Смарт ТВ 

Как писать и запускать программы на Raspberry Pi

Программирование Raspberry Pi 3 - это как раз то, для чего большинство людей и берет этот одноплатный компьютер. Здесь сразу же следует отметить, что в этом материале не будет изложено инструкций, подробно раскрывающих, как и что нужно делать - таких в «сети» полно. Однако, рекомендуется читать официальную документацию и специализированные формы. Вместо этого в статье будут рассмотрены основные моменты, из которых станет понятно, что на Raspberry Pi программирование не отличается сложностью.

Python - это основной язык Raspberry Pi

Почти все владельцы Raspberry Pi понимают, что означает первое слово в названии одноплатника - "малина". Однако второе многие интерпретируют неверно.

Некоторые считают, что оно означает "Пи" (3,14…), другие думают, что это первые две буквы слова Pie (пирог, и в этом есть смысл - "малиновый пирог"). Однако на деле все иначе.

Pi - это сокращение от Python, только с заменой y на i. Так часто делают в программировании. Взять, например, хотя бы KDE, где во многих программах вместо С написано K (в угоду стилю): Konsole (правильно - Console), Konqueror (Conqueror) и т. д.

То есть, как не трудно догадаться, в Raspberry основным языком является "Пайтон". Поэтому владельцу "Малины", который пока не знает никакого ЯП, рекомендуется изучать именно этот. Причин, почему Raspberry Pi 3 программирование на Python наиболее лучшее решение, существует множество.

Вот лишь некоторые из них:

  • работа из коробки в Raspbian;
  • наличие обширной, хорошо документированной официальной библиотеки, которая уже включена в пакет;
  • простота языка и т. д.

Здесь по понятным причинам не будем рассказывать о языке и особенностях программирования на нем - это можно и нужно делать на официальных ресурсах (или, если не позволяет плохое знание английского - на специализированных).

Вместо этого будет рассмотрено, насколько легко можно программировать "Малину". Для примера возьмем Raspberry Pi 3 GPIO программирование. Сделаем предположение, что в наличии имеется все необходимое: провода, светодиод, резистор и прочее, а также присутствует понимание распиновки - нумерации пинов. Также предположим, что светодиод подключен к 11 порту.

Написанный ниже код включает лампочку на 5 секунд, а затем выключает ее:

# вначале подключим необходимую библиотеку

import RPi.GPIO as GPIO

# также понадобится библиотека, которая отвечает за ожидание (она нужна, чтобы установить интервал включения и выключения лампочки)

# чтобы запустить GPIO, понадобится выполнить следующую функцию

GPIO.setmode(GPIO.BOARD)

# теперь Python знает о GPIO, и ему можно указать на то, с каким портом нужно будет работать и что он должен делать (в данном случае - 11-м и он будет работать на выход)

GPIO.output(11, 1)

# теперь выключим (0 - значит false)

GPIO.output(11, 0)

Указанный код можно скопировать, вставить в документ и сохранить его с расширением.py, расположив, например, в домашней директории. Затем его нужно запустить командой: python ~./имя_файла.py.

Если все работает, то оборудование исправно.

Следует отметить, что, если вы плохо понимаете вышеуказанный код, обратитесь к документации и изучите основы программирования на Python, а также библиотеку GPIO. А если у вас есть хотя бы базовое понимание любого ЯП, то осознаете, что приведенный пример предельно прост.

Программирование на других языках под Raspberry

Программирование на C для Raspberry Pi или на других языках программирования почти ничем не отличается от того, что предполагает написание кода под другими платформами. Единственное - необходимы специальные библиотеки.

Библиотека WiringPi для работы с GPIO

Если интересует Raspberry Pi программирование на C/С++ и работа с GPIO, то требуется установить в систему непосредственно сам gcc, а затем библиотеку wiringPi - ее можно найти на GitHub. В описании к ней присутствует мануал по использованию.

Следует отметить, что для установки библиотек из GitHub, требуется утилита GIT. Если в системе ее нет, понадобится поставить из репозитория (полное имя: git-core).

Программирование "Малины" при помощи Java

Желающие программировать Raspberry Pi на Java, должны обратить внимание на Pi4J - библиотеку, которая предназначена специально для работы с "Малиной". Загрузить и узнать о ее особенностях можно на официальном сайте проекта.

Интересно то, что изначально "Малина" разрабатывалась непосредственно для обучения детей программированию. Создатель этого устройства заметил, что уровень понимания функционирования компьютеров у современных студентов значительно ниже, чем у тех, кто учился в 90-х. Он связал это с тем, что вычислительные устройства стали предельно просты: если раньше увлеченным электроникой детям и подросткам приходилось разбираться в командах терминала и даже самостоятельно писать код, теперь все делается посредством нажатия на пару кнопок.

Поэтому, естественно, предусмотрено визуальное программирование Raspberry Pi. В частности, для этого применяется язык Scratch со специальным сервером - GPIOSERVER. В Сети существует множество мануалов, которые помогают освоиться с соответствующими программами, поэтому рассматривать их смысла нет.

Перечисленными языками не ограничиваются возможности "Малинки". С ней можно взаимодействовать в том числе и при помощи PHP, Ruby, Perl и прочих ЯП. Почти под каждый популярный язык существуют хоть и не официальные, но зато рабочие и достаточно функциональные библиотеки. Однако опять следует упомянуть, что лучше для программирования Raspberry использовать именно "Пайтон".

Что делать, когда нечего делать?
Попробовать что-нибудь новое!

