作者：程国钢
出版社：电子工业出版社
格式: AZW3, DOCX, EPUB, MOBI, PDF, TXT
树莓派就这么玩试读：
前言
一、为什么要写本书
Raspberry Pi（树莓派），简称 RPi 或者 RasPi/RPi，是 2012 年由英国的树莓派基金会（Raspberry Pi Foundation）发行的一款卡片计算机，它和目前风靡全球的苹果手机、安卓手机一样，采用了先进的 ARM 处理器，在如同信用卡大小、购买成本只需要 200 元左右人民币的硬件电路板上实现了个人计算机的全部功能，并且具有超强的可定制性、可扩展性和可玩性，用户既可以将其打造为自己的工作、学习计算机，也可以将其打造为家庭的媒体播放器、数据中心、游戏机，或者配合其他外部硬件模块实现空调控制、灯光控制等简单的智能家居。
对于大部分 IT 相关专业的学生及计算机爱好者而言，学习 Linux 操作系统和在 Linux下进行语言和硬件编程都是步入 IT 行业的必经之路，树莓派就是一台成本低廉、功能强大的专用学习机，可供用户学习和实践 Linux 基础操作、C 语言编程、脚本语言编程、硬件开发等知识。此外嵌入式系统爱好者还可以将其看作一台可以运行操作系统的嵌入式主机，搭配各种硬件模块，可实现工业或者商业的控制任务。
本书的作者从树莓派有消息传出时就一直在关注它、期待它，上市后更是第一时间购买并研究它，和世界上数百万计的树莓派用户一起用它实现了许多独特的功能，想把自己的心得和更多的玩家分享，于是有了这本书。
二、本书的特点
本书面向对树莓派有兴趣的读者，由浅入深地介绍了树莓派的相关知识及其应用方法，阅读本书并不需要太多的计算机相关知识，只需要有基本的计算机操作技巧即可。
本书提供了大量的实际操作实例，读者只需要一步步按照实例的引导操作，即可完成“了解树莓派”、“在树莓派上安装操作系统”、“使用树莓派的软/硬件”、“在树莓派下进行编程语言和硬件开发的学习”、“用树莓派实现学习和生活中的独特应用”等知识学习，读完本书之后读者不仅将熟悉树莓派的相关知识，还会获得自己的“学习机”、“下载机”、“网络存储中心”和“家庭媒体播放器”等。
此外本书还通过 54 个“扩展阅读”介绍了树莓派学习过程中的相关知识，可以大大拓展读者的视野。
三、本书的组成
本书可以大致分为以下4部分。
第一部分：包括第1章和第2章，介绍了树莓派的发展历史和硬件结构，还给读者展示了树莓派能实现的功能，阅读完本部分之后，读者会知道树莓派的出现过程，如何去获得树莓派，树莓派的每个结构部件及可以利用树莓派来做什么。
第二部分：包括第 3 章到第 5 章，介绍了在树莓派上安装操作系统的方法，还介绍了Raspbian 操作系统的使用方法及在该系统上安装和使用软件和硬件的方法，阅读完本部分之后读者会比较熟练地操作树莓派个人计算机，为下面两部分的学习打下良好的基础。
第三部分：包括第 6 章到第 9 章，介绍了如何把树莓派打造为“学习计算机”，在树莓派上学习软件和硬件知识，阅读完本部分之后，读者将学会如何在树莓派上进行C语言编程的学习、如何进行 Shell 和 Python 脚本语言编程的学习、使用 Scratch 和 Arduino 等编程环境，以及使用树莓派的外部接口引脚进行硬件相关知识的学习。
第四部分：包括第10章和第11章，介绍了如何用树莓派实现LAMP服务器、BT下载服务器、网络文件服务器 NAS 和家庭媒体播放器等应用，还介绍了在树莓派上运行著名的游戏Quake （雷神之锤）3的方法，以及使用“复古派”将树莓派变成一台“彻头彻尾”的游戏机的方法，阅读完本部分之后读者将知道树莓派的诸多“千奇百怪”的实际应用，激发更加深入学习和“玩”树莓派的兴趣。
四、其他
本书写于 2014 年夏天，这时树莓派的家族已经有了第四个成员（B+型树莓派已经发布），树莓派的热潮正在扑面而来，越来越多的用户和玩家投入它的怀抱，本书是基于目前使用最为广泛的B型树莓派完成的，由于B+型树莓派对于B型树莓派变化不大，所以本书的大部分知识对于B+型树莓派也适用。
