精通Raspberry Pi

内容概要

Warren Gay年轻时从电子行业开始，不断将公立学校中废弃的电视机和收音机拖回家。中学期间他对IBM 1130计算机的程序设计产生了浓厚兴趣，这导致他的职业规划转移到软件开发上来。从进入瑞尔森工艺学院后，他从事软件开发已经30多年，主要使用C/C 进行程序设计。从1994年起，作为一名开源支持者，Warren开始进行Linux程序设计，从1987年开始，他就对各种Unix平台很内行了。

进入瑞尔森之前，Warren从头开始建立了一个Intel8008系统，那时还没有出现CP/M系统，计算机也没有个人化。晚些时候，Warren获得了高级业余无线电执照(称为VE3WWG)并工作于业余无线电卫星。1991年，他的业余无线电爱好重点是进行与Mir空间站(U2MIR)的数字联系。

Warren目前供职于Datablock.，这是一家企业级的广告服务软件服务公司。在该公司，他负责在Linux后端系统中为C 服务器解决方案编写程序。

书籍目录

目 录

第1章 为什么学习本书？1

1.1 本书读者对象1

1.2 本书主要内容2

1.3 学习方法2

1.4 本书的组织结构3

1.5 本书中的软件4

1.6 结束语5

第2章 Raspberry Pi7

2.1 型号7

2.2 共有的硬件9

2.3 选择哪一种型号？9

第3章 准备11

3.1 静态IP地址11

3.2 使用SSH12

3.3 虚拟网络计算机13

3.3.1 显示器编号13

3.3.2 几何尺寸13

3.3.3 深度14

3.3.4 像素格式14

3.3.5 密码设置14

3.3.6 服务器的启动14

3.3.7 VNC查看器14

3.3.8 停止VNC服务器15

3.4 原型站15

3.5 Adafruit Pi Cobbler16

3.6 Gertboard17

3.7 裸机17

第4章 电源19

4.1 计算功率19

4.2 电流需求20

4.3 外围设备电源20

4.4 B型输入电源21

4.5 A型输入电源22

4.6 3.3V电源22

4.7 供电的USB集线器22

4.8 电源适配器22

4.8.1 一款不合适的电源23

4.8.2 电子书适配器23

4.8.3 好的电源23

4.8.4 电压测试24

4.9 蓄电池电源25

4.9.1 要求25

4.9.2 余量25

4.9.3 LM7805调节25

4.9.4 DC-DC降压变换器26

4.10 供电不足的征兆28

4.11 断电28

第5章 头带、LED和复位29

5.1 状态指示LED灯29

5.1.1 OK或ACT LED29

5.1.2 PWR LED29

5.1.3 FDX LED30

5.1.4 LNK LED30

5.1.5 10M或10/100 LED30

5.2 P1头30

5.2.1 安全模式32

5.2.2 逻辑电平33

5.2.3 复位时GPIO的配置33

5.2.4 单总线驱动器33

5.3 P5头33

5.4 复位34

第6章 SDRAM37

6.1 /proc/meminfo37

6.1.1 MemTotal(总存储器)39

6.1.2 MemFree(空闲存储器)39

6.1.3 Buffers(缓冲区)40

6.1.4 Cached(高速缓存的)40

6.1.5 SwapCached(交换的缓冲区)40

6.1.6 Active(活跃的存储器空间)40

6.1.7 Inactive(不活跃的存储器空间)40

6.1.8 Active(anon)41

6.1.9 Inactive(anon)41

6.1.10 Active(file)41

6.1.11 Inactive(file)41

6.1.12 Unevictable(不可回收的)42

6.1.13 Mlocked(被锁定的)42

6.1.14 SwapTotal(交换的总数)42

6.1.15 SwapFree(自由交换的数量)42

6.1.16 Dirty42

6.1.17 Writeback43

6.1.18 AnonPages43

6.1.19 Mapped43

6.1.20 Shmem43

6.1.21 Slab43

6.1.22 SReclaimable44

6.1.23 SUnreclaim44

6.1.24 KernelStack44

6.1.25 PageTables44

6.1.26 NFS_Unstable44

6.1.27 Bounce45

6.1.28 WritebackTmp45

6.1.29 CommitLimit45

6.1.30 Committed_AS46

6.1.31 VmallocTotal47

6.1.32 VmallocUsed47

6.1.33 VmallocChunk47

6.2 物理存储器47

6.3 存储器映射48

6.3.1 地址50

6.3.2 长度50

6.3.3 保护50

6.3.4 标志50

6.3.5 文件描述符50

6.3.6 偏移51

6.3.7 返回值51

6.3.8 volatile关键字51

6.4 虚拟存储器52

6.5 关于SDRAM的后一点看法52

第7章 CPU53

7.1 鉴别53

7.2 超频54

7.3 执行56

7.4 线程57

7.4.1 pthread头文件57

7.4.2 pthread错误处理57

7.4.3 pthread_create(3)58

