智能終端應用開發(fā)基礎(chǔ) 課件 第1章 樹莓派簡介

第1章

樹莓派簡介Contents01.樹莓派02.樹莓派拓展板04.操作系統(tǒng)初始化03.操作系統(tǒng)的選擇與安裝01樹莓派樹莓派（RaspberryPi），一般可簡寫為RPi、RasPi或RPI，是為學習計算機編程教育而設(shè)計的，圖標如圖1-1所示。它是只有信用卡大小的卡片式電腦，其系統(tǒng)基于Linux。隨著Windows10IoT的發(fā)布，我們也可以在樹莓派上面運行Windows系統(tǒng)。別看其外表“嬌小”，內(nèi)“心”卻很強大，擁有視頻、音頻等功能，可謂是“麻雀雖小，五臟俱全”。自樹莓派問世以來，受眾多計算機發(fā)燒友和創(chuàng)客的追捧，曾經(jīng)一“派”難求。它和現(xiàn)在的平板電腦不一樣的是，樹莓派的底層是一個完整的Linux操作系統(tǒng)，而不是像Android的底層是一個精簡過的Linux嵌入式版本。樹莓派的簡介樹莓派是一款基于ARM的微型電腦主板，以SD/MicroSD卡為內(nèi)存硬盤，卡片主板周圍有1/2/4個通用串行總線（UniversalSerialBus，USB）接口和一個10/100以太網(wǎng)接口（A型沒有網(wǎng)口），可連接鍵盤、鼠標和網(wǎng)線，同時擁有視頻模擬信號的電視輸出接口和高清多媒體接口（HighDefinitionMultimediaInterface，HDMI）高清視頻輸出接口，以上部件全部整合在一張僅比信用卡稍大的主板上，具備所有個人計算機（PersonalComputer，PC）的基本功能只需接通電視機、鍵盤等，就能執(zhí)行如電子表格、文字處理、玩游戲、播放高清視頻等諸多功能。RaspberryPiB款只提供電腦板，無內(nèi)存、電源、鍵盤、機箱或連線。樹莓派的簡介樹莓派是由注冊于英國的慈善組織“RaspberryPi基金會”開發(fā)，埃本·厄普頓（EbenUpton）為項目帶頭人。2012年3月，英國劍橋大學的厄普頓正式發(fā)售世界上最小的臺式機，又稱卡片式電腦，外形只有信用卡大小，卻具有電腦的所有基本功能，這就是RaspberryPi電腦板，中文譯名“樹莓派”。RaspberryPi基金會以提升學校計算機科學及相關(guān)學科的教育，讓計算機變得有趣為宗旨。RaspberryPi基金會期望這一款電腦無論是在發(fā)展中國家還是在發(fā)達國家，會有更多的其他應用被不斷的開發(fā)出來，并應用到更多領(lǐng)域。在2006年樹莓派早期概念是基于Atmel的ATmega644單片機，首批上市的10000臺樹莓派的板子是由中國臺灣和大陸廠家所制造。目前，僅有三家公司通過樹莓派的生產(chǎn)許可，它們分別是Element14/PremierFarnell、RSComponents及Egoman。這三家公司都在網(wǎng)上出售樹莓派。在國內(nèi)也可以通過國內(nèi)購物網(wǎng)站購買到自己所想要的樹莓派。而且樹莓派基金會還提供了基于ARM的Debian和ArchLinux的發(fā)行版供大眾下載。還計劃提供支持Python作為主要編程語言，支持Java、BASIC（BeginnersAll-PurposeSymbolicInstructionCode）、C和Perl（PracticalExtractionandReportLanguage）等編程語言。樹莓派的家族樹莓派到如今已經(jīng)發(fā)布到第4代，性能也是越來越優(yōu)，每一代都分為A、B型（2019年發(fā)布的4代暫時還沒有A型），也有比較特殊的型號比如去掉大部分接口很小巧的樹莓派Zero、去掉所有接口的樹莓派計算型（ComputeModule，CM）、B型的增強型B+等。其中B型是最常用的，而A、B型區(qū)別也只在于尺寸和接口不同，SoC（SystemonChip）基本都是一致的。如圖所示，中主(大)芯片為Broadcom的BCM2711BO，最高主頻1.5GHz，4個CortexA72內(nèi)核，支持64位。小芯片為MXL7704-P4芯片，控制以太網(wǎng)和USB3.0。樹莓派4B主板正面圖樹莓派的家族最初，樹莓派的研發(fā)初衷是為了制作一部BBCMicro的現(xiàn)代版本。BBCMicro是于1981年上市的微計算機，它啟發(fā)了一代英國兒童投身到計算機科學事業(yè)當中。其實樹莓派A型和B型的命名法則也是參考了英國教育性質(zhì)的BBCMicro電腦。