本书由程国钢编著，此外，高克臻、张云霞、许小荣、王龙、张银芳、周新国、陈作聪、聂阳、沈毅、蔡娜、田伟、张玉兰、张秀梅、李爽也参与了本书的编写工作。
鉴于作者的能力和精力原因，本书只能是抛砖引玉之作，希望能和大家一起深入学习、研究树莓派，更好地玩转树莓派。书中的谬误，还请大家不吝指教，也期待大家的交流，作者的邮箱：alloyinrunning@gmail.com。
此外作者还正在努力，希望能尽快完成一本在树莓派上进行硬件开发的书，该书将是本书的延伸与补充，介绍如何使用树莓派来控制硬件设备。编著者第1章树莓派的前生今世
树莓派不是一款用树莓制作而成的糕点，而是一台价格低廉（不到 300 元人民币）、体积小巧（信用卡大小）、功能强大的计算机主机，本章将带你进入它的世界。1.1 走进树莓派的世界
这一节让我们走进树莓派的世界，认识什么是树莓派，以及它到底能干什么。1.1.1 树莓派是什么
树莓派的英文名为 Raspberry Pi，简称为 RPi 或者 RasPi/RPi，是 2012 年由英国的树莓派基金会（Raspberry Pi Foundation）第一次发行的一款卡片计算机（图1.1），它可以使用普通显示器或者电视作为显示设备，并且外接标准键盘和鼠标来构成一个具有完整功能的个人计算机。
可以看出树莓派和普通的公交卡尺寸差不多（图1.2）。图1.1 Raspberry Pi实物图1.2 树莓派和普通公交卡体积对比
树莓派具有个人计算机的绝大部分功能，用户可以使用它完成网页浏览、视频播放、文档处理等工作，可以进行Python、C、Shell、Scratch等编程语言的学习和应用开发，并且由于它提供了良好的可扩展性，用户可以使用它配合其他工具来进行一些自由度极高的应用或者干脆将其作为一个高级的“玩具”（参考 1.2.3 节）来实现温度监控、智能家居和微博机器人等。
树莓派基金会（官方网站：http：//www.raspberrypi.org/）是注册在英国的一个慈善教育机构，其创始人是 Eben·Upton（埃·厄普顿），主要目标是提高成人和儿童在计算机及其相关学科领域的教育水平。2006 年，以埃·厄普顿为首的几位剑桥大学计算机实验室（University of Cambridge’s Computer Laboratory）的科学家希望为负担不起个人计算机（PC）的家庭和孩子提供一种廉价的学习计算机科学的工具，同时也希望改变因为电子技术飞速发展带来的个人计算机功能过于强大，反而导致使用者对计算机最核心的基础知识掌握不牢固的现状，他们使用移动设备的处理器（ARM）为核心来设计了一款计算机并且开始公开发售，在两年内售出了数百万台，获得了以千万计的用户。
扩展阅读01：在哪里购买树莓派
目前树莓派在中国大陆由深圳韵动电子（官方网站：http：//www.egoman.com.cn/）负责销售，在淘宝和京东等网上商城都能直接购买，其中绝大多数都是红版B型的树莓派，在购买时一定要注意不要购买山寨产品。
从图 1.1 和图 1.2 看到的树莓派是一块小小的电路板，它是树莓派的硬件或者说是“主机”；我们知道一台完整的计算机需要在硬件上安装操作系统才能被用户使用，树莓派也不例外，在其上可以安装多种不同的操作系统，然后用户就可以如同使用普通的计算机一样使用它（图1.3）。图1.3 树莓派的Raspbian操作系统
树莓派基金会为树莓派提供了一个叫Raspbian的专用操作系统，它是Linux操作系统的一种（官方网站：http：//www.raspbian.org/）。在普通计算机上，用户可以自行安装多种操作系统，也可以自行在树莓派上自行安装其他操作系统，本书将在第 3 章介绍如何在树莓派上安装操作系统，很可惜的是，由于硬件系统架构及版权费用等原因，树莓派并不支持目前应用最为广泛的Windows操作系统。
扩展阅读02：操作系统及常见的个人计算机操作系统
