用树莓派4b构建深度学习应用（二）软件篇

前言

上回把硬件都准备好了，这篇我们来搭建一下树莓派的系统，并安装一些必要的工具软件。

树莓派镜像烧录

操作系统

树莓派上的操作系统选择很多，我们这里以主电脑为Win10系统，官方最新的2020.8.20的版本为例。

先在官网下载烧录软件 Raspberry Pi Imager，然后下载系统的镜像文件带推荐的软件。

https://www.raspberrypi.org/downloads/

安装 Raspberry Pi Imager后，插入MircoSD，在 Operating System --> Use custom 选择刚才下载好的镜像文件，然后在 CHOOSE SD CARD 中选择对应的 SD 卡，最后点击 WRITE 进行烧录。

开启ssh 和配置Wifi

如果没有配置键盘和屏幕，那第一次启动OS前需要先新建两个文件来配置wifi连接和开启ssh。

1. 开启ssh

在刚才烧录完成的 MircoSD 中 boot 分区的根目录下，新建一个空白文件，并重命名为ssh，全部小写且无扩展名。

2. 配置Wifi

同样在根目录下，新建 wpa_supplicant.conf 文件，内容如下：

country=CN
ctrl_interface=DIR=/var/run/wpa_supplicant GROUP=netdev
update_config=1
 
network={
ssid="SSID"
psk="PASSWORD"
key_mgmt=WPA-PSK
priority=1
}

其中，

ssid 为 Wifi网络的ssid；

psk 为连接密码；

key_mgmt为加密方式：

WPA-PSK = WPA 预共享密匙 (这需要‘psk’字段)
WPA-EAP = WPA 使用 EAP 认证
EEE8021X =IEEE 802.1X 使用EAP 认证并动态生成密匙
NONE = 没有使用 WPA ；可以使用明码密匙或者静态WEP
WPA-PSK-SHA256 = 类似 WPA-PSK 但是使用增强型的SHA256-based加密算法
WPA-EAP-SHA256 = 类似 WPA-EAP 但是使用增强型的SHA256-based加密算法
如果没有设置，将会模式设置为 WPA-PSK WPA-EAP

priority 为优先级，数字越大代表优先级越高；

根据自己路由配置的情况，修改对应的 ssid , psk 和 key_mgmt 值。

以上两个文件，开机后 wpa_supplicant.conf 文件会自动转移到 /etc/wpa_supplicant 目录下，ssh文件会转化为开启ssh服务的指令后被删除。所以如果要更改配置，下一次要重新添加这个文件。

配置树莓派

现在可以拔出MircoSD卡，插入树莓派，然后正常上电开机了。

Tip:
注意观察树莓派上的两个指示灯，红色代表电源，绿色一般代表SD读写。正常情况下，红灯常亮，绿色每隔几秒闪一次，表示网络连接成功；而绿灯有规律的闪烁，表示SD没有插好或者是无效的SD卡。