但是2012年2月29日正式發(fā)布的樹莓派和BBCMicro看起來并不相像。在那個USB鍵盤/鼠標相對普及的年代，它可能并不需要任何內(nèi)置外設(shè)。而最早的ModelB機型就是一部未封裝的單板計算機。以下是樹莓派發(fā)展歷史。2012年2月樹莓派B（RaspberryPiModelB）版本；2013年2月紅色中國版樹莓派B版本；2013年3月樹莓派A（RaspberryPiModelA）版本；2014年7月樹莓派B＋（RaspberryPiModelB＋）版本；2014年11月樹莓派A＋（RaspberryPiModelA＋）版本；2015年2月樹莓派2B（RaspberryPi2ModelB）版本；2015年11月樹莓派Zero（RaspberryPiZero）版本；2016年2月樹莓派3B（RaspberryPi3ModelB）版本；樹莓派的家族2017年11月樹莓派ZeroW（RaspberryPiZeroW）版本；2018年3月樹莓派3B＋RaspberryPi3ModelB+）版本；2018年11月樹莓派3A＋（RaspberryPi3ModelA+）版本；2019年6月樹莓派4B版本。第一代的樹莓派包括A、A＋、B、B＋等多個版本，國內(nèi)常見的是B版本。樹莓派首先發(fā)行的是B版本，A版本是B版本的簡化版。1-樹莓派B版本樹莓派B版本型內(nèi)置512MB內(nèi)存（在2012年10月15日前發(fā)售的B版本內(nèi)存為256MB），提供兩個USB端口和100M有線網(wǎng)接口。樹莓派B版本的具體構(gòu)造如圖1-3所示，具體配置如下。CPU采用博通（Broadcom）BCM2835ARM1176JZF-S核心（ARM11），工作頻率為700MHz。內(nèi)存大小為512Mb。具有雙核多媒體協(xié)處理器（采用VideoCoreIV技術(shù)）。樹莓派的家族提供的接口包括1個SD/MMC/SDIO接口、1個0/100以太網(wǎng)接口、2個USBhost接口、1個3.5mm音頻插孔，1個HDMI視頻接口、1個RCA視頻接口，1個26pin擴展口（支持SPI.I2C、UART）。樹莓派B版本樹莓派的家族2013年2月國內(nèi)廠商深圳韻動電子取得了該產(chǎn)品在國內(nèi)的生產(chǎn)及銷售權(quán)限，為了便于區(qū)分市場，樹莓派基金會規(guī)定韻動電子在中國大陸銷售的樹莓派一律采用紅色的印制電路板（PrintedCircuitBoard，PCB），并去掉美國聯(lián)邦通信委員會（FederalCommunicationsCommission，F(xiàn)CC）及CE（ConformiteEuropeenne）標示，從此，紅板樹莓派便來到了國內(nèi)廣大的樹莓派愛好者身邊。紅板樹莓派的具體構(gòu)造如圖1-4所示。2-樹莓派A版樹莓派A版本基本上可以認為是樹莓派B版本的廉價版本，沒有網(wǎng)絡(luò)接口，內(nèi)存容量也進一步縮小。樹莓派A版本（未發(fā)售）內(nèi)置256MB內(nèi)存，帶一個USB端口，不帶有線網(wǎng)接口。中國韻動電子生產(chǎn)的紅版樹莓派樹莓派的家族3-樹莓派B+版本樹莓派B+版本依然采用BroadcomBCM2835處理器以及和上一代樹莓派相同的系統(tǒng)軟件，具體構(gòu)造如圖1-5所示。樹莓派B+版本的內(nèi)存依然是512MB，但是在以下幾處關(guān)鍵部件做了改進。提供多達40針的GPIO針腳，老版本是26針。提供了4個USB接口，比老版本多2個，并且對熱插拔和過流保護做了改良。用MicroSD儲存卡插口替換了老的SD插口。更低的功耗，功耗降低了0.5～1W。音頻優(yōu)化，音頻電路采用了專用的低噪音電源。更簡潔的外形，B+版本將USB接口和電路板邊沿對齊了、移除AV接口，并在主板上做了4個固定孔，方便固定。樹莓派的家族從配置看樹莓派B+版本使用了和樹莓派B版本相同的BroadcomBCM2835芯片和512MB內(nèi)存，但和前代產(chǎn)品相比較，B+版本的功耗更低，接口也更豐富。B+版本將通用輸入輸出引腳增加到了40個，USB接口也從B版本的2個增加到4個，除此之外，B+版本的功耗降到了0.5~1W，舊款的SD卡插槽被換成了更美觀的推入式microSD卡槽，音頻部分則采用了低噪供電。從外形上來看，USB接口被移到了主板的一邊，復合視頻移到了3.5mm音頻口的位置，此外還增加了4個獨立的安裝孔。