操作系统（Operating System，简称OS）是管理和控制计算机硬件和软件资源的计算机程序，是“直接”运行在硬件系统上的最基本系统软件，是用户、计算机硬件及其他应用软件的交互接口（图1.4）。
操作系统可以分为个人计算机（PC）操作系统、服务器操作系统及其他专用操作系统（包括嵌入式设备）三大部分，目前（2014年6月）常见的个人计算机操作系统有如下三种：图1.4 操作系统的层次关系
● Windows：“视窗”操作系统，是微软公司（Microsoft）采用图形化模式设计的一套操作系统，是目前在个人计算机上占有率最高的操作系统，发展到现在已经有几十个版本，目前被广泛使用的版本包括 Windows 8 （8.1）和Windows 7。
● OS X：OS X是苹果公司在UNIX基础上为自己的Mac计算机设计的操作系统，是世界上第一个采用“面向对象操作系统”的操作系统，具有简单应用，安全性高的特点。
● Linux：Linux 是一套免费使用和自由传播的类 UNIX 操作系统，具有免费、可靠、安全、稳定、支持多平台的特点，许多商业公司和团体基于相同的Linux内核包装出了不同的发行版，树莓派的Raspbian操作系统即为Linux的一种。1.1.2 树莓派能干什么
树莓派从构建开始就承载了“教育”这一重要的重任，可以让用户在其上学习普通计算机的大部分操作（主要是基于 Linux 系统），还可以通过外部扩展接口完成硬件电子电路设计的学习，此外它还是极客（Geek）玩家手中的创新玩具，本节将带你进入树莓派缤纷应用的世界。
扩展阅读03：极客（Geek）
极客是美国俚语“Geek”的音译，最开始是一个贬义词，用于形容那些头发乱糟糟、不修边幅的专注于某个领域的怪人；随着互联网文化的兴起，这个词含有智力超群和努力的语意，又被用于形容对计算机和网络技术有狂热兴趣并投入大量时间钻研的人。
目前，在国外普遍定义的极客是指一些喜欢在业余时在计算机网络上与人交往的人，一般认为在计算机和网络上生活的人就是极客，但和工作中必须使用计算机的人不同，极客需要把他们的休闲时间也在计算机中度过，极客也可能是计算机高手也可能不一定是计算机高手，不过大部分都对计算机有莫大的偏爱，他们可能会把一切新鲜玩意儿都弄来搞搞。他们每天打开计算机蜂拥进因特网去追求自己的地下文化。
1.使用树莓派进行网络浏览
树莓派可以满足使用者对各种网络应用的需求，它可以浏览网页（图 1.5）、登录 BBS和朋友进行交互（图1.6）、下载文件等。图1.5 在树莓派上浏览本书作者的新浪旅游博客（地址blog.sina.com.cn/alloeat）图1.6 使用Qterm登录水木社区论坛
2.使用树莓派进行简单办公
在树莓派中可以进行简单的办公应用，包括文档编辑（图1.7）、PDF浏览（图1.8）、使用计算器进行数学或者逻辑等运算（图1.9）和使用Office工具（图1.10）等。图1.7 使用Leafpad在树莓派中编辑文本文件图1.8 使用Xpdf浏览PDF文件图1.9 在树莓派中使用计算机进行简单数学计算图1.10 在树莓派中启动LibreOffice
3.使用树莓派学习编程开发
树莓派是为了教育和学习计算机相关知识而诞生的，利用它进行编程语言的学习自然是其重要的功能之一，用户可以使用树莓派进行 C 语言编程（图 1.11）、脚本语言编程（图1.12）和Scratch语言编程（图1.13）的学习；还可以使用树莓派搭配其他硬件扩展模块来学习硬件开发（图 1.14），读者可以在第 6 章～第 9 章中找到在树莓派上学习它们的详细方法。图1.11 在树莓派下进行C语言编程开发图1.12 在树莓派上使用IDLE3进行脚本语言Python的开发图1.13 在树莓派上学习Scratch语言图1.14 使用树莓派学习硬件开发
4.树莓派的Geek应用
树莓派是一台小型的计算机，它能完成计算机的基础功能，而在极客（Geek）手里它拥有更多超乎你想象的应用。
● 树莓派作为个人网站服务器，搭建LAMP（Linux Apache Mysql PHP）来建立一个简单的个人网站，测试 PHP 网页等（图 1.15），本书将在第 10 章中详细介绍其建立过程。图1.15 树莓派作为个人网站服务器
