树莓派学习笔记（一）：课程概述与基本配置

什么是嵌入式

嵌入式即嵌入式系统，IEEE （美国电气和电子工程师协会）对其定义是用于控制、监视或者辅助操作机器和设备的装置，是一种专用的计算机系统;
国内普遍认同的嵌入式系统定义是以应用为中心，以计算机技术为基础，软硬件可裁剪,适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗等严格要求的专用计算机系统;
从应用对象上加以定义来说，嵌入式系统是软件和硬件的综合体，还可以涵盖机械等附属装置。
事实上，所有带有数字接口的设备，如手表、微波炉、录像机、汽车，机器人等，都使用嵌入式系统，有些嵌入式系统还包含操作系统

由此可见，在生活中随处可见的许多设备，包括共享交通工具、智能家居、门禁刷卡刷脸设备、甚至超市收银员员手中的扫码枪……都属于嵌入式系统范畴

嵌入式硬件选型

不同类型的嵌入式设备特点不同，适用的场景和能胜任的工作也不同，因此需要根据实际应用场景进行选配。以普通的简单单片机为例，其一般能够处理简单外设的控制与交互，如环境传感器、gps模块、蓝牙和WiFi模块、GSM通信模块、共享单车的电磁锁等，这些外设一般单独供电，单片机只负责与这些外设间进行简单的数据交互。

而当处理的问题变得复杂起来，硬件也就需要升级。比如要利用摄像头模块进行图像识别涉及到大量数学计算，普通的51单片机由于算法慢、清晰度和准确率低而被淘汰，此时可以选择STM32，当需求涉及到利用屏幕实现触摸操作，这种高级的人机交互STM32无法搞定，我们转而选择ARM架构、带操作系统的开发板，比如nanopi、树莓派+Linux，当问题进一步复杂，可能就需要基于安卓，使用高通、华为海思硬件开发……，本课程全部内容就以ARM架构为基础展开。

综上所述，嵌入式硬件选型考虑的因素主要是两方面：

1．可靠性、成本、体积、功耗等的要求
2．功能和需求

树莓派外观和接口简介

如下图所示

树莓派刷机

主体流程：内存卡通过读卡器连接电脑格式化—>将镜像文件写入内存卡—>内存卡插入树莓派，上电开机

至于软件工具，推荐SD Card Formatter+Balen-Etcher Protable进行镜像的烧录

开发板登录与基本配置

上电开机后，有三种方式控制树莓派：

• 第一种是直接利用树莓派的HDMI接口，连接到外置显示器如电视，图形化操作。但这种方式要求有外接显示屏且自动登录为pi用户，体验不到日志输出，此处就不再详细介绍；
• 第二种方式是利用串口通信，将树莓派通过USB-TTL转接线连接至电脑，以命令行的方式在串口登录、执行命令。但是这种方式受限于串口的数量。也就是说一个开发板只能用一个串口，不能多开终端。
• 第三种方式则是通过配置树莓派的网络连接，开启ssh服务，以ssh的方式远程登录开发板，这种方式则更加灵活

串口登录

先来看第二种方式：树莓派的针脚对应功能参照下图，通过TX-RX,RX-TX的方式连接USB-TTL,再将另一头的USB口插入电脑，点开串口通信即可

不过与前面接触的香橙派不同，树莓派的串口通信默认与蓝牙绑定在一起，因此在连接串口，启动树莓派之前我们需要先将两者解绑，才能够通过串口观察到信息，具体步骤：

• 取出树莓派内存卡，依然通过读卡器连接至电脑，进入内存卡的根目录

• 修改文件config.txt，设置dtoverlay选项值为pi3-miniuart-bt，关闭蓝牙，从而解除串口占用

• 修改文件cmdline.txt，全部替换为内容（由于以后应该还要切换登录方式，所以原内容记得备份）：

  dwc_otg.lpm_enable=0 console=tty1 console=serial0,115200 root=/dev/mmcblk0p2 rootfstype=ext4 elevator=deadline fsck.repair=yes rootwait