4-樹莓派A+版本樹莓派A+版本是樹莓派的低規(guī)格和成本的版本。這個版本只有一個USB端口，功耗較低，沒有以太網(wǎng)端口，內(nèi)存為512MB（老版本的內(nèi)存為256MB）。該款型號支持同樹莓派B版一樣的MicroSD卡讀卡器和40-pin的GPIO（GeneralPurposeInput/OutputPort）連接端口，其他的功能包括BroadcomBCM2385ARM11處理器、512/256MB的內(nèi)存和HDMI輸出端口,更小的主板尺寸和完全兼容HAT、4通道立體聲輸出和復合視頻端口等。樹莓派A+版本的具體構(gòu)造如圖所示。樹莓派B+版本樹莓派的家族樹莓派2B版本采用BroadcomBCM2836900MHz的四核SoC，1GB內(nèi)存，是新一代開拓者，兼容樹莓派B+版本。但相比之下，樹莓派22B版的性能提升6倍，內(nèi)存翻了一番。樹莓派2B版不僅能跑全系列ARMGNU/Linux發(fā)行版，而且支持SnappyUbuntuCore及Windows10。樹莓派2B版本和樹莓派B+版本曾是最受歡迎的版本之一，不過現(xiàn)在已經(jīng)被更強大的樹莓派3B版本和樹莓派4B版本所取代。樹莓派A+版本樹莓派的家族2015年11月，樹莓派基金會發(fā)布了一款新的代號為樹莓派Zero的版本，這是樹莓派基金會推出的超小型超低價卡片式電腦主板。樹莓派Zero版本是目前所有樹莓派中最小、最便宜的一款。現(xiàn)在最新版是V1.3，相對于最初的版本多了一個CSI（CameraSerialInterface）攝像頭接口。樹莓派Zero版本采用的是ARM11內(nèi)核的BCM2835處理器，經(jīng)濟適用，眾多樹莓派愛好者愛不釋手。樹莓派Zero版本總共有3個版本RaspberryPiZero、RaspberryPiW、RaspberryPiZeroWH。樹莓派Zero版本系列是針對于要求極致體積并且對性能要求不高的場景。比如無人機、探空氣球之類的，又或者是單純的對于計算能力要求不高的的場景，比如3D打印機、自動化農(nóng)場、掌機之類的玩法。樹莓派ZeroW版樹莓派的家族2018年1月，樹莓派基金會發(fā)布了一款新的代號為樹莓派ZeroWH（RaspberryPiZeroWH）的版本，相當于配備了已經(jīng)焊接的GPIO口（預先焊好了40針的排針）的ZeroW，其具體構(gòu)造如圖1-10所示。圖1-10樹莓派ZeroWH版7-樹莓派3B版本2016年2月，樹莓派基金會宣布樹莓派3B版本發(fā)布，這個版本提供了一些額外的功能，讓樹莓派的使用變得更加簡單。樹莓派3B版本的具體構(gòu)造如圖所示，具體配置如下。樹莓派樹莓派3B版本采用的64位處理器是基于Cortex-A53的BroadcomBCM2837。BCM2837為四核處理器，主頻也由樹莓派2B版本的900MHz提高到了1.2GHz。根據(jù)官方提供的數(shù)據(jù)，這將使樹莓3B版本的處理速度較2B版本提高50%。如果和B版本的700MHz單核相比，提升大約在3~4倍。更高的CPU速度使得樹莓派可以勝任更大負荷的運算工作：如科學計算，機器人路徑規(guī)劃等。樹莓派3B版本的具體構(gòu)造樹莓派的家族內(nèi)置Wi-Fi，兼容2.4GHz、802.11b/g/n（無線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，在這里指的是802.11b、802.11g、802.11n），支持藍牙4.1規(guī)范提供的接口包括4個USB2.0端口、10/100以太網(wǎng)接口、HDMI端口、microSD（MicroSDCard）插槽以及GPIO插槽等。視頻和3D性能進步明顯，提供3.5mm音頻口和視頻輸出、CSI和DSI（(DisplaySerialInterface，DSI）攝像機和顯示連接器。樹莓派3B版本使用了集成藍牙4.0和Wi-Fi的設(shè)計。集成通信的設(shè)計的意義是多方面的。首先，使用者無須再購買額外的USB設(shè)備，從一定程度上來說，鼓勵了用戶在自己的設(shè)計中使用這些通信功能；其次，集成的通信模塊可以進行更好的功耗管理，同時I/O吞吐的性能也會得到提高；最后，可以更進一步的優(yōu)化內(nèi)核，只針對板載的芯片專門進行優(yōu)化。避免可能出現(xiàn)的兼容性或者未優(yōu)化的驅(qū)動導致通信性能下降問題。