樹莓派 Zero W 安裝與內核驅動開發入門

本文轉載自查看原文 2020-09-06 23:27 1483 嵌入式

介紹

The Raspberry Pi Zero W extends the Pi Zero family and comes with added wireless LAN and Bluetooth connectivity.

缺點：沒有 ADC 數模轉換，自己想辦法加配件啊

產品圖

配置

歐盟合規認證

pi@raspberrypi:~ $ dpkg --print-architecture
armhf

armhf架構

安裝系統

格式化SD卡為FAT分區，用 Win32DiskImager 把系統鏡像如2020-08-20-raspios-buster-armhf-full.img寫入到SD卡。寫入后SD卡會分成兩個區，Windows下只能見到一個BOOT區
在BOOT分區下創建兩個文件，用於連接路由器和開啟SSH
1.空文件 ssh
2.Unix文本文件 wpa_supplicant.conf

ctrl_interface=DIR=/var/run/wpa_supplicant GROUP=netdev
update_config=1
country=CN

network={
    ssid="YourWifiName"
    psk="YourWifiPassword"
    scan_ssid=1
}

路由器WIFI賬號密碼寫你自己的。該文件會在初次系統安裝時被讀取用於配置WIFI，然后該文件就會被自動刪除。

把SD卡插回樹莓派，把usb數據線一端插到樹莓派zeroW（兩個口都可以，標有 USB 是數據+供電，標有 PWR IN 的是單供電），一端插到電腦上。
這時候樹莓派就會閃燈開機（如果沒有插SD卡，燈是一點都不會亮的）

等到樹莓派燈不怎么閃爍時，登陸路由器后台看看

遠程登陸

ssh

電腦cmd窗口輸入

ssh pi@192.168.123.8

密碼默認為 raspberry

修改密碼命令：

passwd

修改鏡像源

sudo sed -i 's|raspbian.raspberrypi.org|mirrors.ustc.edu.cn/raspbian|g' /etc/apt/sources.list
sudo sed -i 's|//archive.raspberrypi.org|//mirrors.ustc.edu.cn/archive.raspberrypi.org|g' /etc/apt/sources.list.d/raspi.list
sudo apt update

Windows遠程桌面(RDP)

安裝 Windows 遠程桌面服務

sudo apt-get install xrdp

效果圖

也可以用支持ssh rdp x11等多種協議的遠程控制工具 Mobaxterm

板載外設相關

高級設置

還有一些高級設置，可以通過命令行設置

sudo raspi-config

如果是可以安裝 rasp-AP

開啟 USB 網卡

作用：給樹莓派插上USB，連接到電腦，樹莓派被識別成一個 USB Ethernet/RNDIS Gadget 網卡

樹莓派配置：

本配置適用於樹莓派系統已經安裝完成的
啟動時加載 dwc2 USB driver

echo "dtoverlay=dwc2" | sudo tee -a /boot/config.txt

開啟 dwc2

echo "dwc2" | sudo tee -a /etc/modules

選擇網卡模塊並啟用(如果你要使用別的模塊，請參考以下鏈接，模塊不能使用多個只能一個)

echo "g_ether" | sudo tee -a /etc/modules

參考：

驅動：在微軟驅動官網下載並解壓 Acer Incorporated. - Other hardware - USB Ethernet/RNDIS Gadget Windows Vista版本的

圖中第一個就是 Windows Vista 版本的

解壓后，從設備管理器，右擊樹莓派那個USB嘆號設備（名字一般是未識別的），更新驅動，路徑選你解壓的路徑即可。

效果圖(我的是英文系統)
樹莓派系統-配置文件

設備管理器

IP地址可以通過 cmd 命令查看（先看你樹莓派USB Ethernet/RNDIS Gadget網卡的網段），如我的是 192.168.137.1
就輸入

arp -a | findstr 192.168.137

查看arp表里含有192.168.137的設備

C:\WINDOWS\system32>arp -a | findstr 192.168.137
Interface: 192.168.137.1 --- 0x41
192.168.137.233 da-xx-xx-xx-xx-24 static
192.168.137.255 ff-ff-ff-ff-ff-ff static
然后255是廣播地址嘛（計算機網絡知識），所以樹莓派的USB網卡ip地址就是 192.168.137.233 了