7.4.4 pthread_attr_t59

7.4.5 pthread_join(3)60

7.4.6 pthread_detach(3)61

7.4.7 pthread_self(3)62

7.4.8 pthread_kill(3)62

7.5 mutex63

7.5.1 pthread_mutex_create(3)63

7.5.2 pthread_mutex_destroy(3)63

7.5.3 pthread_mutex_lock(3)64

7.5.4 pthread_mutex_unlock(3)64

7.6 条件变量65

7.6.1 pthread_cond_init(3)66

7.6.2 pthread_cond_destroy(3)67

7.6.3 pthread_cond_wait(3)67

7.6.4 pthread_cond_signal(3)68

7.6.5 pthread_cond_broadcast(3)68

第8章 USB69

8.1 电源70

8.2 供电集线器70

8.3 USB API支持71

8.3.1 libusb71

8.3.2 Include文件71

第9章 以太网75

9.1 有线以太网75

9.1.1 /etc/work/interfaces76

9.1.2 改变到静态IP76

9.1.3 测试静态IP地址77

9.1.4 USB适配器78

9.1.5 /etc/hosts文件78

9.2 无线以太网78

第10章 SD卡存储83

10.1 SD卡媒介83

10.2 SD卡接口83

10.3 SD卡基础84

10.4 Raspbian区块尺寸84

10.5 容量和性能86

10.6 传送模式86

10.6.1 SPI总线模式86

10.6.2 1位SD模式87

10.6.3 4位SD模式88

10.7 耗损均衡88

第11章 UART91

11.1 RS-232转换器91

11.2 RS-23293

11.2.1 起始位93

11.2.2 数据位94

11.2.3 奇偶位94

11.2.4 停止位94

11.2.5 波特率95

11.2.6 中断96

11.2.7 流控制96

11.3 Raspberry Pi UART98

11.4 ARM PL011 UART98

11.4.1 RTS/CTS访问98

11.4.2 PL011 UART特性99

11.5 独占串行线路的使用100

11.5.1 步骤100

11.5.2 验证101

11.6 串行API101

11.6.1 头文件101

11.6.2 open(2)101

11.6.3 结构体termios102

11.6.4 tcgetattr(3)104

11.6.5 tcsetattr(3)105

11.6.6 tcsendbreak(3)105

11.6.7 tcdrain(3)106

11.6.8 tcflush(3)106

11.6.9 tcflow(3)107

11.6.10 cfmakeraw(3)107

11.6.11 cfgetispeed(3)110

11.6.12 cfgetospeed(3)110

11.6.13 cfsetispeed(3)111

11.6.14 cfsetospeed(3)111

11.6.15 cfsetspeed(3)111

11.6.16 read(2)112

11.6.17 write(2)113

11.6.18 readv(2)和writev(2)114

11.6.19 EINTR错误115

第12章 GPIO117

12.1 引脚和名称117

12.2 复位后的配置118

12.3 上拉电阻120

12.3.1 配置上拉电阻120

12.3.2 测试上拉状态124

12.4 逻辑电平125

12.5 驱动能力125

12.5.1 输入引脚126

12.5.2 输出引脚126

12.5.3 驱动LED128

12.5.4 测试驱动能力130

12.6 GPIO电流预算132

12.7 配置132

12.7.1 交替功能选择132

12.7.2 输出引脚133

12.7.3 输入引脚133

12.7.4 交替功能133

12.8 Sysfs GPIO访问134

12.8.1 export134

12.8.2 unexport135

12.8.3 gpioX135

12.8.4 芯片级137

12.9 GPIO测试器137

12.10 GPIO输入测试138

12.11 可能的波动140

12.12 读取事件140

12.13 直接寄存器访问145

12.13.1 gpio_init( )146

12.13.2 gpio_config( )146

12.13.3 gpio_write( )146

12.13.4 gpio_read( )147

12.13.5 gpio_io.c147

12.14 GPIO晶体管驱动器149

12.14.1 驱动器设计149

12.14.2 替代品151

12.14.3 电感负载151

12.14.4 驱动器小结152

12.15 GPIO实用程序152

12.15.1 显示GPIO设置153

12.15.2 读GPIO154

12.15.3 写GPIO154

12.15.4 修改驱动层154

第13章 单总线驱动器155

13.1 单总线与供电155

13.2 线上供电155

13.3 主机和从机156