樹莓派ZeroW版樹莓派的家族8-樹莓派3B＋版本2018年3月，樹莓派基金會宣布樹莓派3B＋版本發(fā)布。樹莓派3B+版本是在樹莓派3B版本的基礎(chǔ)上進行了強力的升級，具體如下。處理器采用了BroadcomBCM2837B0，是樹莓派3B版本處理器的升級版本，更新的版本進行了性能和散熱器優(yōu)化，擁有更好時鐘頻率和更精準的芯片溫度.雙頻無線網(wǎng)卡和藍牙采用CypressCYW43455單芯片combo解決方案，使其在2.4GHz和5GHz的頻帶會有更加優(yōu)異的表現(xiàn)，除了峰值CPU時鐘頻率提高200MHz外，有線和無線網(wǎng)絡(luò)吞吐量大約是樹莓派3B版本的三倍，并且能夠在更長的時間內(nèi)保持高性能。樹莓派3B＋版本的具體構(gòu)造如圖所示。樹莓派3B+版樹莓派的家族9-樹莓派3A＋版本2018年11月，樹莓派基金會宣布樹莓派3A＋版本發(fā)布。新版本的芯片組與樹莓派3B＋版本保持相同，但是RAM縮減到512MB，USB口縮減至1個，取消以太網(wǎng)接口。樹莓派3A＋版本的尺寸同樣采用了標準的樹莓派A＋尺寸，繼承了樹莓派3B版本的64位四核1.4GHz處理器、雙頻2.4GHz和5GHzWi-Fi網(wǎng)絡(luò)、藍牙4.2/BLE以及經(jīng)過改進的散熱管理。其具體構(gòu)造如圖所示。樹莓派3A+版本樹莓派的家族10-樹莓派4B版本2019年6月，樹莓派基金會宣布樹莓派4B版本發(fā)布。與樹莓派34B版本相比，樹莓派44B版本在板型方面沒有變化，部分接口有所改動。如果之前未接觸過樹莓派3B版本，可能第一時間無法區(qū)別二者，它還增加了許多新的功能，相對于樹莓派3B版本屬于革命性的改進，主要改進如下所述。在處理器上進行了全方位的升級，從64位A53升級到64位A72，主頻從1.2GHz升級到1.5GHz。GPU核心未做改變，但是主頻從400MHz（MHz：國際單位制中頻率的單位，兆赫茲）提升到500MHz。Wi-Fi升級為5.0，且支持BLE，使對智能產(chǎn)品的開發(fā)更加方便。供電電路升級到5，增加了擴展更多模塊的可能性。樹莓派4B版本的具體構(gòu)造如圖所示。樹莓派4B版本樹莓派的家族11-其他版本2014年樹莓派基金會推出第一代計算模塊（ComputeModule1，CM1），推出的計算模塊主要目的是工業(yè)用途，2017年推出全新一代計算模塊（ComputeModule3，CM3），與樹莓派3采用的是同款處理器。雖然這是第二代計算模塊，但是它卻被命名為ComputeModule3，主要是為了跟最新一代的樹莓派相匹配。在CM3中能夠運行WindowsIoT，并支持Linux。樹莓派的家族樹莓派官方在公告中寫道：“新款模塊能夠駕馭處理器引腳、高速內(nèi)存接口、核心電源供應等復雜場景應用，而且能通過簡單的負載主板來提供消費者所需要的外部接口和尺寸形態(tài)。”樹莓派CM3版本的全新升級包括1GBRAM及1.2GHz的BroadcomBCM2837處理器。CM3版本的CPU性能提高了10倍，具體構(gòu)造如圖1-15所示。相比前一代，CM3版本還有更靈活的存儲選項，CM1版本只有固定的4GBeMMC（EmbeddedMultimediaCard）閃存，而最新一代的CM3則有兩個版本可供選擇：標準版搭載的仍然是4GBeMMC閃存；而Lite版（具體構(gòu)造見如圖1-16所示）的4GBeMMC閃存則被SD擴展接口所替代。2020年10月樹莓派基金會發(fā)布了樹莓派第四代計算模塊（RaspberryPiComputeModule4）。樹莓派CM4（Lite）版本樹莓派CM3版本樹莓派的家族02樹莓派拓展板樹莓派擴展板（HardwareAttachedonTop，HAT）是為了支持各類外圍模塊的接入，豐富樹莓派主板功能的外擴版。擴展板由第三方提供。這里主要介紹用于音頻處理的HiFiDAC擴展板和樹莓派瑞士軍刀（SAKSforRPi）多功能擴展板。樹莓派主板的集成電路內(nèi)置音頻總線（Inter-ICSound，IIS）音頻接口存在一個主要的問題，來自CPU的時鐘只能完美地輸出一個頻率的時鐘，導致音頻文件在44kHz以及更高頻率的情況下采樣時，IIS會發(fā)生非常劇烈的抖動。在連接HiFiDAC擴展板之后，就進入IIS的主模式，不讓樹莓派在IIS上輸出時鐘，而是利HiFiDAC擴展板的輸出時鐘，樹莓派僅發(fā)送待播放的音頻文件。因為這個時候同時使用兩個時鐘，所以解決了抖動問題。