简介
Raspberry Pi完全参考指南催生你的项目创意！Raspberry Pi是一款优秀教学工具，如果你打算讲授Linux基础原理或Python程序设计课程，该工具将是一个良好开端。但如果你是一名电子工程师、Linux系统管理员或经验丰富的制造商，你不仅要了解基础理论和入门知识，还必须掌握Raspberry Pi的内部工作原理来完成设计。如果你打算学习Raspberry Pi专业知识、完成电路图、详细了解硬件、报告电压和温度以及重新编译内核，那么精通Raspberry Pi 一书无疑是你的最佳之选。本书不仅透彻阐释硬件和操作系统，还列举各种可供调整后用于实际项目的示例。本书内容：●如何针对纯硬件接口设置Raspberry Pi●详明阐述包括GPIO在内的Pi硬件能力●学习Raspbian Linux，如引导文件、Pi自带的vcgencmd命令以及交叉编译软件(包括内核)●如何搭建GPIO扩展器●如何通过H桥驱动来连接步进电机●如何制作远程控制板●如何通过Pi生成脉冲宽度调制不论专业的电子工程师，还是有志于深入了解Raspberry Pi的技术人员，都可将本书用作参考书，随时参阅，从中汲取灵感。
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 Pi 7
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SSH 12
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 Cobbler 16
3.6 Gertboard 17
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 最好的电源 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 LED 29
5.1.2 PWR LED 29
5.1.3 FDX LED 30
5.1.4 LNK LED 30
5.1.5 10M或10/100 LED 30
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 SDRAM 37
6.1 /proc/meminfo 37
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 Dirty 42
6.1.17 Writeback 43
6.1.18 AnonPages 43
6.1.19 Mapped 43
6.1.20 Shmem 43
6.1.21 Slab 43
6.1.22 SReclaimable 44
6.1.23 SUnreclaim 44
6.1.24 KernelStack 44
6.1.25 PageTables 44
6.1.26 NFS_Unstable 44
6.1.27 Bounce 45
6.1.28 WritebackTmp 45
6.1.29 CommitLimit 45
6.1.30 Committed_AS 46
6.1.31 VmallocTotal 47
6.1.32 VmallocUsed 47
6.1.33 VmallocChunk 47
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的最后一点看法 52
第7章 CPU 53
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_t 59
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 mutex 63
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 USB 69
8.1 电源 70
8.2 供电集线器 70
8.3 USB API支持 71
8.3.1 libusb 71
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/network/interfaces 76
9.1.2 改变到静态IP 76
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 UART 91
11.1 RS-232转换器 91
11.2 RS-232 93
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 UART 98
11.4 ARM PL011 UART 98
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API 101
11.6.1 头文件 101
11.6.2 open(2) 101
11.6.3 结构体termios 102
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 GPIO 117
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LED 128
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 export 134
12.8.2 unexport 135
12.8.3 gpioX 135
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.c 147
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GPIO 154
12.15.3 写GPIO 154
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SCL 166
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 API 170
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 API 179
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 Linux 189
16.2 启动顺序 190
16.3 引导文件 190
16.4 config.txt 191
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.txt 212
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/inittab 220
17.2.1 inittab的行为initdefault 220
17.2.2 常规启动顺序 221
17.2.3 inittab的行为wait 223
17.2.4 inittab的行为once 223
17.2.5 inittab的行为respawn 224
17.3 改变运行等级 224
17.3.1 telinit 224
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
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 Pi 7
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SSH 12
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 Cobbler 16
3.6 Gertboard 17
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 最好的电源 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 LED 29
5.1.2 PWR LED 29
5.1.3 FDX LED 30
5.1.4 LNK LED 30
5.1.5 10M或10/100 LED 30
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 SDRAM 37
6.1 /proc/meminfo 37
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 Dirty 42
6.1.17 Writeback 43
6.1.18 AnonPages 43
6.1.19 Mapped 43
6.1.20 Shmem 43
6.1.21 Slab 43
6.1.22 SReclaimable 44
6.1.23 SUnreclaim 44
6.1.24 KernelStack 44
6.1.25 PageTables 44
6.1.26 NFS_Unstable 44
6.1.27 Bounce 45
6.1.28 WritebackTmp 45
6.1.29 CommitLimit 45
6.1.30 Committed_AS 46
6.1.31 VmallocTotal 47
6.1.32 VmallocUsed 47
6.1.33 VmallocChunk 47
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的最后一点看法 52
第7章 CPU 53
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_t 59
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 mutex 63
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 USB 69
8.1 电源 70
8.2 供电集线器 70
8.3 USB API支持 71
8.3.1 libusb 71
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/network/interfaces 76
9.1.2 改变到静态IP 76
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 UART 91
11.1 RS-232转换器 91
11.2 RS-232 93
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 UART 98
11.4 ARM PL011 UART 98
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API 101
11.6.1 头文件 101
11.6.2 open(2) 101
11.6.3 结构体termios 102
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 GPIO 117
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LED 128
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 export 134
12.8.2 unexport 135
12.8.3 gpioX 135
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.c 147
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GPIO 154
12.15.3 写GPIO 154
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SCL 166
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 API 170
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 API 179
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 Linux 189
16.2 启动顺序 190
16.3 引导文件 190
16.4 config.txt 191
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.txt 212
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/inittab 220
17.2.1 inittab的行为initdefault 220
17.2.2 常规启动顺序 221
17.2.3 inittab的行为wait 223
17.2.4 inittab的行为once 223
17.2.5 inittab的行为respawn 224
17.3 改变运行等级 224
17.3.1 telinit 224
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
精通Raspberry Pi
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