13.4 协议156

13.4.1 复位157

13.4.2 数据输入/输出157

13.5 从机支持158

13.6 读取温度158

13.6.1 总线主机160

13.6.2 从机设备160

13.6.3 读取温度162

13.7 单总线GPIO引脚162

第14章 I2C总线165

14.1 I2C概述165

14.2 SDA和SCL166

14.3 多主机和仲裁166

14.4 总线信号传输167

14.5 数据位167

14.6 消息格式168

14.7 哪些I2C总线？169

14.8 I2C总线速度169

14.9 工具170

14.10 I2C API170

14.10.1 内核模块支持170

14.10.2 头文件171

14.10.3 open(2)171

14.10.4 ioctl(2,I2C_FUNC)172

14.10.5 ioctl(2,I2C_RDWR)172

第15章 SPI总线175

15.1 SPI基础175

15.2 SPI模式176

15.3 信号传输176

15.4 从机选择177

15.5 驱动支持178

15.6 SPI API179

15.6.1 头文件179

15.6.2 打开设备180

15.6.3 SPI模式宏180

15.6.4 字的每一位181

15.6.5 时钟频率182

15.6.6 数据输入/输出182

15.6.7 关闭185

15.6.8 写185

15.6.9 读185

15.7 SPI测试185

第16章 引导189

16.1 引导ARM Linux189

16.2 启动顺序190

16.3 引导文件190

16.4 config.txt191

16.4.1 复合视频设置191

16.4.2 高精度视频192

16.4.3 过扫描视频198

16.4.4 帧缓冲器设置198

16.4.5 通用视频选项199

16.4.6 授权的多媒体数字编解码器200

16.4.7 测试200

16.4.8 存储器200

16.4.9 启动引导选项201

16.4.10 超频205

16.4.11 保单与超频206

16.4.12 电压设置210

16.5 cmdline.txt212

16.5.1 Serial console=213

16.5.2 Virtual console=214

16.5.3 kgdboc=214

16.5.4 root=214

16.5.5 rootfstype=215

16.5.6 elevator=215

16.5.7 rootwait=215

16.5.8 nfsroot=216

16.5.9 ip=217

16.6 应急内核217

第17章 初始化219

17.1 运行等级219

17.2 /etc/inittab220

17.2.1 inittab的行为initdefault220

17.2.2 常规启动顺序221

17.2.3 inittab的行为wait223

17.2.4 inittab的行为once223

17.2.5 inittab的行为respawn224

17.3 改变运行等级224

17.3.1 telinit224

17.3.2 运行等级的修改225

17.3.3 单用户模式225

17.3.4 关机和重启225

17.4 创建新的服务225

第18章 vcgencmd227

18.1 vcgencmd命令227

18.2 选项measure_clock228

18.3 选项measure_volts229

18.4 选项measure_temp230

18.5 选项codec_enabled230

18.6 选项version231

18.7 选项get_lcd_info231

18.8 选项get_config231

第19章 Linux控制台233

19.1 可用的控制台233

19.2 串行控制台234

第20章 交叉编译235

20.1 术语235

20.2 操作系统236

20.3 宿主、客户、本地和目标236

20.3.1 平台的限制237

20.3.2 没有VirtualBox (本机)237

20.3.3 使用VirtualBox(Ubuntu/Linux)237

20.4 规划你的交叉开发环境237

20.5 构建交叉编译环境238

20.5.1 下载crosstool-NG238

20.5.2 暂存目录239

20.5.3 解压源码文件(tarball)239

20.5.4 创建/opt/x-tools目录239

20.5.5 安装软件包依赖239

20.5.6 配置crosstool-NG(源代码安装的步)240

20.6 编译crosstool-ng240

20.7 将程序安装至系统中240

20.8 路径240

20.9 交叉编译配置241

20.9.1 路径和其他选项241

20.9.2 目标选项243

20.9.3 操作系统243

20.9.4 二进制实用程序244

20.9.5 C语言编译器244

20.9.6 保存配置245

20.10 构建交叉编译器246

第21章 交叉编译内核249

21.1 镜像工具249

21.2 下载内核250

21.3 编辑Makefile251

21.4 make mrproper指令252

21.5 内核配置252

21.6 make menuconfig指令(图形化的内核配置)253

21.7 make指令253