Если вы приобрели Raspberry Pi просто ради любопытства, не отдавая себе отчёта в том, для чего он конкретно вам нужен, то наверняка с каждым днём вам становится всё труднее найти для него
применение. Вы уже с ним вдоволь наигрались. Попробовали установку разных операционных систем, послушали музыку, посмотрели видео, попробовали поиграть и порисовать… И наверняка с огорчением для себя сделали вывод - «Всё ж таки Raspberry Pi мало годится для использования в качестве настольного компьютера». Слишком он уж медленный и задумчивый, по сравнению с обычным компьютером. И вроде бы ничего серьезного с ним сделать нельзя. Остаётся лишь найти ему применение в качестве либо медиацентра, либо простенького интернет-сервера, который не страшно
оставлять включённым круглые сутки…
Но всё ж таки Raspberry Pi может делать одну вещь гораздо более эффективнее, чем любой домашний компьютер- он может управлять внешними устройствами. Устройства могут быть абсолютно любыми, от обычной лампочки, до беспилотного летательного аппарата. В данном случае, область применения Raspberry ограничена лишь вашей фантазией и знаниями. И если вы никогда и ничего подобного не делали, но это вас заинтересовало, то эта статья для вас. И так, начнём.
Чтобы общаться с любыми внешними устройствами и управлять ими, Raspberry Pi имеет на борту интерфейс, называемый GPIO . Это аббревиатура от General Purpose Input Output . А по-русски, это низкоуровневый интерфейс ввода-вывода прямого управления. На плате Raspberry он находится в углу, в виде гребёнки из 26 штырьков, рядом с видеовыходом. Т.е.
через этот интерфейс Raspberry может слушать и отдавать команды любому внешнему устройству, например беспилотнику. Но сегодня мы беспилотник строить не будем, начнём с обычной лампочки, а точнее светодиода, который и исполнит роль подопытной лампочки. Наша задача- заставить светодиод, подключённый к Raspberry включаться и выключаться по его команде. Кроме того, дабы убедиться, что эти включения происходят вполне осознано и так, как мы этого хотим, а не благодаря каким-то глюкам в недрах процессора, мы привнесём в нашу программу элемент
общения с нами. Т.е. отстроим чёткую иерархию- Raspberry управляет светодиодом,
а самим Raspberry управляем мы. Теперь надо подготовиться и раздобыть где-то
несколько вещей. Во-первых, нужно найти светодиод :

Его можно достать из старой сломанной игрушки, из зажигалки с фонариком, попросить у знакомого радиоэлектронщика, в конце концов, просто купить.
Во-вторых, понадобятся проводочки любые и парочка коннекторов BLS :


Такие коннекторы можно вытащить из старого системного блока вместе с проводами, или попросить у знакомого компьютерщика, или тоже купить. Они прекрасно подходят для подключения к разъёму на Raspberry. Начнём с планирования используемых портов. Порт- это грубо говоря штырёк на разъёме. Так, как штырьков там много (26), то и портов тоже много. А чтобы в них не
запутаться, то каждому порту присвоен свой номер и обозначение. Следует заметить, что не все штырьки в этом разъёме являются портами. Некоторые штырьки
подключены к источникам напряжения, а некоторые вообще никуда не подключены (По секрету, на самом деле они всё-же подключены, но ими пользоваться нельзя, можно
убить свою Малинку. Поэтому лучше вобще их не трогайте).
Вот собственно как
эти порты расположены на плате:

Чтобы светодиод зажёгся, нам нужно его подключить к источнику питания. Выбираем для питания светодиода Р1-01 , верхний по рисунку штырёк, на котором присутствует
напряжение 3,3в. Для управления светодиодом нам понадобится один порт GPIO. Можно выбрать любой. Но если у вас есть разъём BLS, то удобнее в данном случае использовать порт, который выведен на штырёк P1-03 и называется GPIO 0 . В таком случае мы, воспользовавшись одним разъёмом, сможем подключить наш светодиод. И так, мы будем подключать светодиод между ножками разъёма P1-01 и Р1-03 . С вывода Р1-01 мы берём +3,3в для питания светодиода, а вывод Р1-03 будет тем самым управляющим выводом порта GPIO. Все эти порты физически находятся внутри центрального процессора Raspberry Pi, который называется BCM2835. Этот процессор может подключать любой порт к источнику напряжения 3,3в, а может подключить порт к 0 питания (а может вообще никуда не подключать, но об этом позже). Эти переключения он делает в соответствии с поданной командой. Значит, когда порт будет подключён к напряжению +3,3в, наш светодиод гореть не будет, т.к. току некуда идти. А когда процессор подключит порт к 0, то наш светодиод загорится, т.к. ток побежит от +3,3в к 0 через светодиод. Значит наша программа должна будет отдавать соответствующие команды процессору в соответствии с нашим желанием.
Маленькое, но важное
отступление. На самом деле, мы не должны подключать светодиод напрямую между источником питания +3,3в и выводом порта. Это нельзя делать по двум причинам. Причина первая: любой светодиод нормально работает при определённом токе. Если через светодиод потечёт большой ток (а выход +3,3в способен отдать до 50мА), то светодиод сгорит. Если маленький ток, то светодиод будет гореть слишком слабо, либо вообще не будет светиться. Для большинства обычных светодиодов рабочий ток находится в пределах 10-20мА. Отсюда вытекает и вторая причина (хотя в данном случае она несущественна). Если мы пропустим большой ток через порт GPIO, то этим самым мы уничтожим процессор и Raspberry- умрёт. Поэтому, мы должны следить, чтобы через порт не протекал ток больше допустимого. Примем для себя ограничение в 16мА, так мы точно не сожжем процессор. Как этого добиться? Очень просто! Нам нужно последовательно со светодиодом
включить токоограничивающий резистор. И сейчас мы его рассчитаем.
Примем для светодиода рабочий ток в 10мА. Убеждаемся в том, что выбранный нами ток не превышает предельно допустимый ток для порта в 16мА. Теперь зная напряжение питания 3,3в и рабочий ток 10мА, мы можем по закону Ома рассчитать необходимое нам сопротивление. R=U/I=3,3/0,01=330Ом . Значит нам нужно найти резистор с сопротивлением 330Ом. А точнее- сопротивлением не менее 330Ом. Больше- можно. Светодиод будет заметно светиться и при сопротивлении 1000 Ом, или 1кОм. В общем наша задача- найти резистор с
сопротивлением от 330 Ом до 1кОм. Если вы его нашли, то можно собрать вот такую схему:


Схему лучше собрать на макетной плате. Лично мне, для экспериментов, мой сын дал на прокат свой конструктор «Знаток».
Так выглядит схема в сборе:

Так мы подключаемся к Raspberry:

А вот общий план всей конструкции:

В крайнем случае, можно просто скрутить выводы элементов. Но в этом случае нужно следить за тем, чтобы оголённые ножки элементов случайно не попали на контактные площадки Raspberry. Это может убить его. Так же стоит обратить внимание на то, что светодиод должен подключаться Анодом к + источника питания, т.е. в нашем случае это Р1-01 . Как найти на светодиоде Анод? Очень просто! Достаньте из любого ДУ батарейку на 1,5В и подключите к ней ваш светодиод. Если он не зажёгся, поменяйте выводы местами. Если зажёгся- то на + батарейки и будет Анод светодиода.