1. 查询树莓派 IP 地址

有显示器的话，可以直接用 ifconfig 来获取 IP 地址；

若没有显示器的话，那可以用局域网扫描工具 Advanced IP Scanner 来获取对应的信息：

IP地址扫描

2. ssh 登录

有了 IP 地址，那就可以用ssh登录了。输入命令

ssh pi@192.168.1.62

然后输入默认密码 raspberry，就能正常登录了。

3. 配置树莓派

在登录的ssh连接中，输入命令

sudo raspi-config

config

选择 1 Change User Password，修改当前用户密码；

选择 5 Interfacing Options --> P1 Camera 启用摄像头；

选择 5 Interfacing Options --> P2 SSH 启用SSH（已经开启）；

选择 5 Interfacing Options --> P3 VNC 启用VNC；

选择 7 Advanced Option --> A1 Expand Filesystem 扩展可用空间；

选择 7 Advanced Option --> A5 Resolution 修改屏幕分辨率。

远程连接树莓派

1. 使用 VNC 远程桌面

安装 VNC-Viewer-6.20.113-Windows，新建连接，填入树莓派的IP地址，输入用户名 pi，密码 raspberry登录。

VNC

Tip:
VNC 连接后显示 “Cannot currently show the desktop” 的话，重新修改一个屏幕分辨率后重启就行。

2. 修改树莓派为固定 IP 地址

每次树莓派上电后，由路由器 DHCP 分配的 IP 地址有时候会变化，这里我们设置固定地址，方便下次连接。

用 VNC 连接后，就能看见树莓派的桌面了，在屏幕右上角 Wifi 图标上右键，选择 Wireless & Wired Network Settings。

绑定IP

Configure 项选择 SSID，仅绑定指定的 Wifi 连接，填入对应的网段：

IPv4 地址：192.168.1.101

Router：192.168.1.1

DNS Servers: 192.168.1.1

绑定IP2

3. 使用 PuTTY 访问树莓派

修改树莓派的 IP 地址后，重启树莓派，就可以用PuTTY 通过 192.168.1.101 来连接了。

putty

PuTTY 不光有ssh，还自带了 pscp 和 psftp 方便在主电脑和树莓派之间传输文件。

4. 使用 pscp 传输文件

把windows系统的文件/文件夹上传到树莓派

# 复制整个目录
pscp -r d:\raspi pi@192.168.1.101:/home/pi 
# 复制单个文件
pscp d:\raspi\test.txt pi@192.168.1.101:/home/pi

从树莓派上下载文件/文件夹到windows系统

# 复制整个目录
pscp -r pi@192.168.1.101:/home/pi d:\raspi
# 复制单个文件
pscp pi@192.168.1.101:/home/pi/test.txt d:\raspi

详细参数：

用法: pscp [选项] [用户名@]主机:源 目标
pscp [选项] 源 [其他源...] [用户名@]主机:目标
pscp [选项] -ls [用户名@]主机:指定文件
选项:
-V        显示版本信息后退出
-pgpfp    显示 PGP 密钥指纹后退出
-p        保留文件属性
-q        安静模式，不显示状态信息
-r        递归拷贝目录
-v        显示详细信息
-load 会话名  载入保存的会话信息
-P 端口   连接指定的端口
-l 用户名 使用指定的用户名连接
-pw 密码  使用指定的密码登录
-1 -2     强制使用 SSH 协议版本
-4 -6     强制使用 IPv4 或 IPv6 版本
-C        允许压缩
-i 密钥   认证使用的密钥文件
-noagent  禁用 Pageant 认证代理
-agent    启用 Pageant 认证代理
-hostkey aa:bb:cc:...
手动指定主机密钥(可能重复)
-batch    禁止所有交互提示
-proxycmd 命令
使用 '命令' 作为本地代理
-unsafe   允许服务端通配符(危险操作)
-sftp     强制使用 SFTP 协议
-scp      强制使用 SCP 协议
-sshlog 文件
-sshrawlog 文件 记录协议详细日志到指定文件

5. 使用 PSFTP 传输文件

psftp与pscp类似，速度更快些，但没有进度条显示。

psftp 192.168.1.101
# 输入 pi 和 raspberry
# 上传文件
put d:\raspi\test.txt 
# 下载文件
get /home/pi/test.txt

psftp

常用命令：
cd 切换目录。
ls 查看目录文件。
get  [fileName]下载文件到当前本地目录 。
get -r  [dir] 递归下载远程某个目录下的所有文件到当前本地目录即下载文件夹。
put [fileName] 长传文件到远程当前目录。
put -r [dir] 递归上传本地某个文件夹的所有文件到远程目标目录即上传文件夹。
delete [fileName/dir] 删除某个文件或者文件夹

6. 使用 WinSCP 传输文件

上面两种都是命令行方式的，也可以安装一个WinSCP，建立连接以后，用类似文件管理器的方式，更方便的进行文件传输。

winscp2

更新树莓派系统

1. 换镜像源

由于众所周知的原因，国内无法访问树莓派的更新服务器，所以可以换国内的镜像站作为更新点。

sudo nano /etc/apt/sources.list

注释第一行，然后添加清华源，文件内容如下：

#deb http://raspbian.raspberrypi.org/raspbian/ buster main contrib non-free rpi
# Uncomment line below then 'apt-get update' to enable 'apt-get source'
#deb-src http://raspbian.raspberrypi.org/raspbian/ buster main contrib non-free rpi
deb http://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/raspbian/raspbian/ stretch main contrib non-free rpi
deb-src http://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/raspbian/raspbian/ stretch main contrib non-free rpi

