的镜像（安装vim、gcc、打开SSH和WIFI设置、打开VNC远程桌面服务，默认用户名称pi，密码yahboom）；烧写工具使用的是Win32 Disk Imager；
3）上电使用配置WIFI网络：插上SD卡后，上电使用，这里我先使用的hdmi显示器，配合一个鼠标 键盘，配置完成WIFI链接。
4）释放外设，远程连接使用：在完成上电网络连接后，可以释放显示器，鼠标，键盘。我通过SSH远程连接树莓派进行操作（烧写镜像已经打开了相关支持，蓝莓派的动态IP我是直接查看路由器IP分配得到），个人SSH工具用的MobaXterm；

5）开启samba服务（用于文件传输） ：
下载：sudo apt-get install samba；配置：sudo vim /etc/samba/smb.conf 添加

[share]
   comment = share
   path = /home/pi/
   read only = no
   create mask = 0777
   directory mask = 0777
   valid users = pi
   public = yes
   browseable = yes
   writable = yes

添加samba用户并激活：sudo smbpasswd -a pi；sudo smbpasswd -e pi;
重启samba服务：sudo service smbd restart
外部访问：在win上 运行：\192.168.0.105，可以看到

2、命令行界面基础操作—linux命令行使用

树莓派基于linux，针对操作学习直接学习以下linux的shell命令行使用即可
可以参考：https://blog.csdn.net/runafterhit/article/details/106594422

3、虚拟机arm交叉编译链环境搭建

1）下载源码（对应linux版本和编译工具）
直接到官网下载git:https://github.com/raspberrypi，需要下载的内容：1、linux:内核源码；2、tools:编译内核和其他源码所需的工具交叉编译器等
（其他常用如firmware:树莓派的交叉编译好的二进制内核、模块、库、bootloader）
如果用git命令下载方式举例：git clone --depth=1 --branch https://github.com/raspberrypi/linux
相对git下载太慢了，而且不支持断点，我选择直接下载ZIP然后在linux上使用7za解压（默认unzip存在文件名称过长解压失败的bug），下载工具使用的Uget，注意选择对应的内核版本，可以通过uname -a查看你的树莓派。

pi@raspberrypi:/$ uname -a
Linux raspberrypi 4.19.50-v7l+ #895 SMP Thu Jun 20 16:03:42 BST 2019 armv7l GNU/Linux

解压完成后，要把选择编译器 并放到默认路径中去，这里我根据描述选择的gcc-linaro-arm-linux-gnueabihf-raspbian-x64。
（举例修改./bashrc文件添加export PATH=$PATH:/home/goodboy/raspeberrypi/tools/tools/arm-bcm2708/gcc-linaro-arm-linux-gnueabihf-raspbian-x64/bin）

2 ）获取内核配置、编译内核
编译内核前需要先获取配置，可以选择从default自己配置，也可以从外部设备获取后导入。我选择从当前设备获取。
备注：如果你的环境没有编译过，可能缺少很多工具，类似如下需要安装：sudo apt install bc bison flex libssl-dev make

// 1 在树莓派操作，导出内核配置
sudo modprobe configs // 在/proc/config.gz生成内核配置
sudo cp /proc/config.gz ./ // 把config.gz 拷贝出来，可以用samba或者自己u盘操作，导出到虚拟机ubuntu
// 2 在ubuntu操作，内核配置导入源码根目录
zcat config.gz >.config //linux内核源码下执行,生成.config文件
// 3 在ubuntu操作，在源码目录执行配置 编译命令，zImage内核镜像，modules是内核模块，dtbs设备树
KERNEL=kernel7l
make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- bcm2711_defconfig
make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- zImage modules dtbs

3）树莓派镜像升级
把树莓派sd卡连接ubuntu，make module_install把 module安装到sd卡的rootfs区中，
把zImage、dtb、overlay相关文件覆盖到sd卡的boot分区（注意zImage要变成kernel7l.img）

sudo env PATH=$PATH make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- INSTALL_MOD_PATH=/media/wy/rootfs modules_install
cp /home/wy/raspeberrypi/linux/linux-rpi-4.19.y/arch/arm/boot/zImage /media/wy/boot/kernel7l.img
cp /home/wy/raspeberrypi/linux/linux-rpi-4.19.y/arch/arm/boot/dts/*.dtb /media/wy/boot/
cp /home/wy/raspeberrypi/linux/linux-rpi-4.19.y/arch/arm/boot/dts/overlays/*.dtb* /media/wy/boot/overlays/
cp /home/wy/raspeberrypi/linux/linux-rpi-4.19.y/arch/arm/boot/dts/overlays/README /media/wy/boot/overlays/

覆盖完毕后，把sd卡插回树莓派，启动后正常。这个时候再此确认内核版本

pi@raspberrypi:~/$  uname -r
4.19.127-v7l // 可见已经更新到我们编译的版本

4、树莓派linux 用例编译执行

用户态小程序demo

前面已经搭建了交叉编译链，下面在此基础执行程序。
main.c内容如下

#include "stido.h"
int main() {
    printf("---hello word!\n");
    return 0;
}

在ubuntu下执行编译命令，并将编译出的test_bin导入到树莓派（我使用的samba传入）

wy@ubuntu:~/raspeberrypi/test_bin$ arm-linux-gnueabihf-gcc main.c -o test_bin

在树莓派执行testbin文件，输出打印，说明已正常执行

pi@raspberrypi:~/ $ ./test_bin
---hello word!