● 现代家庭通常需要一个家庭的网络服务器（NAS），用于存放大量的视频、照片等供家人在多个设备（如计算机、平板、手机等）共同访问，可以使用树莓派外接大容量存储设备（通常是 USB 硬盘）并且安装 Samba 服务来实现（图 1.16），同时该树莓派还可以实现下载机的功能，独立使用下载工具下载网络资源，本书将在第 10 章中介绍其建立过程。图1.16 树莓派实现的家庭网络服务器
● 随着流媒体技术和视频网站的飞速发展，网络视频播放器逐步成了家庭生活的一部分，将其连接到电视上则可以在线或者离线播放各种视频、音频、图片，国内市场上有大量的各种“盒子”出售，其中比较有名的有谷歌电视棒、Apple TV、小米盒子等。而如果在树莓派上安装对应的 XBMC 系统/软件，则也可以将其作为家庭媒体中心来使用，有精美的人机交互界面，支持优库、土豆等多个视频网站的在线播放，支持外接存储器上媒体的离线播放，同时还可以使用手机对其进行遥控（图 1.17），本书将在第11章中介绍其建立过程。图1.17 树莓派上的XBMC
● 无线路由器应该是树莓派最常见Geek应用了，将其有线网络接口连接上外部网线，插上 USB 无线网卡，使用无线网络共享，即可将树莓派构建成一个无线路由器。此外还可以在树莓派上安装OpenWRT系统来实现拨号和其他更高级的功能（图1.18）。图1.18 使用树莓派实现可拨号的路由器
● 树莓派提供一个通用的输入/输出接口（GPIO），其中部分接2口还是符合某些通信协议规范的（如 IC 总线接口），所以树莓派可以外接温度、实时时钟等测量模块，也可以驱动继电器、开关等外部执行机构，将两者结合起来，树莓派就可以实现智能家居，例如，根据室内的温度开启或者关闭空调，定时开关灯等，本书在第9章中介绍一个基于树莓派的智能家居的基础原型。
● 由于树莓派是一台独立的计算机，所以还可以将许多个树莓派连接在一起构建一台超级计算机，美国南安普顿大学的计算机工程师Simon Cox即用64个树莓派搭建了一台微型超级计算机（图 1.19），他将这些树莓派像搭积木一样累加在一起，通过有线网络将它们连接在一起，使用MPI（Message Passing Interface）标准来实现。图1.19 64个树莓派搭建的超级计算机
● 树莓派还可以被打造成一个游戏机，除了在操作系统下安装各种模拟器和雷神之锤这样的游戏之外，一个名叫复古派（RetroPie）的项目还可以把树莓派变成一个支持外接手柄，启动后即可运行各种游戏的游戏机（图1.20），本书将在第10章中介绍如何打造这个游戏机。图1.20 树莓派打造的游戏机1.2 树莓派的兄弟姐妹
树莓派虽然诞生时间不长，但是也拥有了四位家族成员（A型树莓派、B型树莓派、B+型树莓派和即将正式铺货的工业用树莓派），让我们来一一认识它们。1.2.1 树莓派的发展史
树莓派这个想法是树莓派之父厄普顿在 2006 年就提出来了，促使他有这个想法的主要原因是他发现越来越多计算机学院的新生对计算机本身不再熟悉，既不会编写程序代码，也不会使用命令行操作，只会在图形界面下使用计算机，最多进行一些简单的网页设计。此外由于一台普通家用计算机的价格过于昂贵，家长和学校往往不允许孩子/学生肆意地折腾这些计算机，这大大束缚了他们的主观能动性。
在 2006—2012 年，厄普顿和他的朋友们创建许多版本的树莓派模型，他们最开始想使用 ATMEL 公司的 ATmega 处理器作为核心处理器，后来更换为 ARM 处理器，其中最接近目前大部分人使用的树莓派的版本是一个仅由ARM处理器、USB接口和HDMI接口组成的超小型树莓派（图1.21）。图1.21 处于研发阶段的超小型树莓派模型
2011 年8 月，树莓派基金会发布了第一批共50片测试用的树莓派，其功能和现有的B型树莓派类似，但是体积更大，在该测试版本的树莓派上开发者第一次演示了基于LXDE桌面（一种轻量级Linux操作系统桌面）的Linux操作系统，还演示了使用1080P分辨率运行Quake3（雷神之锤3）游戏的画面。