• 如果是2022年4月以后的镜像，还需要添加一个userconf.txt，存储一个默认账号，内容（参考了2022年4月树莓派系统初始用户名&密码）：

  pi:$6$/4.VdYgDm7RJ0qM1$FwXCeQgDKkqrOU3RIRuDSKpauAbBvP11msq9X58c8Que2l1Dwq3vdJMgiZlQSbEXGaY5esVHGBNbCxKLVNqZW1

• 通过USB-TTL线连接至电脑，通过MobaXterm或SecureCRT打开串口，上电

• 上电后启动过程中会打印一大段日志信息，最后提示登录。默认账户：pi，密码raspberry

网络配置与ssh登录

这种方式有两个前提条件：

• 有网络连接且知道IP地址

  如果是树莓派3系列+官方镜像，很有可能会遇到没有wlan0网卡（有实体但iwconfig检测不到）的情况，此时要么选择加装无线网卡，要么选择有线网络。自带的无线网卡折腾起来实在是太麻烦了

  树莓派使用ifconfig命令，即可看到eth0（有线）或wlan0（无线）的ip地址，确保电脑与树莓派处于同一局域网

• 开启了ssh server：使用service ssh start即可开启

如果不知道树莓派IP地址：

• 如果树莓派是连接的路由器（有的光猫连接无法通过dhcp获取IP地址），则进入路由器后台查看联网设备ip

• 如果没有路由器，也不想通过串口方式连接树莓派：

  使用网线直接和电脑相连，通过有线网卡让树莓派获取IP地址，连接后通过arp -a查看1192.168.137.xx的动态类型地址，

  如果没有找到则运行：for /l %i in(1,1,255) do ping -n 1 -w 60 192.168.137 .%i | find“回复">> pingall.txt重新查看（参考自win10通过网线连接树莓派）

使用MobaXterm连接过后就可以像使用香橙派一样便捷使用了。关于文件传输，也不用再去用FileZila、winscp折腾。

XRDP远程桌面

前面提过可以通过外接显示器体验桌面版的环境。但如果刷的镜像是包含桌面的，手头又刚好没有多余的显示器，就多少有点浪费了。这种情况下可以使用xrdp（一个微软远程桌面协议—RDP的开源实现），据说是最安全的远程桌面协议，原理和ssh类似，在树莓派端作为server开启服务，windows作为client连接。

• 在有网络的条件下，树莓派执行apt install xrdp，该命令会自动安装xrdp及其所需要的所有依赖包

• 在Windows端，打开“远程桌面连接”，输入树莓派的IP地址，在弹出的登录框输入账号密码，即可开始愉快地玩耍

  

其他

• vim。官方镜像自带的vi一般版本比较老，使用起来不太方便，建议sudo apt install vim，并在~/.vimrc写入如下内容，易于使用：

  syntax on
  if has('mouse') 
  	set mouse-=a #允许鼠标右键粘贴
  endif 
  set tabstop=4 #设置tab键长度
  set autoindent #自动对齐
  set shiftwidth=4 #自动缩进长度
  set nu #显示行号

• apt仓库源：

  参考https://blog.csdn.net/zifengzwz/article/details/107922635，注意提前查看好系统发行版本，替换url后的系统名称

• FileZilla，常用于多端文件共享，由于已经使用了MobaxTerm也很方便所以就没尝试。与树莓派建立连接时注意主机地址前面的协议头sftp://192.168.xx.xx，这样可建立较为稳定可靠的连接

• ssh开机自启动：由于树莓派开机默认是不启动ssh的，所以不设置的只能先通过串口登入后启动ssh再通过网络登入。这样太麻烦。

  可以在/etc/rc.loca文件中，exit 0之前插入/etc/init.d/ssh start这样就能开机自启动。