【树莓派烹饪日记】#1 系统安装与环境配置
0 引言
这个系列用于记录入门树莓派期间踩的各种坑及解决办法。
只记录一些我觉得重要的地方，不一定很全面。
目前暂定的一个目标是拿树莓派接管小爱音箱并接入ChatGPT。
今天的计划是将一个新的树莓派主板
- 烧录并启动系统
- 系统配置
- 安装conda环境
需要用到的物料有：
- 树莓派本体（树莓派4B 4GB）
- 一台可以正常使用的电脑（用于烧录）
- 一张不低于16GB的SD卡（作为树莓派的存储设备）
- 一个读卡器（读卡）
碎碎念
语雀只允许每个免费用户最多创建十个知识库，对此大嘴他娘表示
在选好搬到哪个新笔记之前，先回到CSDN好了。
1 烧录树莓派
树莓派的主板上没有实际的硬盘，它的整个系统都是存放在一张SD卡中，通过读卡器读取数据。
这样做的好处除了节约成本，还可以分别烧录不同的系统在多个存储卡里。随插随用，物理隔离。
树莓派的官方烧录软件叫做Raspberry Pi Imager。这是一个免费的软件，可以在Windows，macOS，和Ubuntu等主流操作系统上运行 (甚至树莓派自己的系统里已经自带了，我烧录我自己)。
什么是“烧录”，它和直接往卡里复制文件有什么区别？
"烧录"是一个通常用于描述将操作系统镜像（image）或其他数据写入到SD卡或其他类型的可引导存储设备的过程。在这个过程中，数据会按照特定的方式被写入到设备上，以便设备可以从中引导启动。
烧录与直接复制文件到SD卡有很大的区别。当你直接复制文件时，你只是将单个文件或文件夹从一个位置复制到另一个位置。然而，当你烧录一个镜像文件时，你实际上是在复制整个文件系统以及包含的数据。
例如，当你烧录一个操作系统镜像到SD卡时，你不仅仅是复制操作系统的文件，你还复制了文件系统本身，包括分区表，启动扇区，以及其他用于引导操作系统的重要信息。
这就是为什么你可以将一个烧录好的SD卡插入树莓派（或其他设备），然后设备就可以从这个SD卡引导启动。而且，由于烧录时会自动进行磁盘分区，所以烧录完的SD卡，显示的容量只有250MB左右（系统分区容量）。
简单来说，直接复制文件是在已经存在的文件系统中添加数据，而烧录镜像是创建一个新的文件系统并添加数据。
1.2 开始烧录
树莓派官方烧录的界面，相比Win32DiskImager对小白更加友好了。
“选择操作系统”里已经准备好了适合树莓派使用的多种系统镜像。
1.3 预配置
如果选择官方的操作系统的话，右下角会多出一个齿轮按钮。
点击进去可以设置SSH、WiFi以及账户密码等配置，建议提前设置好，尤其是SSH。
然后选择SD卡，点击“烧录”，很快一张配置好树莓派操作系统的SD卡就烧录完成了。
如何格式化SD卡
如之前说的，树莓派在烧录SD卡的同时会对其进行分区，最后我们能看到的分区就是两百多兆的系统分区。如果希望在烧录后恢复这张卡，直接使用Windows自带的格式化功能，只会将系统分区的部分清空，剩余的空间依然不会显示。
正确的格式化方法是，在“选择操作系统”的界面，列表拉到最下面有一个“擦除”功能。
使用这个功能可以将SD卡彻底恢复到初始状态。
2 配置系统
把烧录好的SD卡插入树莓派的读卡器并启动电源，主板红灯常亮，此时树莓派系统已经启动。
接下来根据我们手上的配件的齐全程度，有不同的配置方法。
2.1 我有树莓派+显示屏+键盘+鼠标
此时可以像windows一样，在任务栏右边连接蓝牙和WiFi。
此外，把鼠标放在WiFi图标上，可以直接看到目前树莓派的IP地址。
接下来在终端输入以下命令配置界面。
sudo raspi-config
此时终端会变成一个类似BIOS配置的界面
如果之前没有在烧录的时候设置wifi或ssh的话，也可以在这里设置。
具体配置哪些项根据自己的需求来就行，如果之前已经在烧录时把WiFi什么的都设置完了，这里可以只设置一下
打开VNC：3 Interface Option -> I3 VNC
其他配置可以按一些现有教程以及官方文档来做。
2.2 我只有一个树莓派
只有树莓派的情况下，可以通过在电脑上SSH的方式来控制树莓派。
如果之前已经在烧录软件配置了SSH和WiFi，我们可以进入路由器的管理页面，在已连接设备栏里查找树莓派的IP。
找到IP之后，使用Putty或XShell等工具通过SSH连接到树莓派
2.3 各种特殊情况下如何连接树莓派
- 我没有路由器：使用网线连接树莓派和电脑，或者电脑开热点让树莓派连接。然后在电脑端的CMD中输入
arp -a，根据自己的网关地址判断树莓派的IP是哪一个。