HiFiDAC擴展板的具體構(gòu)造如圖所示。HiFiDAC擴展板HiFiDAC擴展板HiFiDAC擴展板設(shè)計比較獨特。3個頻道的電源被分離并且過濾：第一個用于數(shù)字端；第二個用于模擬端；最后一個用于時鐘本身。此外，HiFiDAC擴展板使用了兩個抖動非常低的振蕩器作為時鐘單元。使用擴展板上的PCM5122音頻解碼芯E片代替樹莓派主板的芯片作為，IIS的主時鐘（masterclock），再加上雙低抖動的振蕩器以支更準確的采樣頻率時鐘，可以使用戶得到一個高級的音樂播放器。HiFiDAC擴展板完美適配樹莓派，并且支持Volumio、MoodeAudio和OSMC等功能強大的播放軟件，能快速搭建樹莓配HiFi系統(tǒng)。它能兼容樹莓派A+、B+、2B、3B、3B+、4B、樹莓派Zero、ZeroW等版本，以及后續(xù)對該標準兼容的樹莓派系列硬件，為了確保可用性，建議在帶有無線網(wǎng)卡的樹莓派上使用。HiFiDAC擴展板HiFiDAC擴展板樹莓派瑞士軍刀擴展板是由一系列常用電器元件精心構(gòu)建而成的多功能擴展板，適用于40針GPIO口的樹莓派系列產(chǎn)品。可以基于樹莓派主機和本產(chǎn)品看發(fā)出豐富的軟件，軟硬件結(jié)合，研發(fā)出功能豐富的應用。樹莓派瑞士軍刀擴展板由NEXZ公司設(shè)計，具體構(gòu)造如圖1-19所示。在尺寸上與樹莓派A+、B+、2B、3B、3B+、4B等版本兼容由常用功能器件的高度合理集成，整合了較多的功能單元配備了專用傳感器接口和功能擴展接口集成時鐘模塊可防止由于樹莓派掉電而導致的時間重置擁有專用芯片驅(qū)動數(shù)碼管（TM1637）、LED（74HC585），從而效率、效果兼?zhèn)洹Ｔ谑褂脭U展板之前，需要先了解樹莓派GPIO方面的基礎(chǔ)知識，該部分將在后面的章節(jié)中說明。在樹莓派瑞士軍刀擴展版上，LED、數(shù)碼管和蜂鳴器等器件均為低電平觸發(fā)。表1-1中說明了該擴展板詳細的GPIO排布。樹莓派瑞士軍刀擴展板在工業(yè)應用中通常使用RS485作為通信標準，而樹莓派并沒有對這一標準進行實現(xiàn)，當樹莓派用于工業(yè)中時就需要搭載對應的擴展板。如圖1-21所示，是由Waveshare公司設(shè)計的樹莓派RS485CAN擴展板，該擴展板具備控制器局域網(wǎng)總線（ControllerAreaNetwork，CAN），使用串行外設(shè)接口（SerialPeripheralInterface，SPI）CAN控制器MCP2515，搭配收發(fā)器SN65HVD230；具備RS485功能，使用異步收發(fā)傳輸器（UniversalAsynchronousReceiver/Transmitter，UART）控制，支持自動切換收發(fā)狀態(tài)無須程序控制，收發(fā)器為SP3485；板載瞬態(tài)電壓抑制管（TransientVoltageSuppressor，TVS），RS485通信可有效抑制電路中的浪涌電壓和瞬態(tài)尖峰電壓且防雷防靜電。樹莓派RS485CAN擴展板樹莓派ArduinoOLED擴展板其他擴展板03操作系統(tǒng)的選擇與安裝RaspberryPiOS是樹莓派官方的操作系統(tǒng)，RaspberryPiOS是基于Debian操作系統(tǒng)的，它是專門為ARM卡片式計算機樹莓派定制的版本。有很多的人使用Debian操作系統(tǒng)，它符合POSIX標準，文件系統(tǒng)規(guī)范，而且在國內(nèi)的更新源很多，軟件資料豐富，系統(tǒng)安全穩(wěn)定。而且RaspberryPiOS它集成了很多工具，用于教育、編程以及其他廣泛的用途。具體來說，它包含了Python、Scratch、SonicPi、Java和其他一些重要的包。所以當我們安裝RaspberryPiOS后可能就不需要特意安裝基本工具了，因為我們會發(fā)現(xiàn)大部分工具已經(jīng)被提前安裝好了。RaspberryPiOS目前也是在被積極地維護著的，它也是當前最流行的樹莓派操作系統(tǒng)之一，因為其他的第三方樹莓派操作系統(tǒng)(OS)各有各的側(cè)重方面，甚至可以把RaspberryPiOS認為是當前比較平衡的版本，并且在后續(xù)系統(tǒng)燒錄中所用到的系統(tǒng)也是RaspberryPiOS，建議把RaspberryPiOS當作為入門所選用的操作系統(tǒng)，等RaspberryPiOS使用熟練了，需要其他方面支持的時候再換其他的版本。