内核驱动模块demo

前面我们已经搭建了内核编译环境。可以在此基础上编译内核模块；
我的test_ko.c代码如下：

#include   
#include   
#include   

static int test_init(void)  
{  
    printk("test ko init----\n");  
    return 0;  
}  

static void test_exit(void)  
{  
    printk("test ko deinit----\n");  
    return;
}

MODULE_LICENSE("Dual BSD/GPL");  
module_init(test_init);  
module_exit(test_exit);

Makefile代码如下：

obj-m := test_ko.o  
mobule-objs := test_ko.o
KDIR := /home/wy/raspeberrypi/linux/linux-rpi-4.19.y  
all:  
	make -C $(KDIR) M=$(PWD) modules ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf-  
clean:  
	rm -f *.ko *.o *.mod.o *.mod.c *.symvers  modul* 

编译后把ko拷贝到树莓派（这里我用的samba，前面已经连接），用insmod进行加载，加载完成后dmesg能看到内核输出的打印（由于我是用SSH连接，串口输出不能直接看到，需要用dmesg查看），至此，内核模块加载成功。

pi@raspberrypi:~/wy $ sudo insmod test_ko.ko
pi@raspberrypi:~/wy $ dmesg
[  399.997700] test ko init----

5、【补充】树莓派串口连接与使用（用于boot调试）

树莓派4b的外设共两个串口，硬件串口（/dev/ttyAMA0，硬件实现 性能高、可靠），mini串口（/dev/ttyS0，无专用时钟源而由CPU时钟提供，波特率受到内核时钟的影响）。serial0（命令端口），serial1（蓝牙），要留意哪个用的硬件串口ttyAMA0。
树莓派4B的引脚如下：

购买的串口线类似：

连线：串口线的VCC不接，GND接14号GND，RXD接8号TXD，TXD接10号RXD，将usb那头插入电脑
配置文件打开串口：打开SD卡中文件config.txt，确认添加 1） enable_uart=1 表示打开串口。2）dtoverlay=disable-bt 关闭蓝牙（gpio冲突）；修改cmd.txt删除以下部分console=serila0,115200 关闭串口登录；
打开串口连接工具：波特率设置115200

三、树莓派RT-Thread环境 搭建与使用

树莓派rtthread主要三种方式：1、替换SD卡镜像内的kernel文件（每次要写SD卡）；2、用uboot+tftp（通过网络方式进行下载，需要有网线插入，宿主机搭建一个tftp的服务器）；3、用uboot+串口ymodem（利用了uboot里面的ymodem的功能，只需要将固件通过串口加载到内存，然后指定内存的运行的起始地址）；
我们选择的第三种：PC（win10:串口访问树莓派）+虚拟机（Ubuntu+arm交叉编译链）+ 树莓派4B（uboot/rt-thread系统），为了避免每次都需要烧写rt-thread，借助uboot的TFTP和Ymodem将内核镜像转移到树莓派的内存中，然后启动执行。

1、树莓派RT-Thread使用环境搭建—串口+Ymodem传输

1）RT-Thread源码下载与编译—详细流程见 官网手册
第一步，下载源码：https://gitee.com/rtthread/rt-thread ，下载的rt-thread-gitee_master分支（看了下这里支持raspi4-64）。
第二步，置编译工具，这里选择的gcc-arm-none-eabi-6_2-2016q4-20161216-linux.tar.bz2（官网手册建议），Linux环境下需要修改编译器目录设置，修改bsp/raspberry-pi/raspi4-32/rtconfig.py中的：

# 修改EXEC_PATH为编译工具bin目录
EXEC_PATH   = r'/opt/gcc-arm-none-eabi-6_2-2016q4/bin'
# 修改PREFIX为编译器对应前缀
PREFIX = 'arm-none-eabi-'

第三步，编译源码，回到bsp/raspberry-pi/raspi4-32目录中，运行以下命令：scons
安装过程依赖（QEMU、Scons、ncurses 库，如果没有安装 参考RT-Thread官方文档指导）

bsp/raspberry-pi/raspi4-32# scons
# 略
CC build/kernel/src/scheduler.o
CC build/kernel/src/thread.o
CC build/kernel/src/timer.o
LINK rtthread.elf
arm-none-eabi-objcopy -O binary rtthread.elf kernel7.img
arm-none-eabi-size rtthread.elf
   text	   data	    bss	    dec	    hex	filename
 588792	   2848	  61136	 652776	  9f5e8	rtthread.elf
scons: done building targets.

参考

树莓派源码 git:https://github.com/raspberrypi
树莓派官网：https://www.raspberrypi.org/
wiki：https://wiki.gentoo.org/wiki/Raspberry_Pi
高效搭建树莓派3b rt-thread的开发环境：https://cloud.tencent.com/developer/article/1599601
树莓派串口详解：https://blog.csdn.net/bat2fly/article/details/106443561
树莓派4b串口通信配置：https://blog.csdn.net/naruhina/article/details/105300566