Если вы собрали схему, то отложите пока её в сторонку. Теперь мы займёмся второй частью задачи - написанием программы управления светодиодом. Писать эту программу мы будем на языке Си.
Почему на именно на Си? Просто по тому, что я других языков не знаю, а раз вы читаете эту статью, то скорее всего вы тоже немного знаете о программировании и радиоэлектронике, а значит, вам всё равно с какого языка начинать.
Обычно изучение языков программирования начинают с написания программы «Hello World!», но мы же круче «тех» чайников, поэтому мы начнём сразу с низкоуровневой работы с периферией. Тем более, что это не намного сложнее ХеллоуВорлда. ;) Что для этого нужно? Нужен любой текстовый редактор, в котором мы будем набирать программу. В Raspbian есть отлично подходящий для этого редактор “nano ”. Ещё нужен компилятор, это программа, которая осуществляет перевод написанной нами программы с человечески понятного языка на язык, понятный компьютеру. Т.е. делает из нашей программы исполняемый файл, который мы впоследствии и запустим на Raspberry. Эта штука тоже у нас есть, называется gcc . Этот компилятор поставляется в комплекте со всеми Линуксами и уже готов к работе.
Как видите,всё необходимое у нас уже есть. Хотя нет. Одной вещи все-таки у нас не хватает. Её мы возьмем из интернета. Речь идёт о библиотеке функций управления портами GPIO на Raspberry, специально написанно добрым человеком для того, чтобы наша программа по своей простоте могла бы соперничать с «Хеллоуворлдом» и нам самим бы не пришлось ломать голову, изучая техническую документацию на процессор и протоколы работы с его внутренностями. Сама библиотека состоит из заголовочного файла, в котором обозначены все имена функций со структурами переменных и файла библиотеки самих функций. Эту библиотеку нужно скачать и установить, чтобы компилятор мог с ней работать. Библиотека называется bcm2835-1.17 . Последние цифры в названии библиотеки, обозначают её версию. А так, как библиотека постоянно обновляется автором, то версии будут меняться. на сегодняшний день доступна версия 1.17. Узнать о номере последней версии можно по адресу: http://www.open.com.au/mikem/bcm2835/index.html По этой же ссылке вы можете ознакомиться со всеми функциями, которые присутствуют в этой библиотеке.
Мы же пока установим версию 1.17. Запускаем окно терминала и вводим
туда команду:
wget http://www.open.com.au/mikem/bcm2835/bcm2835-1.17.tar.gz Библиотека быстренько скачивается. Чтобы её установить, нужно сначала её разархивировать. Это делается следующей командой:
tar zxvf bcm2835-1.17.tar.gz
Теперь перейдём в директорию, куда эта библиотека развернулась:
cd bcm2835-1.17
Ну и инсталлируем её:
./configure make
sudo make check
sudo make install
Всё, теперь эта библиотека у нас есть в наличии, она установлена, и мы, и компилятор можем ей пользоваться в своих интересах. Начинаем писать программу. Возвращаемся в домашнюю директорию:cd ..
Тут можно создать папочку для наших экспериментов с любым именем, например myprog:
mkdir myprog
Перейдём в эту папку:
cd myprog И начинаем писать нашу программу:nanoGPIO-test.c
Эта команда запускает текстовый редактор nano , который создаёт текстовый файл GPIO-test.c .Теперь можете набрать в нём следующую программу
(можно просто скопировать и вставить):

//GPIO-test.c
// Программа включает на 1 секунду светодиод,
// подключённый к порту Р1_03
// Компиляция командой gcc -o GPIO-test GPIO-test.c -lrt -lbcm2835

#include

#define PIN RPI_GPIO_P1_03 // Для RPi ревизии v1
//#define PIN RPI_V2_GPIO_P1_03 // Для RPi ревизии v2

Int main()
{
if (!bcm2835_init()) // Инициализация GPIO
return 1; //Завершение программы, если инициализация не удалась

Bcm2835_gpio_fsel(PIN, BCM2835_GPIO_FSEL_OUTP); //Устанавливаем порт Р1_03 на вывод
bcm2835_gpio_write(PIN, LOW); // Устанавливаем порт в 0, светодиод горит
bcm2835_delay(1000); // Ждём 1000 милисекунд
bcm2835_gpio_write(PIN, HIGH); // Устанавливаем порт в 1, светодиод не горит
return 0; // Выход из программы
}

Обратите внимание на строки #define. Их в программе 2 и одна из них закомментирована. Одна строка для ревизии RPi v1, вторая для RPi v2.
Если у вас v1, то всё оставьте как есть. Если у вас RPi v2, то первую строку с #define удалите, а со второй уберите символ комментария //. В будущем, во всех остальных программах, просто добавляйте _V2_ между RPI и GPIO в определении портов, если ваша плата RPi v2.
Сохраняем нашу программу ctrl-o и выходим из текстового редактора ctrl-x . Теперь, если вы введёте команду ls , то увидите только что созданный файл GPIO-test.c. Чтобы этот файл превратился в работающую программу, его нужно скомпилировать. Пишем: gcc -o GPIO-test GPIO-test.c -lrt -lbcm2835 в этой строке: gcc- это имя компилятора; -o GPIO-test GPIO-test.c эта команда компилятору говорит о том, что требуется создать исполняемый файл с именем GPIO-test из текстового файла GPIO-test.c; -l (латинская л маленькая) bcm2835 говорит компилятору о том, что все неизвестные ему функции в нашей программе, он может найти в установленной библиотеке bcm2835. Если компилятор не выдал никаких сообщений, то значит, всё у нас получилось. Если сейчас дать команду ls , то мы увидим, что в директории появился ещё один файл GPIO-test, причём он отмечен зелёным цветом. Это говорит о том, что файл является
исполняемой программой. Осталось нам его запустить, но перед этим ещё раз проверяем нашу схему со светодиодом, чтобы всё было собрано правильно и подключено к контактам Р1_01 и Р1_03 разъёма GPIO. Если ошибок не обнаружено, запускаем программу: sudo ./GPIO-test После этого светодиод должен загореться
ровно на 1 секунду и погаснуть. Если всё так и произошло, то я вас поздравляю! Вы только что при помощи Raspberry Pi передали через порт GPIO команды светодиоду: включиться, гореть 1 секунду и выключиться.
Теперь о том, что делает каждая строка в нашей программе.
Все надписи после двойного слеша // являются коментариями и никак не влияют на выполнение программы.