RaspberryPiOSNOOBS是樹莓派官方發(fā)布的工具，是一種新穎的設(shè)置程序，如圖所示。它可以多系統(tǒng)引導（包含RaspberryPiOS、Arch、OpenELEC、RaspBMC…），是一個非常好用的多系統(tǒng)引導管理器。它的出現(xiàn)讓第一次接觸樹莓派和Linux的玩家能更輕松地運行樹莓派。通過NOOBS，可以拋開各種復雜的網(wǎng)絡(luò)和鏡像安裝軟件，它本身含有操作系統(tǒng)的全部文件，可以完全不依賴網(wǎng)絡(luò)直接安裝系統(tǒng)，只要記得安裝完成后更新系統(tǒng)就行（注意：NOOBSLite'中不含操作系統(tǒng)文件，純粹是個引導器，需要聯(lián)網(wǎng)下載）。甚至還可以拋開電腦就能安裝上我們所想要安裝的系統(tǒng)，在這里只需要準備一張復制NOOBS文件、容量大于4GB的SD卡就可以實現(xiàn)，推薦使用更大容量Class10級別的SD卡，這樣可以確保有更多可用空間和更高的讀寫速度。NOOBSA安裝系統(tǒng)界面NOOBSUbuntuMate是基于Mate桌面環(huán)境的一個Ubuntu的社區(qū)發(fā)行版本。Mate桌面是GNOME2(TheGNUNetworkObjectModelEnvironment)的一個延續(xù)版本，如果之前我們有用過其他的Linux版本，那么應該對GNOME桌面不會感到很陌生。它界面美觀、易用，即使初次接觸使用的人也很容易上手使用。如圖1-25所示，UbuntuMate是由“Ubuntu發(fā)行版+MateDesktop桌面”組成的操作系統(tǒng)，Mate是基于GNOME2作為桌面環(huán)境它可以做的更加輕量化和快速，因此對于樹莓派這樣硬件資源有限的ARM嵌入式卡片電腦，可以占用更少的內(nèi)存資源，提供更可靠的桌面服務支持。可視化桌面需要提供的支持，最基本的當然是文件文本圖片、文件夾資源管理器，自定義可視化界面等。UbuntuMate系統(tǒng)界面UbuntuMATESnappyUbuntuCore是Ubuntu的一個版本，是面向智能設(shè)備的最新平臺，可以運行存儲在本地或依賴于云端的相同軟件，它最大的好處就是可以避免使用者頻繁地定期更新。Snappy代表了兩種意思，第一種：它是一種用來替代Deb的新的打包格式；第二種：它是一個用來更新系統(tǒng)的前端，SnappyUbuntuCore從CoreOS、紅帽和其他系統(tǒng)借鑒了原子更新這個想法。自從樹莓派2B版本投入市場后，Canonical很快就發(fā)布了適用于樹莓派的SnappyCore版本。而第一代樹莓派因為ARM鏡像是基于ARMv6，而Ubuntu的ARM鏡像是基于ARMv7，所以才無法在第一代樹莓派上面運行Ubuntu。不過這種狀況在SnappyUbuntuCore出現(xiàn)以后就發(fā)生了改變。Canonical通過發(fā)布SnappyCore的RPI2鏡像，向所有見證者證明了SnappyUbuntu是一個嶄新的，具有事務性更新的為云及設(shè)備而建立的操作系統(tǒng)。它分為：SnappyUbuntuCore為云（cloud）及物聯(lián)網(wǎng)（InternetofThings，IoT）；SnappyUbuntuPersona為手機電腦SnappyUbuntuCore隨著樹莓派的逐步發(fā)展，官方的Raspbian系統(tǒng)在被一步步完善和開發(fā)，軟件和資源也是越來越多，這樣往往也意味著在慢慢地變臃腫。而DietPi就是在這樣的背景下被開發(fā)出來，DietPi是一款輕量級的Debian操作系統(tǒng)，它還宣稱比RaspbianLite操作系統(tǒng)更輕量。如圖所示，在DietPi系統(tǒng)中，默認只有一些必要的軟件，其他的任何不需要的軟件在初始化的DietPi上面都是不存在的。在干凈和簡潔的同時，在DietPi上安裝需要的軟件也比其他軟件方便和簡單。雖然它被視作一款輕量級的樹莓派操作系統(tǒng)，但它也提供了很多的功能，可以在多個使用場景中派上用場。從簡單的軟件安裝包到備份解決方案，當然還有很多功能值得我們?nèi)ヌ剿鳌⑷グl(fā)現(xiàn)。DietPi系統(tǒng)界面DietPiRISCOS誕生于1987年，最初由英格蘭的劍橋的AcornComputers開發(fā)設(shè)計。