树莓派笔记

Jul 22, 2018 · 5 min read · raspberry pi ·

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前言

最近入手了树莓派zero w来做数据地磁场数据采集，加上去年部署的网关，到现在共经手过4种树莓派。其中三种是树莓派3B的不同型号，包括Compute Module 3，定制版以及普通型号，而手上保留的只有三代普通型号和zero w，之前的设备都没留下照片，但这次在文章最后会贴上两台设备，还有和硬件工程师一起做的感应器（其实就是连接串口和GPIO）以及采购的升压模块。

这篇文章就是做一个小结，梳理脑内知识，也为之后需要查看参数或者配置新设备时提供参考。

正文

设备参数

这里贴一张从微雪电子抠过来的图表

电源输入不变，通过Micro USB口输入的电源带保护，并且可以通过GPIO为外部设备供电，直接通过GPIO引脚供电时，不带电源保护，也无法再通过其他引脚为外部设备供电。

CPU频率与核心数不断增加，zero w还是使用老款CPU，ARMv6架构，也是Golang支持的最低ARM版本，频率提升到1GHz。

3B使用四核处理器，频率达到1.2GHz，处理器性能得到巨大提升，但还需要认清楚一个现实，树莓派的处理器性能非常弱，不适合计算密集和高负载的应用，适合作为控制器和数据采集中转。

功耗逐步递增，zero w在运行数据采集程序时，电流保持在100～110mA，发热量在接受范围，而3B的发热量有点过大。

引脚除一代B型外都是40个，保持着相同的构造，在使用地磁感应器时只用到GPIO和串口，而LoraWAN网关似乎使用SPI接口连接SX1301模块，都使用到板载的引脚供电。

CSI接口目前还没使用过，如果外接摄像头大概会用来做视频采集，功耗也会飙升。

截止目前有zero wh、3B、3B+内建Wi-Fi和蓝牙，不用再外置接收器，这次采集数据时也是通过将树莓派设置为热点，安卓平板与树莓派间使用HTTP协议通信来实时读取数据和下发指令。

略微麻烦的是这些内置蓝牙的型号使用 /dev/ttyAMA0 进行蓝牙读写，PL011 UART默认连接到蓝牙模块，而终端输出使用mini UART（/dev/ttyS0），官方的资料里提到PL011有独立的硬件控制，而mini UART的波特率与VC4 GPU上的VPU保持一致，性能相对较低，在高负载情况下还会影响到串口通信，具体可以查看下面的文章。

THE RASPBERRY PI UARTS

Configuring The GPIO Serial Port On Raspbian Jessie and Stretch Including Pi 3

在当前版本的系统中，没有直接使用这些设备路径，而是将 /dev/serial0 与 /dev/serial1 链接到 /dev/ttyS0 及 /dev/ttyAMA0 使用，终端输出设备默认使用 /dev/serial0。

为了使用性能稳定的PL0 UART，需要解除蓝牙对 /dev/ttyAMA0 的占用。

编辑 /boot/config.txt，找dtoverlay标志

1dtoverlay=pi3-disable-bt
2//关闭，/dev/ttyAMA0与GPIO的14、15引脚恢复关联
3dtoverlay=pi3-miniuart-bt
4//保留，但通过/dev/ttyS0读写蓝牙设备
5enable_uart=1 
6//启用GPIO串口

要完全关闭蓝牙时，还需要关闭掉启用蓝牙设备的服务

1sudo systemctl disable hciuart

最后还关闭终端输出，可以通过raspi-config的intefcae option关闭通过串口使用shell的选项，也可以手动编辑 /boot/cmdline.txt，删除掉 console=serial0,115200，否则终端输出会占用已经被链接到seria0的ttyAMA0。

操作系统

树莓派搭载了伟大的Linux操作系统，这意味着所有在PC上的操作，都可能在树莓派上实现。

截止目前，官方Raspbian系统基于Debian stretch，提供两个镜像，分别是带桌面环境的Desktop版本及字符界面的Lite版本。树莓派的桌面系统还处在无法流畅使用阶段，只能留给有耐心的人，而同等配置的安卓手机可以拥有相对流畅的体验，原因还是ARM处理器性能不足，难以运行庞大臃肿的PC桌面环境，但字符界面相对轻巧很多，也是长期使用下来唯一的选择，其他linux桌面定制版、Windows 10 IoT Core等，能给人留下的体验基本只有卡、卡、卡、卡......

Raspbian Lite目前最新内核版本为Linux raspberrypi 4.14.52+ #1123 Wed Jun 27 17:05:32 BST 2018 armv6l GNU/Linux，在zero w上，原始镜像自带的内核一直难以编译出go可执行程序，升级内核后编译的速度才有了很大的提升。

编程

面对有限的存储、计算资源，C语言是执行效率最高的选择，资源占用低，性能高，开发难度大。如果要同时实现GPIO和串口读写，同时发起HTTP请求和提供REST接口，即使使用第三方库，工作量也不少，另外还有调试和开发的问题。

但C与Python结合后，牛人编写底层C代码，提供Python调用接口，而普通程序员编写功能代码，让这套总体性能比较弱的设备有了很多的玩法。使用Python封装C代码也带来一个问题，跨平台开发的环境配置变得比较困难，除非第三方库友好地在底层用C实现了跨平台接口，不然总会遇到编译出错的问题。最开始尝试使用RPi.GPIO调用GPIO，它的底层使用epoll监听引脚电平变化，依赖的C头文件只在Linux上存在，导致不断地编译失败。

切换到熟悉的Golang后，由于它在语言层级封装了底层系统调用，可以很方便地进行跨平台适配开发，最后干脆在树莓派上搭建好了Golang开发环境，在macOS上编写测试过后，将源文件拷贝到树莓派上编译运行，一些小改动也可以直接在树莓派上操作。