#include -эта строка говорит компилятору, что в программе используется заголовочный файл bcm2835.h. В этом файле находятся все описания функций и идентификаторы портов GPIO.

>#define PIN RPI_GPIO_P1_03 - здесь мы говорим компилятору, что везде в программе, где он увидит идентификатор PIN, ему нужно выполнить замену его на идентификатор RPI_GPIO_P1_03 . Это сделано для того, чтобы мы могли при желании быстро изменить номер подключаемого порта. Для этого достаточно изменить только эту строку, а не выискивать по всей программе, где мы этот идентификатор использовали.

int main() это начало нашей программы, обозначение главной функции в Си.

if (!bcm2835_init()) - эта часть пытается инициализировать GPIO и если это не получилось,
return 1; то аварийно завершает программу и передаёт на выходе код 1.

bcm2835_gpio_fsel(PIN, BCM2835_GPIO_FSEL_OUTP); - Эта функция устанавливает для нашего порта Р1_03 режим на вывод. Т.е. говорит процессору, что этот порт будет использован для управления внешним устройством.
bcm2835_gpio_write(PIN, LOW); - устанавливаем порт Р1_03 в низкое состояние, т.е. процессор его подключает к 0. После этого светодиод загорается.

bcm2835_delay(1000); - Эта функция просто ждёт 1000 милисекунд, или ровно 1 секунду. Всё это время у нас горит светодиод.

bcm2835_gpio_write(PIN, HIGH); - устанавливаем порт Р1_03 в высокое состояние, т.е. процессор его подключает к +3,3в. При этом светодиод гаснет.

B>return 0; - Выход из программы с кодом 0.

Т.е. алгоритм работы с портом GPIO в режиме записи, т.е. вывода, выглядит следующим образом:
1. Инициализируем GPIO;2. Устанавливаем режим для выбранного порта на Вывод;
3. Теперь можем управлять этим портом, устанавливая его в высокое, или низкое состояние. Соответственно на этом порте будет пристутствовать либо +3,3В, либо 0В. Что соответствует логической 1 и логическому 0 соответственно.

На этом на сегодня закончим. В следующей части научим наш светодиод загораться более полезным образом, а так же научимся портами GPIO не только отдавать команды другим устройством, но и слушать их.А пока можете начинать изучать язык Си. А так же попробуйте изменить эту программу так, чтобы светдиод управлялся бы другим портом и испытайте её.

7. Знакомство со средствами программирования, установленными на Raspberry Pi

Для изучения программирования в Raspbian ОС предустановлены пакеты Python, Scratch, Node-RED, SonicPi и Wolfram Mathematica. Именно ради того, чтобы сделать максимально доступным и удобным для всех изучение програмирования и физического компьютинга проект Raspberry Pi и создавался несколько лет назад! Так что же представляют в трех словах предустановленные на RasPi средства разработки?

Python представлять не надо - это самый популярный в университетской и научной среде язык программирования. Для работы с датчиками через GPIO для Python написана и предустановлена библиотека. Вообще говоря, через инструмент pip можно доустановить тысячи библиотек для Python буквально для решения всех практических задач физического компьютинга и научных вычислений.
Помимо самого языка Python версий 2 и 3 со средой разработки IDLE, в Raspbian ОС предустановлена специальная версия популярной игры Minecraft Pi и библиотеки на Python для управления игрой. (Введение см. и )
Node-RED - визуальный редактор от IBM с открытым исходным кодом для создания "интернета вещей", позволяющий практически без программирования, соединением готовых модулей "собирать" довольно сложные приложения для систем типа "умный дом". (Введение см. и ).
Язык Scratch - инструментарий визуального программирования, позволяющий детям создавать анимации и игры методом Drag&Drop. (Введение см. и )
Уникальный в своем роде язык SonicPi позволяет программировать музыку. (Введение см. )
Пакеты Wolfram и Mathematica - наиболее полная система для современных технических вычислений в мире. Она будет незаменимым помощником для технических вычислений как учащихся школ, так и студентов ВУЗов. Хотя продукт для Windows платный, на Raspbian ОС установлена полнофункциональная бесплатная версия.
(Введение см. и )
Кроме того, в Raspbian ОС по умолчанию предустановлены Node.js, Perl и Ruby.
Для удобной работы с кодом на Raspberry Pi предустановлен один из лучших редакторов с подсветкой синтаксиса и среда разработки Geany.

8. Восстановление работы Raspberry Pi после сбоев


Может возникнуть ситуация, когда несовместимость вновь установленного аппаратного или программного обеспечения вызовет ошибку при запуске системы. Напирмер, хотя в настройках Raspberry Pi 3 имеется пункт Open GL, как показала практика, включение этой опции вызовет ошибку загрузки системы.
Как показала практика, у Raspberry Pi имеется несколько возможностей восстановления после сбоя загрузки.

1) Откат до последней резервной копии microSD-карты при помощи Win32DiskImager.
Делайте почаще образы стабильной версии системы программой Win32DiskImager и можете быть уверены, что в случае сбоя система будет востановлена за считанные минуты.

2) Редактирование конфигурационного файла config.txt с microSD-карты на компьютере при помощи кард-ридера.
К примеру, в случае сбоя с Open GL надо закомментировать символом # последнюю строчку "dtoverlay=vc4-kms-v3d" в файле config.txt и система запустится нормально.

3) Удаленное подключение к Raspberry Pi по сети через SSH-терминал.
Во многих случаях, например, в случае того-же сбоя загрузки при включении Open GL, после загрузки ядра системы успевает запуститься SSH-сервер и продолжает работу в фоновом режиме. Можно зайти в консоль Raspberry Pi через SSH-терминал, отредактировать конфигурационные файлы (boot/config.txt), либо запустить raspi-config и отключить сбойные опции.

4) Чистка системы.