2012 年 2 月，树莓派开始发售，疯狂的购买者导致了官方网站的瘫痪，在发售的同时树莓派的第一版（A型）宣布将内存大小从128MB升级到了256MB。
2012年4月，第一个用户收到了他订购的树莓派，同年9月5日树莓派基金会公布了B型的第二次修订版。
2012 年 7 月，树莓派基金会发布了官方推荐使用的操作系统 Raspbian，这是一个基于Debian的Linux发行版。
2012年12月，树莓派基金会发布了自己的应用商店The Pi Store（图1.22），开发者可以在其中分享自己制作的应用程序，由于树莓派本身符合 GPL 协议，所以商店中的绝大部分软件商品都是免费且开源的。图1.22 树莓派商店（The Pi Store）
截至2013年11月树莓派的出货量已经达到了200万台。
扩展阅读05：GPL协议
GPL 协议是 GNU（GNU′s Not UNIX，发音为 Gun-NOO）通用公共许可证（General Public License）的缩写，对于用户来说其用于保证符合该协议的软件是自由的（不一定免费），要求符合GPL协议的软件具有以下三个特点：（1）软件以源代码形式发布，并且支持用户自由分发。（2）如果软件的开发者在软件中使用了任何符合 GPL 协议的内容，则该软件必须符合GPL协议。（3）GPL不限制开发者以商业模式进行包装和发行软件。
GPL 协议只是 GNU 提出的三个协议中最为严格的一种，由于并不太适应商业软件的应用，所以还有相对较为宽松的 LGPL（GNU 较宽松公共许可证）和 GFDL（GNU 自由文档许可协议）。1.2.2 A 型和B型树莓派
截至2014年6月发布的树莓派硬件有A型和B型两种，其中后者（售价35美元）可以看作是前者（售价 25 美元）的升级版，它们有大部分相同的架构，只是在内存大小和外围接口上有所不同，它们的硬件规格对比如表1.1所示。表1.1 A型和B型树莓派对比
可以看到 B 型的树莓派除了价格略高之外，在硬件规格各方面都要超越 A 型树莓派，目前在国内市场上销售的大部分都是红色B型的树莓派。
扩展阅读06：红版树莓派和绿版树莓派
目前市场上常见的树莓派（包括 A 型和 B 型）有绿色电路板和红色电路板两种，许多用户弄不清楚它们到底有什么区别，有传言说绿色电路板的性能和质量要高于红色电路板。
2013 年 2 月，深圳韵动电子（官方网站：http：//www.egoman.com.cn/）获得了树莓派在国内的生产及销售权限，为了便于区分市场，树莓派基金会要求其在中国大陆销售的树莓派一律采用红色的 PCB 并且去掉电路板上的美国联邦通信委员会（Federal Communications Commission，FCC）认证以及欧洲统一（Conformite Europeenne，CE）认证标志，除此之外，红色版本树莓派和绿色版本树莓派并没有其他差别（正面有三颗大钽电容的产地有可能有区别）。
目前所有的红版树莓派均在中国大陆生产，绝大部分绿版树莓派也在中国大陆生产（产能不足，部分在英国本土生产），除了供货因素可能导致的部分批次产品使用了海力士（Hynix）而不是三星（Samsung）的 FLASH 芯片以及由于相同的原因导致的电源芯片厂商不同的区别外，采用的电路设计、电路元件都是相同的。
此外可能还有极少量蓝色电路板的树莓派，这也是专供海外市场的，其设计和用料和红版、绿版没有区别。1.2.3 B+型树莓派
2014 年 7 月上旬，树莓派基金会发布了 B 型树莓派的升级版本 B+型树莓派（图1.23），其依然采用和 B 型树莓派相同的处理器和同样大小的内存，相对 B 型树莓派而言主要区别如下：图1.23 B+型树莓派
● 顶部左侧的外部接口从 26 针扩展到了 40 针（其实质是将 B 型树莓派的 3 个插针座合并了）。