該系統(tǒng)主要針對ARM平臺，并且命名也取自于所支持的精簡指令集RISC架構(gòu)。RISCOS并非Linux也不是基于Windows，而是擁有獨特設(shè)計架構(gòu)的桌面系統(tǒng)，如圖所示。其特點是快速、緊湊、高效。主要適合運行在例如樹莓派、beaglebone之類的單板電腦上。至誕生之初到2018年，RISCOS一直是商業(yè)閉源的操作系統(tǒng)。在2018年后，將該操作系統(tǒng)在gitLab上完全開源出來，供更多的開發(fā)者去使用和維護。所以其可靠性和穩(wěn)定性還是比較有保障的。RISCOS是為諸如樹莓派的現(xiàn)代基于ARM的單板計算機定制的。它的用戶界面很簡單，更專注于性能。RISC系統(tǒng)界面RISCOSWindows10IoT是微軟生態(tài)下的物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)，如圖1-28所示，從最早發(fā)布時就是支持樹莓派的。與以往的Windows版本不同，Windows10lotCore主要是應用于智能設(shè)備和使用物聯(lián)網(wǎng)的設(shè)備，例如工業(yè)電腦、智能網(wǎng)關(guān)等。硬件也不僅僅限于x86架構(gòu)，同時可以在ARM架構(gòu)上運行。圖1-28Windows10IOT系統(tǒng)界面Windows10IOT1-下載RaspberryPiOS可以到樹莓派官方網(wǎng)站下載RaspberryPiOS，在如圖所示的RaspberryPiOS下載主頁，滑動鼠標往下拉可以看到Manuallyinstallanoperatingsystemimage。如圖1-30所示，單擊Seealldownloadoptions按鈕可以查看RaspberryPiOS的所有版本。RaspberryPiOS下載界面首頁系統(tǒng)的安裝打開上述網(wǎng)址后，可以看到有3個版本的RaspberryPiOS可供選擇，3個版本都兼容所有的Raspberrypi硬件，第一個版本是帶圖形化桌面系統(tǒng)加常用軟件的版本，體積最大有2.8GB；第二個版本是帶圖形化桌面系統(tǒng)但不帶常用軟件的；第三個版本是不帶圖形化桌面系統(tǒng)的Lite版本，如果安裝了這個版本，就意味著只能運行命令行模式。現(xiàn)在的SD卡都至少有16GB，所以不用擔心空間不夠充足，可以選擇第一個版本或者第二個版本。下載時可以直接單擊Download按鈕直接下載（如圖所示），還可以選擇Downloadtorrent鏈接，先下載種子文件，再通過P2P下載軟件（比如迅雷）下載RaspberryPiOS。最后按瀏覽器的提示將工具下載并保存到Windows電腦上。RaspberryPiOS下載界面系統(tǒng)的安裝使用RaspberryPiImager燒錄RaspberryPiImager這個軟件是運行在Windows電腦上，用來把RaspberryPiOS安裝(燒錄)到SD卡上的工具。打開樹莓派官方下載網(wǎng)址后，點擊DownloadforWindows按鈕，下載RaspberryPiImager燒錄工具的Windows版本，按瀏覽器的提示將工具下載并保存到Windows電腦上。通過RaspberryPiImager用戶可以選擇想要寫入的鏡像和想要裝載的產(chǎn)品。另外RaspberryPiImager工具還提供了包羅Raspbian的可用鏡像、其他基于Raspbian的鏡像和LibreElec。我們還可使用該工具內(nèi)供給的其他各類適用工具和擦除產(chǎn)品的選項。RaspberryPiImager下載頁通過之前的學習，我們了解到樹莓派的操作系統(tǒng)是安裝在SD卡上的，所以要安裝操作系統(tǒng)，必須事先準備好一張SD卡，通過讀卡器正確連接到電腦上，并且確保電腦已經(jīng)識別到所要用到的這張SD卡。具體操作如下：首先在我們的Windows電腦上找到之前下載的RaspberryPiImager和RaspberryPiOS，如圖所示。下載的RaspberryPiImager和RaspberryPiOS系統(tǒng)的安裝雙擊imager_1.6.2.exe，打開安裝RaspberryPiImager啟動頁，將RaspberryPiImager工具安裝到Windows電腦上，如圖所示。安裝過程非常簡單，只要一路單擊Next按鈕完成安裝則可，不需要任何配置，最終安裝成功。