Удалите кеш пакетов:
sudo apt-get clean
Удалите осиротевшие пакеты:
sudo apt-get autoremove
Обновите список пакетов:
sudo apt-get update
Исправьте зависимости:
sudo apt-get -f install
Переустарновите пакет, если установка пакета была прервана
sudo apt-get install --reinstall имя_пакета

9. Удаленное управление Raspberry Pi (SSH/VNC)



Как и любой Unix-системой, Raspberry Pi можно управлять удаленно несколькими способами.
Самый простой - управление в консоли по протоколу SSH. Чтобы это стало возможным, необходимо зайти в настройки Raspberry Pi (sudo raspi-config), выбрать пункт меню "Interfacing options", в следующем окне выбрать пункт "SSH" и подтвердить включение сервера SSH при запуске. Рекомендуется сразу поменять пароль по умолчанию пользователя "pi" с "raspberry" на какой-нибудь другой, содержащий не менее 8 символов в английской раскладке.
Затем можно скачать на другом компьютере бесплатный SSH-клиент PuTTY , запусить его и ввести в строку "Host Name (or IP address)" локальный IP-адрес Raspberry Pi. В консоли появится запрос на логина, а за ним - пароля. Если все введено верно, появится приветствие Raspberry Pi и зеленый курсор ввода команд. Через SSH-терминал можно устанавливать и удалять программы, копировать, перемещать и удалять файлы, исполнять консольные команды системы и скрипты (BASH, Python, Perl...), работать с конфигурационными файлами Raspberry Pi. Словом, делать все многообразие операций, доступных в консоли Unix-систем. Многие вещи удобнее делать в консольных редакторах типа файл-менеджера MC, которые также работают через SSH-терминал.
Помимо терминального доступа к консоли, в Raspberry Pi встроена возможность полноценного управления в графическом интерфейсе. Для этого на Raspberry Pi предустановлена бесплатная версия VNC-сервера. Включить его автозапуск можно там-же, где до этого мы включили SSH-сервер. Надо выбрать следующий пункт меню "Iinterfacing options" - "VNC" и подтвердить влючение сервера. Для полноценного доступа к Raspberry Pi необходимо будет скачать бесплатный VNC-viewer , запустить его, и также как в случае с SSH ввести локальный IP-адрес Raspberry Pi. Пройдя процедуру авторизации, вы попадете на Raspberry Pi, как если бы находились перед подключенным к нему дисплеем, нажимали на клавиатуру и кликали мышью. Скорость работы в VNC-клиенте лишь немного медленнее, чем на самом Raspberry Pi. Меню открываются почти с той же скоростью, только графические файлы при открытии прорисовываются не мгновенно, с неболшой задержкой в доли секунды.
При удаленном подключении к Raspberry Pi по SSH и VNC необходимо только, чтобы устройство было подключено к локальной сети и сети питания. Клавиатура, мышь и монитор при этом могут быть и не подключены к Raspberry Pi . Это удобно в случае настройки "малинки" в качестве веб-сервера, или сервера IoT (сервера управления датчиками "умного дома").

К слову, по умолчанию размеры виртуального экрана в VNC слишком малы - всего 640х480 пикселей. Приведу мой маленький "хак" по настройке комфортного разрешения экрана (1024х768) при удаленном подключении по VNC:

Откроем для редактирования файл конфиргурации Raspberry Pi:
sudo nano /boot/config.txt
Раскоментируем (удалим слева символ #) и слегка подправим следующие строки:
hdmi_force_hotplug=1
hdmi_group=2
hdmi_mode=16

10. Установка комплекта ПО интернет-разработчика LAMP

Поскольку не только я считаю, что за интернетом - будущее, на компьютере юного программиста должен быть установлен пакет программ, обеспечивающийх возможность обучения основам интернет-программирования, создания и администрирования вебсайтов. Общепризнанным стандартом среды интернет-разработчика в ОС Linux является комплект программ, стостояший из вебсервера Apache, СУДБ MySQL и языка программирования PHP (LAMP). Для удобства администрирования баз данных также рекомендуют установить ПО PHPMyAdmin (все программы распространяются бесплатно). Следуя пошаговым инструкциям с офсайта Raspberry Pi , за полчаса LAMP и самая популярная система управления сайтами (CMS) Wordpress были установлены на "малинку" и настроены для работы. Привожу пошаговую инструкцию с пояснениями, чтобы у вас этот процесс не занял больше времени, чем у меня.


1. Установка сервера Apache2 (<1 мин)
sudo apt-get install apache2 -y
Проверка работы Apache
links2 http://192.168.0.100
Просмотр папки сайта
cd /var/www/html
ls -al

2. Установка PHP 5 (1 мин)
sudo apt-get install php5 libapache2-mod-php5 -y
sudo service apache2 restart
Создание тестовой страницы
sudo rm index.html
sudo nano index.php

Проверка работы PHP
links2 http://192.168.0.100

3. Установка mysql 5 (3 мин)
sudo apt-get install mysql-server php5-mysql -y
sudo service apache2 restart

Присвоение прав пользователю Apache
sudo chown -R www-data: .

Создание базы MySQL
mysql -uroot -ppassword
mysql> create database wordpress;

Включение Apache mod rewrite
sudo a2enmod rewrite

Включение возможности указывать настройки в.htaccess
sudo nano /etc/apache2/sites-available/000-default.c onf

Добавим следующий код

< VirtualHost *:80 >
< Directory "/var/www/html" >
AllowOverride All
< /Directory >

4. Установка PHPMyAdmin (3 мин)
sudo apt-get install phpmyadmin

5. Установка Wordpress

Скачивание Wordpress

cd /var/www/html/

Распаковка Wordpress

sudo tar xzf wordpress-4.7.2-ru_RU.tar.gz

sudo mv wordpress/* .

sudo rm -rf wordpress-4.7.2-ru_RU.tar.gz

Установка и настройка Wordpress
Заходим в броузере по вашему текущему адресу, например http://192.168.0.100 , либо по адресу http://localhost .
В соответствующих полях указываем имя, адрес (localhost), логин и пароль пользователя созданой вами ранее базы данных, название сайта, логин и пароль администратора сайта (не используйте простые имена типа "root" и "admin", придумайте пароль не короче 8 символов, содержащий цифры и буквы в разных регистрах), а также ваш e-mail.
Через несколько секунд после подрвеждения ввода данных Wordpress установится и уже будет готов к работе! Комплекты необходимых плагинов, таких как cyr3lat, wp-edit, hyper-cache, wp-db-backup и т.п., можно установить позже, просто введя их названия в форме поиска страницы Plugins консоли Администратора Wordpress.
Теперь Raspberry Pi готов стать домашним веб-сервером интернет-разработчика.