● 将USB 2.0接口从2个扩展到了4个，并且针对热插拔和过流保护进行了改善，这个改善是巨大的，我们再也不用为 USB HUB和插上USB之后设备死机而困扰了。使用 Micro SD 接口替换了原生的 SD 卡接口，所以 B+树莓派将使用 Micro SD （TF）卡。
● 整体功耗降低了0.5～1W，减少了100～200mA的电流需求。
● 采用专用的低噪声电源设计来优化了音频电路，提高音质。
● 移除了 AV 端子接口，但是可以从 3.5mm 的耳机插口中输出视频信号（该种视频/音频二合一类型的插口在目前的智能设备中被广泛使用）。
● 使用了更为简洁的外形，把所有 USB 接口和电路板边缘对齐，并且在电路板上设计了4个固定孔。
● 改进了电源方案，将 3.3V 和 1.8V 的线性稳压电源芯片的输出提升到了 2A，并且当供电电源电压低于4.7V的时候，电路板上的电源指示灯将熄灭。
整体来说，B+型的树莓派只是对 B 型树莓派的小改升级，本书虽然是基于 B 型树莓派的，但是绝大部分知识对B+型树莓派也成立。
注意：在B+型的树莓派上的40针插座上提供了两个在第一版树2莓派（A型或者B型第一版）中就有的一个 IC 总线接口引脚，这两22个引脚是备用于扩展 IC 总线接口的 EPROM 芯片的，在启动的时候 BootLoader 程序会对这个接口进行读/写操作以获取相应的配置信息，虽然目前这两个接口引脚没有被使用，还是不要在上面连接其他设备，以免启动失败。
扩展阅读07：增加B+型树莓派的USB输出电流
B+型树莓派的USB接口的默认输出电流是600mA，但是可以通过以下两种配置方案将其配置为1.2A：
第一种方法是修改树莓派的/boot/config.txt文件，添加如下两项：
修改之后需要重启树莓派。
第二种方法是通过控制树莓派的外部通用引脚来实现的，由于BCM ARM芯片的38引脚用于控制USB的电流输出，因此可以通过gpio命令行进行操作（gpio命令的介绍参考第9章），在终端中输入如下命令：
应该先设置引脚38为输出再输出电平，如上操作是为了避免输出失误。
在实际测试中使用 B 型树莓派外接了两个 USB 设备并且给它们供电，当设置输出的电流为默认的 600mA 时由于供电电流不足，树莓派系统不能正常启动，总是在重启；当设置输出电流为 1.2A 之后树莓派则能正常启动，可以带动普通的 2.5 寸移动硬盘；另外当发现B+树莓派的电源指示灯（LED）开始闪烁时，说明目前供电电流不足。1.2.4 面向商业和工业用途版本的树莓派
根据树莓派基金会在 2014 年 4 月初发布的消息，他们正在准备发布一款面向商业和工业用途的树莓派计算模块（Raspberry Pi Compute Module）（图1.24），其将树莓派的大部分功能都放到了一个小型的采用 DDR2 SODIMM 标准金手指接口的电路板上，以便于将该模块接入其他计算机系统。
新款的树莓派计算模块没有了树莓派 A 型和 B 型的传统对外接口（包括电源、USB、通用 I/O、HDMI、SD 卡读卡器等），并且采用了 Broadcom BCM2835 片上系统和板载512MB RAM及4GB的eMMC存储器的方案，所以不再需要外接SD卡。图1.24 即将发布Raspberry Pi Compute Module
为了便于该模块独立工作，树莓派基金会还为该模块提供了一个接口板（Compute Module I/O Board）（图 1.25），新的树莓派计算模块可以像普通笔记本内存一样插入该接口板，并且树莓派基金会还在该接口板上提供了HDMI接口、USB接口、MicroUSB电源接口以及其他一些更加灵活的接口。图1.25 即将发布的Compute Module I/O Board1.3 树莓派的表亲们
在树莓派出现之后，卡片计算机开始在全球风靡，包括 Intel 在内的公司推出了许多类似的卡片计算机及和这些包括树莓派在内的卡片计算机配合使用的外接模块，而中国内地的各个山寨厂商更是“不甘落后”地推出了各种山寨版本的树莓派产品，这些产品大多数性能
试读结束[说明：试读内容隐藏了图片]