系統(tǒng)的安裝單擊CHOOSEOS按鈕選擇要安裝的操作系統(tǒng)，直接下拉到最后，選擇Usecustom，如圖所示。系統(tǒng)的安裝選擇Usecustom后，從計算機中選擇剛才第一步里已經(jīng)下載的RaspberryPiOS，然后再單擊Open按鈕，如圖所示，選擇燒錄系統(tǒng)界面系統(tǒng)的安裝在確保SD卡已經(jīng)通過讀卡器連接到計算機，并且已經(jīng)識別出此SD卡后，單擊CHOOSESTORAGE按鈕，如圖所示。此時彈出界面，其中顯示了所插入的SD卡，選擇CHOOSESTORAGE，選擇SD卡界面，選擇SD卡后會回到啟動頁。系統(tǒng)的安裝一直等Writing進度條從0%變成100%，并自動跳轉(zhuǎn)到Verifying，等Verifying進度條也從0%變成100%，會跳出Writesuccessful的對話框，如左圖所示。然后，單擊CONTINUE按鈕，最后退出RaspberryPiImager，經(jīng)過上面一系列操作就完成了樹莓派系統(tǒng)的安裝。把SD卡從計算機上取下，插入樹莓派SD卡槽內(nèi)就可以開始下一步系統(tǒng)的啟動和初始化了。注意：在系統(tǒng)燒寫成功后千萬不要按照系統(tǒng)提示進行格式化SD卡的盤，以后插入SD卡也不要按照提示格式化SD卡的盤，如右圖所示。系統(tǒng)的安裝2）使用Win32DiskImager燒錄Win32DiskImager是一款功能強大免費的Windows程序，用于保存和恢復可移動驅(qū)動器中的系統(tǒng)鏡像(如USB驅(qū)動器、SD存儲卡等)。不管選用的是新的卡還是舊的卡，最好都先進行一次格式化操作，這個時候就會用到的軟件SDFormatter。如果選用的SD卡在之前已經(jīng)燒錄過系統(tǒng)了，SD卡插入電腦是顯示兩個盤的，一個是SD卡的boot分區(qū)的盤，一個無法識別內(nèi)容的盤。如果用系統(tǒng)自帶的格式化工具對這一個或兩個盤進行格式化，SD卡是不能完全被格式化的，但是如果使用SDFormatter就可以很方便的對SD卡進行整卡的格式化。使用SDFormatter前，首先需要計算機讀取到SD卡的盤，然后單擊“更新”按鈕，選取SD卡插入后新增的第一個盤的盤符字母，然后單擊“格式化”按鈕，最后再單擊“確定”按鈕，如上圖所示。格式化完成后，等待片刻，重新插上SD卡，即可看到SD卡原空間大小，如下圖所示。格式化SD卡過程系統(tǒng)的安裝前面的格式化SD卡工作做好以后，就可以開始進行系統(tǒng)燒錄了。首先需要先安裝燒寫系統(tǒng)的工具Win32DiskImager。在安裝Win32DiskImager時要注意安裝的路徑中盡量不要出現(xiàn)中文，以免產(chǎn)生不必要的麻煩。在安裝進行到第五步，在Selectadditionaltasks中要勾“CreateaDesktopicon(創(chuàng)建桌面圖標)”，否則可能無法找到該軟件。如果不慎沒有勾選也沒有太大的影響，還可以使用Windows開始菜單的“查找”。Win32DiskImager的安裝很簡單，如果沒有路徑更換的需求，一直單擊Next按鈕就可以了。首先我們需要將格式化好的SD卡(TF卡)插入到計算機中，打開Win32DiskImager軟件，如上圖所示。第一步先選擇解壓后的系統(tǒng)鏡像文件。第二步選擇SD卡對應的盤符（根據(jù)自己SD卡情況選擇）。第三步單擊Write按鈕進行鏡像的燒錄，如圖所示。Win32DiskImager燒錄過程系統(tǒng)的安裝使用Win32DiskImager燒錄成功后，如果頁面彈出燒錄成功的提示，就說明安裝就已經(jīng)完成了，如果不成功，請關(guān)閉防火墻一類的軟件，重新插入SD卡進行安裝燒錄。如果在安裝完發(fā)現(xiàn)SD卡剩余內(nèi)存沒多少了，這其實是正常的現(xiàn)象，因為燒錄好樹莓派RaspberryPiOS系統(tǒng)的SD卡被分成兩個分區(qū)：一個FAT32的Boot分區(qū)和一個(或數(shù)個)Ext4的Linux主分區(qū)。這也是Linux系統(tǒng)的典型需求。因為Windows只能識別Fat32分區(qū)，所以才會出現(xiàn)上面的情況。如果Windows提示是否要格式化SD卡,不要格式化，如圖所示，否則可能導致安裝在隱藏分區(qū)中的系統(tǒng)被擦除而導致系統(tǒng)安裝失敗。格式化SD卡的彈框系統(tǒng)