11. Знакомство с языком Python

Объектно-ориентированный интерпретируемый язык программирования Python появился в конце 80-начале 90х годов в центре математики и информатики в Нидерландах благодаря усилиям Гвидо ван Россума.
Изначально язык был ориентирован на повышение производительности разработчика и читаемости кода.
Python характеризуется минималистичным синтаксисом при высокой функциональности, поддерживает все основные парадигмы программирования, поддерживает динамическую типизацию, автоматическое управление памятью, обработку исключений, многопоточность вычислений, модульность.
В настоящее время Python активно используется как универсальная среда для научных расчётов. Во многих популярных программах трёхмерной графики, таких как Blender, язык Python используется для расширения стандартных возможностей программ.
Python используется во многих крупных компаниях, таких как Dropbox, Google, Facebook, Instagram.
Особенностью синтаксиса языка Python является выделение блоков кода с помощью отступов, поэтому в Python отсутствуют операторные скобки begin/end и фигурные скобки. Также в Python отсутствую явные завершающие символы конца строк, такие «;» как в Perl.
Одной из привлекательных сторон Python стала богатая библиотека стандартных модулей. Помимо стандартной библиотеки существует огромное множество прикладных библиотек для Python в самых разных областях. Для Python созданы программные каркасы для разработки веб-приложений, самым популярным из которых является Django.
С Python поставляется библиотека tkinter для создания кроссплатформенных программ с графическим интерфейсом. Также для Python существуют расширения для всех основных библиотек графических интерфейсов.
Существуют расширения Python для создания игр (Pygame), работы с мультимедиа, 3D-моделирования, обработки графики, построения графиков, астрономических вычислений (Astropy).
Установка и обновление пакетов для Python осуществляется через интерфейс PyPI (Python Package Index). Модули задействуются в начале программ командой import.
Изначально Python предполагался в качестве основного языка программирования на Raspberry Pi. Не случайно devboard имеет символическое окончание «Pi» в названии.
Для работы с внешними датчиками, подключаемыми к Raspberry Pi для Python написаны и предустановлены в Rasbian несколько библиотек, таких как RPi.GPIO.
Вместе с Python на Raspberry Pi предустанавливаются стандартный интерфейс разработки и тестирования приложений IDLE и удобный редактор Geany.
В Интернет имеется масса руководств по знакомству с языком Python и готовых примеров для создания IoT-приложений на Raspberry Pi, понятных даже школьникам младших классов.
Надо учитывать, что большинство примеров в Интернет написаны для версии Python 2.х, не совместимой с 3.Х Поэтому, на Raspberry Pi предустановлены обе версии Python. Также вместе с Python 3.Х поставляется программа (скрипт) «2to3», конвертирующая код с версии 2.х в 3.Х.

В итоге, прочитав за выходные пару онлайн-руководств и одну умную книжку в электронном виде на английском, я написал небольшую программку, подсчитывающую частоту наиболее популярных слов на странице сайта с указанным URL и позже "прикрутил" к ней визуальный интерфейс на основе библиотеки Tkinter. Так легко, быстро и приятно приложения с графическим интерфейсом я еще не создавал...

(Введение в основы языка Python см. и )

12. Работа с Python и GPIO, мигание светодиодом

После знакомства с основами синтаксиса и базового набора команд языка Python, решающим шагом на пути физического компьютинга является решение, вроде бы, простой задачи: «помигать светодиодом».
Именно с этого шага многие школьники, студенты и взрослые «гики» всего мира начинали свой путь в IoT-программировании.
Для этого мне в первую очередь потребовалось приобрести несколько радиодеталей: несколько пар резисторов от 100 до 300Ом (как предлагается в руководствах) и несколько светодиодов разного цвета (я взял красный, синий и белый). В ходе поиска подходящего радиоларька выяснилось, что радиодеталями в моем городе торгует только одна, конкретная точка. Стоимость деталей оказалась невысокой (3-5 рублей за штуку).
При сборе простенькой схемы, состоящей из светодиода и резистора, я обнаружил, что 40-пиновый кабель к моей монтажной плате (breadboard) не маркирован красной полосой по краю, а состоит из разноцветных кабелей. В интернете схемы подключения для такого кабеля к breadboard и Raspberry Pi 3 слету я не нашел. Пришлось открыть схему GPIO и прозванивать контакты кабеля цифровым тестером, чтобы понять, как его подсоединять.
Также оказалось, что «гребенка» для подключения кабеля к breadboard у меня не имеет отводов для вывода на линии питания breadboard, так что пришлось подключить Ground на гребенке к минусу на breadboard.
Собрав схему таким образом, чтобы длинный контакт (+) светодиода был подключен к 21 порту GPIO, а короткий — через резистор сопротивлением в 100 Ом — к «земле» (-), запустил Raspberry Pi 3 и подключился к нему по VNC.
Создал в IDLE3 программу мигания светодиодами flashpi.py, описанную на сайте http://edurobots.ru/ , и сохранил ее в папке /home/pi."
Запустил программу с помощью F5 в IDLE3 (можно также запустить программу командой "sudo python3 flashpi.py" в LXTerminal) и... светодиод не загорелся.
Проверив все контакты и правильность сборки схемы, понял, что дело не в аппаратной, а в программной части системы. Из примера в одной из электронных книжек по Raspberry Pi 3 выяснилось, что вместо команды
GPIO.setmode(GPIO.BOARD) надо инициализировать порты командой GPIO.setmode(GPIO.BCM). После правки кода и запуска программы, вслед за нажатием клавиши Enter светодиод, наконец, загорелся ярким светом!
Повторное нажатие клавиши Enter выключало светодиод. Нажатием любой другой клавиши осуществлялся выход из программы и корректное завершение работы с портами GPIO.
Вот код рабочей программы ("__" заменяем на пробелы - это необходимые отступы в Python):

Из цикла закрытие работы с GPIO

Никогда в жизни я так не радовался горящему светодиоду! Да и давно так не радовался вообще! Как это, надеюсь, рано или поздно сделали 10 миллионов покупателей Raspberry Pi, я таки "помигал светодиодом"! Причем, «помигал» программно!

