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开始使用树莓派

发布日期
作者Cadence PCB解决方案

开始使用树莓派

树莓派是世界上最流行的单板计算机(SBC)平台之一。它不仅是工业中流行的平台，也是一种低成本、高功能的计算机，有时出现在商业和工业环境中。它仍然是最成功的sbc之一，有几个论坛和同行支持资源可以帮助设计师。

在早期阶段，覆盆子π它主要用于业余爱好项目，但它的作用已经扩展到一系列活动，例如在定制PCB上开发新系统之前的原型和开发。在这篇文章中，我们将看看开始使用树莓派所需的一些基本步骤。我们将带用户在树莓派上安装和部署第一个应用程序，并讨论这个平台的一些主要优势。

启动和配置树莓派

树莓派是一台SBC，所以它需要像其他计算机一样进行设置和配置。请注意，还有一个树莓派微控制器，但我们不会在本文中讨论这个板，而是将重点放在标准树莓派部署所需的主要步骤上。

必需的设备

首先，我们有一份所需设备的简短清单:

  • 树莓派板
  • 键盘和鼠标
  • 1张micro - SD卡(最小8gb)
  • USB电源适配器+微型USB电缆
  • 显示器和电缆
  • 以太网电缆(如果没有WiFi)

简单地连接树莓派，就像你连接任何其他电脑一样。树莓派也需要一些电源，尽管这可以通过板侧面的微型USB端口提供。可能还涉及到其他硬件(例如相机模块)，这取决于您的特定应用程序。

注意到监视器的连接取决于你所使用的树莓派型号。一些板子(树莓派4 B和派400)有微型HDMI输出端口，因此它们需要微型HDMI转HDMI电缆或适配器来连接到标准显示器。其他型号，如树莓派3B有一个标准的HDMI端口，不需要适配器。

PCB焊锡球

老款树莓派3带有HDMI接口。

嵌入式操作系统安装

安装嵌入式操作系统时，需要先用操作系统镜像格式化SD卡，再启动树莓派。

树莓派兼容多种操作系统，包括Raspbian、Ubuntu等。您还可以使用Yocto构建自己的Linux发行版。Raspbian是树莓派的官方操作系统，对于新手来说是一个很好的选择。microSD卡用于存储操作系统和任何用户文件。卡的大小取决于所使用的树莓派型号，不过推荐的最小存储空间为8gb。

在树莓派上安装操作系统有两种方式:

  • 官方的树莓派成像仪，可以从GitHub
  • 蚀刻器应用程序，由Balena Inc.生产，可从该公司的开云体育官方登录GitHub

Raspberry Pi Imager将写入官方操作系统到SD卡，而Etcher用于写入自定义映像。用于Raspbian操作系统的镜像可以从官方下载树莓派官网．

树莓派配置

通过树莓派Imager可用的OS映像的简短列表。

配置

在配置操作系统时，您应该选择一些重要的设置，这些设置将允许设备获得互联网访问，通过本地网络连接到另一个设备，并保持基本的安全性。建议:

  1. 为你的电路板创建一个主机名
  2. 设置用户名和密码
  3. 设置无线局域网设置(选择WiFI网络SSID和密码)
  4. 启用SSH连接
  5. 创建SSH登录

最后一点非常重要，因为它允许对嵌入式设备进行远程管理，包括对嵌入式设备存储中的数据进行文件访问。然后，您将需要一个包含SSH隧道的终端，以便访问部署的单板。PuTTY可能是SSH操作最流行的终端应用程序。但是，WinSCP非常有用，因为它提供了一个图形化的UI，用于与已部署的树莓派交互。

配置完成后，将操作系统写入SD卡。一旦写入过程完成，你就可以将卡插入树莓派并为板上电。

部署

一旦设备上电，您现在有一个小的形状因子SBC，您可以像任何其他计算机一样配置。在Pi启动并运行后，可以直接访问它，或者您可以打开到Pi的SSH隧道并开始设备上的配置。

配置实用程序可以从终端使用命令访问:

$ sudo raspi-config

从这里，您可以更改一系列功能，例如网络设置、启动选项(到桌面或命令行)和时区。您也可以从这个菜单中启用相机外围设备。最后，您将需要使用raspi-config启用以下接口:

  • SPI
  • I2C
  • 串行I / O
  • 单线
  • GPIOs

raspi-config

树莓派配置实用程序。

树莓派使用的编程语言

树莓派操作系统建立在Linux上。Python是为树莓派编写应用程序和脚本最常用的语言，不过用户也可以使用c++、Java等编程语言。

直接在树莓派上编程

如果你想在树莓派上写代码，那么在树莓派上安装一个文本编辑器将会简化你的编程之旅。文本编辑器是一款允许你编写和编辑代码的软件，树莓派上有很多文本编辑器，比如Sublime text、Atom等。可以使用以下命令安装文本编辑器:

$ sudo apt-get install

将替换为要安装的编辑器的名称。

访问Python

Python可以说是在树莓派上编写嵌入式应用程序的首选语言。此外，Python是与Raspbian一起预安装的，你可以立即开始使用它。

首先，使用以下命令在您的系统上安装Python:

$ python——version

如果没有安装Python，该命令将返回“Python was not found”错误。请注意，即使存在Python，也可能没有链接到“Python”命令的环境变量。因此，您还应该尝试此命令来检查Python版本3。x安装:

$ python3——version

在某些情况下，两者都会出现，在这种情况下，您可能有Python 2.7和Python 3。X安装在相同的发行版中。你可以使用任意一个版本的Python在树莓派上构建嵌入式应用程序，但建议迁移到Python 3.4或更高版本，因为公共库的新版本只支持Python 3语法。

在这两种情况下，如果没有安装Python，可以在终端上使用以下命令安装Python:

$ sudo apt-get update

安装python3.x

注意，您将需要替换“3”。X”和所需的版本号。

如何安装Python库

接下来，可以使用PIP install ，这是库的首选安装程序(将“”替换为您想要下载和安装的包)。如果您特别使用Python 3，则可能需要使用pip3而不是皮普安装包。

最后，还需要一些内置库和框架的知识，以成功地编程树莓派板使用PCB内置的功能。树莓派有一个叫做RPi的库。用于控制树莓派的GPIO引脚。这是构建可以从外部设备接收信号的应用程序所需的主要库。确保在访问GPIO引脚时安装这个库并将其包含在嵌入式Python项目中。

在树莓派上扩展

一旦配置好了树莓派，并且编写了第一个嵌入式应用程序，那么如何将板子与生产环境中的其他系统连接起来呢?最简单的方法是通过网络连接，但这忽略了树莓派的一些核心功能:将数字接口暴露在PCB上。

为了访问外部组件或系统，设计团队可以通过两种方式在树莓派上构建:

  • 添加屏蔽板(有时称为“帽子”板)
  • 将树莓派安装在底板上

基板方法已经变得如此流行，以至于系统的最新版本树莓派4采用了计算模块的形式。该系统可以安装在底板上，它为设计人员提供了一种构建新的生产级系统的模块化方法。帽子也很受欢迎，因为它们可以通过树莓派的标准钉头互换。任何一种方法都可以用于生产在经过验证的计算平台上运行的新的生产级产品。

当你准备开始设计在PCB中使用树莓派的硬件时，请使用中的CAD工具OrCAD从节奏．OrCAD是业界最好的PCB设计和分析软件与实用工具，包括原理图捕捉，PCB布局和路由，和制造。OrCAD用户可以访问一套完整的原理图捕获功能、PSpice中的混合信号模拟以及强大的CAD功能等等。

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