21.8 准备内核镜像253

21.9 安装内核镜像254

21.10 模块255

21.11 固件256

21.12 SD卡VirtualBox(虚拟机)的安装257

第22章 DHT11传感器259

22.1 特征259

22.2 电路260

22.3 协议260

22.3.1 通用协议260

22.3.2 数据位数261

22.3.3 数据格式261

22.3.4 软件262

22.3.5 选择的方法263

22.4 运行示例264

22.5 源代码265

第23章 MCP23017 GPIO扩展器271

23.1 DC特征271

23.1.1 GPIO输出电流272

23.1.2 GPIO输入272

23.1.3 待机电流273

23.1.4 输入逻辑电平273

23.1.5 输出逻辑电平273

23.2 复位时序274

23.3 电路274

23.4 I2C总线275

23.5 接线和测试275

23.6 软件配置277

23.7 主程序283

23.8 i2c_funcs.c模块288

23.9 sysgpio.c模块291

23.10 运行示例294

23.11 响应时间296

第24章 Nunchuk手柄299

24.1 项目概况299

24.2 Nunchuk手柄的特点299

24.3 连接器引脚输出300

24.4 测试连接301

24.5 NunchukI2C协议302

24.5.1 加密302

24.5.2 读取传感器的数据302

24.6 Linux uinput界面303

24.6.1 使用头文件304

24.6.2 打开设备节点304

24.6.3 配置事件304

24.6.4 创建节点308

24.6.5 发布EV_KEY事件309

24.6.6 发布EV_REL事件310

24.6.7 发布EV_SYN事件310

24.6.8 关闭uinput311

24.7 X-Windows(图形用户界面)311

24.8 输入实用程序312

24.9 测试Nunchuk312

24.9.1 测试./Nunchuk313

24.9.2 Lsinput实用程序314

24.9.3 input-events实用程序314

24.10 程序315

第25章 实时时钟325

25.1 DS1307概述325

25.1.1 X1和X2引脚326

25.1.2 SQW/OUT引脚326

25.2 电源327

25.3 3伏特兼容性328

25.4 微小的RTC修改328

25.5 DS1307总线速度331

25.6 RTC和RAM地址映射331

25.7 阅读日期和时间332

25.8 I2C通信333

25.9 接线334

25.10 运行示例334

25.11 终测试335

25.12 启动脚本335

第26章 VS1838B红外接收器345

26.1 操作参数345

26.2 VS1838B电路346

26.3 软件347

26.3.1 信号元件348

26.3.2 组织机构代码349

26.3.3 命令行选项349

第27章 步进电机363

27.1 软盘步进电机363

27.2 驱动器电路365

27.3 驱动驱动器368

27.3.1 输入电平368

27.3.2 复位/启动电源369

27.4 操作模式370

27.4.1 波驱动(0模式)370

27.4.2 全步进驱动(1模式)370

27.4.3 半步进驱动(2模式)370

27.5 软件371

第28章 H桥驱动器381

28.1 L298驱动器381

28.1.1 传感电阻382

28.1.2 使能A和B382

28.1.3 In1和In2输入382

28.1.4 保护二极管382

28.2 L298 PCB383

28.3 从GPIO驱动384

28.4 双极步进模式386

28.4.1 单相波模式386

28.4.2 双相波模式386

28.4.3 半步模式387

28.5 选择驱动GPIO388

28.6 项目示意图388

28.7 程序运行389

第29章 远程控制面板399

29.1 切换输入399

29.2 CD4013400

29.3 触发器测试401

29.4 LED灯402

29.5 ?MQ402

29.5.1 执行安装402

29.5.2 编译和链接403

29.6 感测站的设计403

29.7 感测站程序404

29.8 控制台程序404

29.9 传感器源代码405

29.10 控制台源代码413

第30章 脉冲宽度调制419

30.1 PWM介绍419

30.2 PWM参数420

30.3 PWM硬件外设420

30.4 PWM软件420

30.5 仪表电路420

30.6 pwm程序421

30.6.1 PWM硬件设置命令423

30.6.2 基于硬件显示CPU使用百分比(率)424

30.6.3 PWM程序软件430

30.6.4 有多少PWM？432

30.6.5 运行PWM软件命令433

30.6.6 基于软件显示CPU使用百分比433

附录A 术语表437

附录B 电源标准443

附录C 电子学参考445

附录D Raspbian apt命令447

附录E ARM编译选项451

附录F Mac OS X技巧453

参考文献455

作者简介

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