Заключение - напутствие юным кибернетикам

Надеюсь, что мой долгий, но захватывающий путь длиной в 3 месяца, от решения купить одноплатный компьютер Raspberry Pi 3 до программного «мигания светодиодом», был пройден не зря.
Он познакомил меня с новым миром Unix и физического компьютинга, а заодно подготовил пошаговое руководство для всех, кто хочет войти в него (в первую очередь — для преподавателей школ и старшеклассников) и создал платформу для дальнейшего освоения физического компьютинга, веб-программирования и системного администрирования. На базе Raspberry Pi 3 стоимостью чуть больше 2 т.р. стало возможным создание домашнего вебсервера и мультимедиа-центра, интересных решений по автоматизации выполнения рутинных задач и более сложных IoT-систем, в том числе, решений для концепции «Умный дом».
Лично для меня в мои 43 года было занимательным и полезным приключением осваивать незнакомый мне язык программирования Python и новую, не похожую на распространенные у нас, операционную систему.
Компьютер Raspberry Pi 3, настроенный и проверенный в работе, вместе с breadboard, радиодеталями и комплектом из 16 датчиков я изначально планировал подарить дочке на День рождения для использования в качестве учебного ПК и перспективного исследовательского инструмента в кружке информатики местной гимназии. Договорился с учителем информатики о предоставлению помощи по приобретению и внедрению Raspberry Pi во внеурочных занятиях по информатике среди заинтересованных ребят и олимпиадников. Надеюсь, как и мне, Raspberry Pi даст моей дочери и ребятам в гимназии мощный импульс в учебе и развитии, раскроет новые возможности изменения себя и окружающего мира к лучшему при помощи современных технологий.

Вычислительных возможностей платы Raspberry Pi 3(далее по тексту Rpi3) более чем достаточно для разработки программ сразу в целевой системе. Однако процесс разработки можно ускорить и сделать более комфортным, если разрабатывать программное обеспечение для Rpi3 на своем персональном компьютере.

В данной статье я собираюсь описать процесс настройки кросс-компиляции в Eclipse под Windows. Также будет описана настройка Eclipse для работы с удаленной системой Raspbian на Rpi3.

Если вы впервые сталкиваетесь с Eclipse, то установить последнюю версию можно по ссылке Eclipse CDT .
Виртуальную машину Java, необходимую для работы Eclipse, можно загрузить по ссылке JRE .

После установки указанных выше компонентов интегрированная среда разработки Eclipse CDT сможет быть запущена на вашем компьютере. В качестве вспомогательных утилит будем использовать msys из пакета MinGW, поэтому необходимо также загрузить MinGW .

Осталось установить инструментальные средства для кросс-компиляции программ.
Для этого необходимо их загрузить по следующей ссылке toolchain .
На указанном сайте также имеется инструкция на английском языке по установке инструментария tutorial .

После установки инструментария в указанном вами каталоге будут находится также дополнительные утилиты в подкаталоге TOOLS:

  • – утилита для записи образа операционной системы Rpi3 на карту памяти.
  • SmarTTY – консольный SSH – клиент, позволяющий установить соединение с платой по протоколу SSH. Помимо стандартных функций имеет возможность загрузки файлов на плату из меню утилиты.
  • UpdateSysroot – командный файл Windows , запускающий процесс синхронизации файловой системы sysroot платы и инструментария.

Если вы только что приобрели плату Rpi3 и еще не успели установить операционную систему на карту памяти, то утилита WinFlashTool поможет вам это сделать.
Необходимо загрузить с официального источника образ операционной системы Raspbian .
Дальше распакуйте загруженный образ, установите карту памяти в кард-ридер и запишите на нее с помощью WinFlashTool образ операционной системы.

Настройка беспроводной сети WLAN на плате RPi3 описана в моей предыдущей статье.

С помощью утилиты SmarTTY установите соединение с платой. Это необходимо для исключения проблем во время настройки удаленного соединения в Eclipse.
Создайте новое соединение, указав IP -адрес платы, логин и пароль для входа (значения по-умолчанию для логина и пароля pi и raspberry соответственно).



Теперь нужно провести синхронизацию файловой системы sysroot. Для чего это нужно?
Представьте ситуацию, когда вы установили самую последнюю версию образа Raspbian и не выполнили синхронизацию.
В новой версии были добавлены или изменены заголовочные файлы и файлы библиотек. Работая с кросс-компилятором вы используете старые, не идентичные с последней версией системы, заголовочные и библиотечные файлы из каталога sysroot. Поэтому нет никакой гарантии, что успешно собранная на компьютере программа будет работать внутри платы RPi3.
Запускаем скрипт UpdateSysroot на выполнение и наблюдаем за обновлением файлов на компьютере (это может занять несколько десятков минут).

Настало время настроить удаленное соединение с платой Rpi3 в Eclipse . Запускаем Eclipse CDT , выбираем в главном меню пункт Window->Show View->Other… В открывшемся окне выбираем «remote systems».

После этого в нижней части экрана появиться новая вкладка «Remote Systems». В этой вкладке необходимо определить новое соединение, нажав на первую кнопку справа.

В открывшемся окне выбираем тип соединения «Linux».

После проделанных манипуляций в закладке «Remote Systems» появится новое соединение, которое имеет подразделы:

  • Sftp Files – в этом разделе можно просматривать содержимое удаленной файловой системы. Также возможно выполнять копирование файлов с помощью перетаскивания (Drag and Drop) из локального проекта на удаленную машину и обратно.
  • Shell Processes – раздел позволяет просмотреть запущенные на удаленной машине процессы.
  • Ssh Shells – в этом разделе можно открыть новый SSH -терминал и вводить команды прямо из Eclipse. Надобность в отдельной утилите при этом отпадает.






Таким образом с помощью закладки «Remote Systems» мы сможем копировать собранные на компьютере программы в файловую систему Rpi3 , запускать их на выполнение через Ssh Shells и удалять ненужный процесс в разделе Shell Processes .
Настало время создать новый проект в Eclipse и написать простую демонстрационную программу.
Создаем новый проект из главного меню File->New->C Project.