- 我有路由器，但我连不上WiFi（配置时密码写错）：如果没有在烧录软件里配置WiFi或者WiFi账户密码写错了，此时如果有多余的网线，那就直接将树莓派和路由器用网线连接，然后按照2.2查找IP并SSH进配置界面。
- 我有路由器，但我连不上WiFi，还没有网线，又没有屏幕键鼠：电脑重新插入SD卡，修改配置文件
3 连接VNC
SSH只能使用命令行操作，作为初学者，建议使用VNC直接在桌面上操作系统,
树莓派官方系统自带了 VNC Server，只需要在电脑端下载VNC Viewer，即可通过IP地址连接树莓派
可能会遇到的问题
- 为什么VNC那么卡：未接入显示屏时，树莓派的显卡会进入低功耗状态，可以在/boot/config.txt的最后加入以下指令来强制使用HDMI。
# 强制使用HDMI
hdmi_force_hotplug=1
- 为什么我接入显示屏也很卡：如果接入显示屏也很卡，可以考虑在配置界面的
Performerce Options->P2 GPU Memory中给GPU多分配点显存。 - VNC黑屏（Cannot currently show the desktop）：在配置界面的
Display Options->D5 VNC Resolution里给VNC设置一个默认分辨率。 - 上面的方法没用 / 我买树莓派送的显示屏显示不全：检查显示屏背面，如果是那种1024*600分辨率的七寸屏，这个分辨率不在树莓派支持的默认分辨率中，需要自己手动设置分辨率，在/boot/config.txt的最后加入以下指令：
# 设置让HDMI输出使用适用于显示屏的DMT（Display Monitor Timings）模式
hdmi_group=2
# 启用自定义HDMI模式，这需要与hdmi_cvt参数一起使用。
hdmi_mode=87
# 设置让HDMI输出以DVI模式（没有音频）工作，如果要输出音频就设为2
hdmi_drive=1
# 定义自定义的HDMI模式，必须与hdmi_mode=87一起使用
hdmi_cvt 1024 600 60 6 0 0 0
最后的hdmi_cvt是用于自定义视频模式的命令，后面跟随的一系列参数用于指定自定义模式的具体属性。下面是各参数的含义：
- 1024：定义屏幕的宽度，单位是像素。
- 600：定义屏幕的高度，单位是像素。
- 60：定义屏幕的刷新率，单位是Hz（赫兹）。
- 6：定义屏幕的宽高比，其中1代表4:3，2代表14:9，3代表16:9，4代表5:4，5代表16:10，6代表15:9，7代表21:9，8代表64:27，9代表256:135，10代表自定义宽高比。
- 0：定义是否使用隔行扫描（interlaced），其中0代表不使用，1代表使用。
- 0：定义是否使用margin，其中0代表不使用，1代表使用。margin可以在屏幕边缘留出一些空白，有时候可以解决某些显示器边缘显示不全的问题。
- 0：定义是否使用GTF（Generalized Timing Formula）标准来计算视频时序，其中0代表不使用，1代表使用。
所以hdmi_cvt 1024 600 60 6 0 0 0就是定义了一个1024x600像素，60Hz刷新率，15:9宽高比，非隔行扫描，不使用margin，不使用GTF的自定义视频模式。
4 安装conda环境
安装conda环境（如miniconda） 前需要确认自己的系统架构
uname -a
树莓派系统有两种架构：armv7l和aarch64，安装前需要根据自己架构安装，安装方法和一般的linux没有区别，不过也不推荐在树莓派上使用miniconda，因为：
pip 在树莓派中被显示为“非法指令”
在树莓派中安装miniconda后，可能会遇到一个很恶心的问题：我在base环境中可以好好地使用pip，但切换到虚拟环境时，就出现“非法指令”的提示。
这个问题的根源在于，由于树莓派架构在conda上已经停止维护，无论是从anaconda源还是清华源下载的pip都无法在树莓派上正常运行。
然而，miniforge的默认channel：conda-forge中的pip已经为树莓派做过特别的编译，因此能在树莓派上正常运行。
所以，强烈建议使用miniforge来在树莓派中管理虚拟环境。毕竟已经配置好了clash，无需再依赖国内的源来下载包。这样一来，你就可以一步到位，彻底解决这个问题。
anaconda、miniconda和miniforge的区别可以参考这篇博文。