通过 Raspberry Pi 学习计算机知识

通过 Raspberry Pi 学习计算机知识

Chris Anderson 把创客运动称为新的工业革命。运用互联网和最新的工业技术,再加上你的创意,每一个人都可以像过去庞大的生产工厂一样创造出新玩意儿。你可以在网上买到你想要的零件,或用 3D 打印机打印自己设计的部件,按照分享在互联网的开放知识,做出自己的平板电脑、机器人, 甚至钢铁侠铠甲和小型核反应堆。当然,现在来看创客运动还是小部分人的运动,你不仅需要丰富的知识,还要有空闲的时间和较多的资金,才能做出一件可以在视频网站上炫耀的玩意儿。可如果你像一个真正的极客一样,对创客们的革命事业怀着无比坚定的信念,渴望有一天也能打造出自己的科技酷玩,廉价低成本的单板机 Raspberry Pi(树莓派)可以作为一个好的开始

 创客引发新工业革命

选择 Raspberry Pi 作为 DIY 入门不仅因为价格简单,更主要的在于 Raspberry Pi 就是一台运行 ARM 处理器的主机,你只需插入写有操作系统的 SD 卡,将它连上电源、键盘和显示器,就算大功告成了,上手极易。听起来似乎很简单,但树莓派毕竟不是面向终端消费者的消费品。如果你之前对计算机知识没有多少了解,正好可以通过对树莓派的各种折腾来学习。树莓派的最初设计也是用于计算机教学,所以它要始终维持在较低的价格,方便人们可以低成本的在上面学习和做实验,而不是去拼性能、赛参数。这一点也决定了它不是你的日常电脑的替代品。低性能也保证你可以专注于学习,而不会一边学习一边刷微博、听音乐。所以真正能发挥树莓派价值的玩家,除了乐于创新的技术大牛,就是刚入门学习计算机知识的菜鸟。

树莓派上手准备

选购树莓派

要使用树莓派肯定要先买树莓派。树莓派是由 Raspberry Pi Foundation 开发。作为一慈善机构,树莓派基金会自己是不生产和销售树莓派的,而是将树莓派的生产和销售授权给 Element 14/Premier Farnell 和 RS Components 两家公司。这两个公司在中国都有网络销售代理商,分别为 e 络盟RS 中国。当然淘宝上也有大量货源,且购买流程方便,发货快。在这里还需说明,最新的 B 型号是 512MB 内存的(本文以此为例),有英国制造和中国制造两种,蓝色的音频输出接口是英国制造,黑色的是中国制造。由于你购买的只是单板机,为保护电路,你还需要购买一个外壳。当然,你也可以 3D 打印一个外壳或者用乐高积木拼装一个。

树莓派的运行系统需要装在一张至少 4GB Class 4 的 SD 卡上(注意是 SD 卡,不是现在智能手机用的 microSD,你也可以把 microSD 装在 SD 适配器里),USB 接口的鼠标和键盘(一款带触摸板的迷你无线键盘会非常适合),一根连接高清显示器的 HDMI 线,如果显示器没有 HDMI 接口,需要 HDMI-DVI-D 适配器(警告:不要使用没有电源的HDMI→VGA视频转换器)。附上一份支持树莓派的附件清单,请务必对照采购。树莓派的电源接口是 microUSB,所以一般智能手机的充电电源也可以用于树莓派,只要它是 700mA 5V。下图是一份购买配件的参照清单。

购买树莓派配件参考清单

刻录树莓派系统

树莓派运行的官方系统是基于 Debian 的衍生版 Raspbian,你也可以安装其它移植到树莓派上的 Linux 发行版。可以从 Raspberrypi.org 上下载最新版 Raspbian “wheezy” 后刻录到 SD 卡中。将下载后的压缩包解压,得到 img 格式镜像。在 Windows 下,可以使用 Win32DiskImager 向 SD 卡写入系统镜像。Mac OS X 和 Linux 的用户可以通过命令行写入镜像文件。下面以 Ubuntu 为例,其它 Linux 发行版和 Mac OS X 相同:

  1. 解压的镜像文件放在 Home 文件夹下(也就是 /home/(你的用户名)),
  2. 先不插入 SD 卡,终端中输入 df -h,之后再插入 SD 卡,
  3. 再次运行 df -h,找到新出现的设备,记下设备名,如 "/dev/mmcblk0p1" 或 "/dev/sdd1"(最后的“p1”和“1”代表分区编号)。
  4. 卸载 SD 卡,umount /dev/(设备名)
  5. sudo dd bs=4M if=~/2012-12-16-wheezy-raspbian.img of=/dev/mmcblk0(注意,因为你要拷贝的是整个 SD 卡,所以去掉分区编号“p1”)。接下来取决于你的 SD 读写速度。
  6. 拷贝完成后,会出现写入数据大小和所用时间的列表。之后卸载 SD ,可以将其插入http://www.raspberrypi.org/downloads了。

第一次开机

将写好系统的 SD 卡插入树莓派,接上 USB 键盘和鼠标,连上显示器,最后接上电源。想让树莓派上网,只需插入连接路由器的以太网线即可。如果一切顺利,你会看见一个写满各种设备初始化信息的启动 log。这信息也可以在登录后,输入 dmesg 查看。首次运行http://www.raspberrypi.org/downloads后,出现的是一个配置工具。介于我们是带着学习的目的玩树莓派,你完全可以对这些设置进行各种折腾,不过这里还是对个别设置做个简单说明。

树莓派配置界面

  • expand_rootfs : 只有选择了这一项,你才能使用整张 SD 卡。
  • overscan : 如果显示的内容无法填满整个显示器,启动这一项。
  • configure_keyboard : 树莓派默认的键盘设置是英式,而我们使用的是美式键盘,所以需要选择 English(US)
  • change_pass : 默认密码是 raspberry,改一个更安全的吧。
  • change_locale : 由于没有中文字体,此时不要选择中文。今后可以安装中文字体,安装方法和 Ubuntu 一样。
  • change_timezone : 更改时区。
  • memory_split : 分配 CPU 和 GPU 的内存的。
  • ssh : 激活 Secure Shell 服务,使你可以远程登陆http://www.raspberrypi.org/downloads。
  • boot_behaviour : 设置启动时是否启动图形界面。如果你想使用树莓派好好学习 Linux 系统,那就选 no。

设置好后重启。命令行登录界面需输入用户名和密码,默认用户名 pi,密码 raspberry。登录后,输入 startx,也可进入桌面环境。树莓派没有电源开关,在命令行下输入 sudo shutdown -h now 关机,sudo reboot 重启。

熟悉 Linux 学习环境

如果你不太习惯命令行操作,进入图形界面也没关系。Raspbian 使用 LXDE(Lightweight X11 Desktop Environment)桌面环境,和其它桌面环境使用起来没多大不同。需要说明的是默认的网页浏览器 Midori 没有 Flash,不支持 HTML 5 视频。媒体播放器 omxplayer 是命令行操作,建议不要放过任何熟悉命令行操作的机会。况且,Linux 下著名的 VLCMPlayer 也没有相应的移植版。另外需要注意的是,MPEG-2 格式的视频需要单独购买硬件许可

通过 Raspbian 的终端工具 LXTerminal 可以进入 shell,和其它 Linux 发行版没区别。使用树莓派学习 Linux 的好处在于你不用在虚拟机中运行缓慢的系统,也不用担心一不小心对日常用的电脑造成不可挽回的损失。如果你是用前面介绍的方法在 Linux 下拷贝镜像文件到 SD 卡,Linux 环境对你来说就不是问题。如果你之前没接触过类 Unix 系统(包括 Linux发行版和 Mac OS)的命令行方式,可以根据这个命令行在线学习教程来学习。

Linux 的一大好处在于丰富的软件包都可以通过网络安装,比什么 App 商店都要方便。sudo apt-get install (软件名)即可。除了学习 Linux,Raspbian 还内置了两个非常适合初学者的编程语言,Python(2和 3)和 Scratch。两种语言都有丰富的在线教学资料。Python 可以在 CodecademyLearn Python The Hard Way 学习;Scratch 是简单的可视化编程语言,除了官网有丰富的资源外,还可以跟随 edX 上哈佛大学的开放课 CS50x 学习。

树莓派的学习环境

漫长的学习之路

树莓派目前正在被大力推广到计算机教学中,连 Google 都向一些学校赠送树莓派用于计算机学习。树莓派的 GPIO 接口还可以和各种传感设备连接,配合 Arduino 打造出各种炫酷的科技产品。想象一下用树莓派制作自己的穿戴计算设备,将身边的各种数据信息放在视频眼镜上显示,那会有多酷?在网上可以找到很多 Raspberry Pi 项目,官方论坛RPi Hub 都有很好的参考。为了有一天可以制作出自己的定制电脑来,现在就开始学习 Raspberry Pi 吧。

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