Для сборки я использую собственный , поэтому тип проекта нужно выбрать Makefile project->Empty Project

Далее вы можете просто скопировать мой Makefile в буфер клавиатуры (Ctrl+C) и вставить его в пустой проект Rpi3_Project (Ctrl+V).

Открыв Makefile в первой его строке после комментария вы увидите список используемых целей:

.PHONY: test project all clean

  • test – проверяет установлен ли в системе кросс-компилятор arm-linux-gnueabi-gcc и утилита make.
  • project - создает структуру каталогов внутри проекта.
  • all — производит сборку проекта.
  • clean — производит очистку проекта от временных файлов(в том числе исполняемого).

Теперь нужно убедиться в наличии инструментальных средств. Для этого необходимо выполнить команду make test.
Но сначала нужно добавить все четыре цели в закладку Make Target в правой части экрана.

Двойным щелчком мыши по цели test запускаем ее на исполнение и видим в окне Console примерно следующее:

Если сообщение не было выведено в консоль не смотря на то, что инструментарии arm-linux-gnueabihf и MinGW были ранее установлены, то это может означать только то, что не прописаны пути к инструментам в системной переменной Path . Необходимо добавить в Path путь к каталогу MinGW/msys/1.0/bin и каталогу bin пакета arm-linux-gnueabihf.

Теперь создадим структуру каталогов внутри проекта двойным щелчком на цели project (make project).

Makefile организован таким образом, что для компиляции исходных файлов их названия должны быть добавлены в переменную SRC, все остальные исходники не будут компилироваться даже если они расположены внутри каталога /src.

Структура каталогов проекта такова:

  • bin – каталог, содержащий исполняемый файл после сборки.
  • Debug – каталог с отладочной версией программы, которая не содержит оптимизации кода и содержит отладочную информацию.
  • Release – каталог с финальной версией программы, которая содержит оптимизированный код и не содержит отладочной информации.
  • inc – каталог для заголовочных файлов.
  • obj – содержит временные файлы сборки проекта, имеет подкаталоги Debug и Release.
  • src – исходные файлы проекта.

С помощью данного Makefile можно компилировать исходные файлы, написанные на таких языках программирования как C , C++, Assembler. При этом можно использовать все доступные языки программирования для создания одной программы.

В каталоге /src создадим новый исходный файл main.c, добавим в него следующие строки:

#include int main(int argc, char **argv); int main(int argc, char **argv) { printf("Welcome to the Raspberry Pi 3 programming\n"); return 0; }/* main */

#include

int main (int argc , char * * argv ) ;

int main (int argc , char * * argv )

printf ("Welcome to the Raspberry Pi 3 programming\n" ) ;

return 0 ;

} /* main */

Проверим, чтобы переменная SRC содержала название исходного файла main.c .
Дальше выполним сборку проекта, запустив цель all .
Теперь можно скопировать полученный исполняемый файл в домашний каталог на целевой плате используя перетаскивание файла мышью.

Сделаем правый клик мышью на разделе Ssh Shells для открытия контекстного меню, в котором необходимо выбрать Launch Shell . Откроется новая вкладка Remote Shell , в поле Command которой можно вводить команды оболочки.

Установим права доступа для скопированного файла Rpi3_Project с помощью команды:

sudo chmod 777 Rpi3_Project

Одноплатный компьютер Raspberry Pi зачастую программируют на языке Python. Но это вовсе не значит, что данный миникомпьютер нельзя программировать на каком-либо другом языке.



Среди матерых программистов очень популярен язык C, и этот язык можно с успехом использовать в написании программ для Raspberry Pi. В данном материале будет показано, как это осуществить.


Язык C представляет собой C мощный язык программирования общего назначения. Он быстрый, довольно гибкий и доступен на всех платформах. Он очень эффективен. Это главная причина, почему он очень популярен, несмотря на то, что ему уже больше 40 лет. Данный язык был первоначально разработан Деннисом М. Ричи для разработки операционной системы UNIX в Bell Labs, а его первая реализация произошла в 1972 году на компьютере DEC PDP-11.


Одним из преимуществ C является то, что код работает почти так же быстро, как и код на ассемблере. Подобно ассемблеру, C позволяет вам получить доступ к мощным низкоуровневым машинным функциям и имеет синтаксис, который легче читать, чем ассемблерный код. Языки программирования высокого уровня (например, Python) предоставляют программистам команды, которые упрощают выполнение таких задач, как вывод текста на монитор и реализация логических функций. Языки программирования низкого уровня (ассемблер) дают вам доступ к базовому набору машинных инструкций. Язык C можно назвать, наверное, языком программирования среднего уровня, который имеет преимущество предоставления полезных и простых в использовании функций и в то же время достаточно мощный, чтобы вы могли контролировать основные операции компьютера.


Чтобы продемонстрировать, как создать программу на C, скомпилировать ее и запустить на Raspberry Pi, мы напишем простую программу, которая будет печатать «hello world» в терминале. Процесс программирования на C состоит из четырех этапов: создание файла с исходным кодом, компиляция программы, создание исполняемого файла и выполнение программы.


Для начала откройте текстовый редактор Nano и создайте новый файл с расширением «.c», введя его в командной строке:


sudo nano hello-world.c

В этом файле вы напишете код на языке программирования C. Вы можете написать код в любом текстовом редакторе, просто удостоверьтесь, что файл имеет расширение «.c». Теперь введите этот код в Nano:


#include int main() { printf("Hello, World! \n"); return 0; }

После ввода кода нажмите Ctrl-X и Y, чтобы сохранить и выйти из Nano.


Код, написанный на C, необходимо будет скомпилировать, прежде чем он будет запущен на компьютере. Компиляция – это процесс преобразования кода, который вы написали, в машиносчитываемые инструкции, которые могут быть поняты процессором компьютера. Когда вы компилируете исходный файл, создается новый скомпилированный файл. Например, ввод команды ниже будет компилировать hello-world.c в новый файл под названием myfirstcprogram.


gcc hello-world.c -o myfirstcprogram

Теперь нам нужно сделать нашу программу исполняемой. Для этого нам просто нужно изменить права доступа к файлам. Введите это в командной строке:


chmod +x myfirstcprogram

Все, наша программа готова к выполнению. Чтобы запустить ее, в командной строке следует ввести:


./myfirstcprogram

Таким образом, программирование на языке C для Raspberry Pi является простым и достаточно быстрым.