確保樹莓派開了SSH服務，然后
ssh -T pi@192.168.137.233
成功的話會提示你接受密鑰並輸入密碼，即找到並SSH測試連接通了樹莓派

設置網絡共享：電腦共享網絡給樹莓派用（通過USB Ethernet/RNDIS Gadget網卡）

圖盜自 https://gist.github.com/gbaman/975e2db164b3ca2b51ae11e45e8fd40a

當然也可以通過 ping raspberrypi.local
前提是你電腦裝了 mDNS 協議（一個局域網版本的DNS無服務端協議）支持軟件，如 Bonjour

CMD>ping raspberrypi.local

Pinging raspberrypi.local [fe80::f1b9:ff1f:c643:b627%66] with 32 bytes of data:
Reply from fe80::f1b9:ff1f:c643:b627%66: time=1ms
Reply from fe80::f1b9:ff1f:c643:b627%66: time<1ms
Reply from fe80::f1b9:ff1f:c643:b627%66: time<1ms
Reply from fe80::f1b9:ff1f:c643:b627%66: time=1ms

Ping statistics for fe80::f1b9:ff1f:c643:b627%66:
    Packets: Sent = 4, Received = 4, Lost = 0 (0% loss),
Approximate round trip times in milli-seconds:
    Minimum = 0ms, Maximum = 1ms, Average = 0ms

CMD>ssh pi@fe80::f1b9:ff1f:c643:b627%66

pi@fe80::f1b9:ff1f:c643:b627%66's password:
Linux raspberrypi 5.10.17+ #1421 Thu May 27 13:58:02 BST 2021 armv6l

The programs included with the Debian GNU/Linux system are free software;
the exact distribution terms for each program are described in the
individual files in /usr/share/doc/*/copyright.

Debian GNU/Linux comes with ABSOLUTELY NO WARRANTY, to the extent
permitted by applicable law.
Last login: Fri Jul 23 11:48:49 2021
pi@raspberrypi:~ $

記得把你電腦網絡 共享給 樹莓派 USB 網卡

GPIO 針腳

測試腳本（led_ctrl.sh）

#!/bin/sh

#控制GPIO口高低電平
echo $1 > /sys/class/gpio/export
echo out > /sys/class/gpio/gpio$1/direction
echo 1 > /sys/class/gpio/gpio$1/value

sleep 1 #延時1秒
echo 0 > /sys/class/gpio/gpio$1/value
echo $1 > /sys/class/gpio/unexport

給腳本加上執行權限

sudo chmod+x ./led_ctrl.sh

測試GPIO命令

# sudo ./led_ctrl.sh 你要測試的GPIO口號

sudo ./led_ctrl.sh 2

使用：在面包板上，LED燈接220Ω電阻，一腳接GND，一腳接你要測試的GPIO引腳。（當然我還用了 T 型拓展板）
效果：亮燈，一秒后滅燈

這里借一下別人的連線圖

http://www.ruanyifeng.com/blog/2017/06/raspberry-pi-tutorial.html

樹莓派學習二（點亮LED燈）

讓你的 Raspberry Pi 透過 GPIO 閃爍 LED 燈
Shell C C++ Java Python NodeJS 等語言均有支持GPIO的庫，詳情谷歌

這里pip換鏡像源，不說了我們先一起燒香謝謝方校長：
樹莓派使用 Python 驅動 SSD1306（IIC/SPI 通信）先測試IIC通訊，成功后再去玩 Linux C 編程實現I2C總線的OLED驅動 - 暮光小猿wzt。

開啟色相頭

樹莓派zero wh使用csi攝像頭模塊

查看硬件輸出信息

如查看 SoC 溫度(也就是常說的 CPU)

vcgencmd measure_temp

詳見：https://www.raspberrypi.org/documentation/raspbian/applications/vcgencmd.md

正確關機

sudo halt

驅動開發

https://www.raspberrypi.org/documentation/hardware/raspberrypi/bcm2835/README.md

譯文：BCM2835
這是樹莓派 A, B, B+, the Compute Module 及 Zero 系列所用的博通 CPU 芯片

請參考:
Peripheral specification 參考手冊
注：該文檔有一些錯誤，已知錯誤和一些額外信息可以點這里獲取
 GPU 文檔及其開源驅動
 ARM1176 processor
ARM1176JZF-S
Also see the Raspberry Pi 2 Model B's chip, BCM2836.

Peripheral specification（ARM 外設說明書）是博通的數據手冊，在其文檔介紹里可看到這么一行：

The purpose of this datasheet is to provide documentation for these peripherals in sufficient
detail to allow a developer to port an operating system to BCM2835.
There are a number of peripherals which are intended to be controlled by the GPU. These are
omitted from this datasheet. Accessing these peripherals from the ARM is not recommended.

總結：

資料名	文件名	網址
CPU 數據手冊	BCM2835-ARM-Peripherals.pdf	https://www.raspberrypi.org/documentation/hardware/raspberrypi/bcm2835/BCM2835-ARM-Peripherals.pdf
CPU 數據手冊錯誤修正與注意	BCM2835 datasheet errata - eLinux.org.mhtml	https://elinux.org/BCM2835_datasheet_errata
ZeroW 電路原理圖(schematics)	rpi_SCH_ZeroW_1p1_reduced.pdf	https://www.raspberrypi.org/documentation/hardware/raspberrypi/schematics/rpi_SCH_ZeroW_1p1_reduced.pdf
GPU 文檔	VideoCoreIV-AG100-R.pdf	https://docs.broadcom.com/docs/12358545
CPU 開源驅動	Brcm_Android_ICS_Graphics_Stack.tar.gz	https://docs.broadcom.com/docs/12358546

為方便大家使用，我已經把上面5個資料都打包了，下載地址：Pi_zeroW.zip 更新日期：2021-01-13

以上硬件資料均可在樹莓派官網 HardWare 文檔找到

軟硬件等更多資料詳見：https://www.raspberrypi.org/documentation/

PS. 樹莓派 ZeroW 的 CPU 是 BCM2835，該 CPU 內核是 ARM1176 processor 系列里的 ARM1176JZF-S

剩下的就是：看手冊/看寄存器/看電路圖->寫代碼了，和普通的 ARM Linux 驅動開發沒有什么兩樣
給個案例：

驅動編寫教程（非樹莓派，但大同小異）： [野火]i.MX Linux開發實戰指南-驅動章節
開發方式推薦：VSCode + Remote SSH + Linux X64 桌面操作系統(或虛擬機)交叉編譯環境和 NFS 服務 + 樹莓派掛載 NFS
在 VSCode 直接調用 Makefile 的方法：https://www.cnblogs.com/yucloud/p/vs_code_config.html#makefile
樹莓派掛載 NFS：

# 192.168.12.130 是你的服務器地址，一般是台式/筆記本/虛擬機系統上的 NFS Server
mount -t nfs 192.168.12.130:/mnt /media
#修改 /etc/fstab 文件，添加以下代碼，更多參數見 https://wiki.archlinux.org/index.php/Fstab_(簡體中文)#字段定義
192.168.12.130:/mnt /mnt            nfs     rw

NOTE: 不要在 zeroW 上編譯，因為它沒有樹莓派3 那么好的性能。

拉取代碼

pi@raspberrypi:~ $ uname -a
Linux raspberrypi 5.4.83+ #1379 Mon Dec 14 13:06:05 GMT 2020 armv6l GNU/Linux
# 根據版本號和Github倉庫代碼分支，可確定應該拉取  rpi-5.4.y 
# 然后在 筆記本或台式機上拉取代碼 git clone --depth=1 --branch rpi-5.4.y https://github.com/raspberrypi/linux
# 編譯構建部分請看以下官方資料

內核源碼及其編譯構建指南(請看 Cross-compiling 部分): https://www.raspberrypi.org/documentation/linux/kernel/building.md
raspbian 系統相關配置：https://www.raspberrypi.org/documentation/raspbian/
Github 搜索關鍵詞"rasp kernel module"
裸機編程（像STM32單片機那樣）Raspberry Pi Zero baremetal examples: https://github.com/dwelch67/raspberrypi-zero
樹莓派官方論壇-裸機及匯編區Bare metal, Assembly language

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