按 ctrl + o 写入，再按 ctrl + x 退出。

2. 更换 pip 源

同样给 pip 更换阿里源和豆瓣源。

sudo mkdir ~/.pip
ls .pip
sudo nano pip.conf

将以下内容写入配置文件：

[global]
timeout = 10
index-url =  http://mirrors.aliyun.com/pypi/simple/
extra-index-url= http://pypi.douban.com/simple/
[install]
trusted-host=
    mirrors.aliyun.com
    pypi.douban.com

3. 用 VPN 连接官方源

国内镜像采用异步更新的方式更新，有时候某些第三方库文件还是不能访问，特别是 github 上的 raw 资源，用 VPN 的话会更方便些。这里以我用的expressVPN为例，其他的 VPN 也雷同。

用WinSCP把安装包上传到树莓派的 Download 目录中；
进入目录后，安装vpn客户端；

cd Downloads/
sudo dpkg -i expressVPN_xv_2.6.3.3-1_armhf.deb

激活软件

expressvpn activate

连接 VPN

expressvpn connect  # 连接VPN
expressvpn list  # 查看服务器可用列表
expressvpn status  # 查看连接状态
expressvpn disconnect  # 断开链接

4. 更新系统

解决连接问题后，就可以进行系统更新了。

sudo apt-get update
sudo apt-get upgrade
pip3 install -U pip

5. 安装中文字库和中文输入法

# 安装中文字库
sudo apt-get install fonts-wqy-zenhei
# 安装中文输入法fcitx及Google拼音输入法
sudo apt-get install fcitx fcitx-googlepinyin fcitx-module-cloudpinyin fcitx-sunpinyin

工具软件

1. Linux_Reader

在 Windows 下可以直接读取树莓派MircoSD里的文件。

reader

2. Teamviewer

VNC需要在同一个局域网中才能远程连接，安装 Teamviewer 可以在任何地方通过 Internet 来访问到树莓派。特别在AIoT的应用中，通过4G网络来访问设备。

Windows下安装 TeamViewer_Setup.exe 客户端即可；
树莓派上将安装包 teamviewer-host_15.9.4_armhf.deb 上传到 Downloads 目录下。

cd Downloads/
sudo dpkg -i teamviewer-host_15.9.4_armhf.deb

有出错缺失 teamviewer-host 的依赖，修复一下

sudo apt-get -f install
sudo apt-get install gdebi
sudo gdebi teamviewer-host_armhf.deb

teamviewer

接受协议，在桌面的右上角就能看见 teamviewer 的图标了。点击轻松访问，然后登陆账号后，就能远程连接了。

teamviewer2

3. Win32DiskImager

除了树莓派官网的烧录工具外，也可以使用 Win32DiskImager 来进行镜像写入，小巧方便绿色，无需安装。

Win32DiskImager

这个软件不光可以进行写入，还能进行镜像导出，这样就便于我们保存多个开发环境，特别在之后配置 OpenCV 和 PyTorch 的过程很繁琐，可以避免每次都重做这些系统和配置。

系统备份

Win32DiskImager 备份出的文件大小取决于MircoSD的大小，所以推荐在 Linux系统下用 dd 命令进行备份后，再对镜像进行压缩。

1. 查看设备名

用 lsblk 查看MircoSD的盘符，一般为 sdb。

lsblk

2. dd 命令备份SD卡

用 dd 命令复制 SD 卡的数据保存为 img 镜像文件。

sudo dd if=/dev/sdb of=./rpi_backup.img bs=8M

3. 备份镜像压缩

使用 PiShrink 缩小镜像尺寸

git clone https://github.com/Drewsif/PiShrink.git
cd PiShrink
chmod +x pishrink.sh
sudo mv pishrink.sh /usr/local/bin
sudo pishrink.sh -s rpi_backup.img new_rpi_backup.img

更多参数如下：

Usage: $0 [-adhrspvzZ] imagefile.img [newimagefile.img]
  -s         Don't expand filesystem when image is booted the first time
  -v         Be verbose
  -r         Use advanced filesystem repair option if the normal one fails
  -z         Compress image after shrinking with gzip
  -Z         Compress image after shrinking with xz
  -a         Compress image in parallel using multiple cores
  -p         Remove logs, apt archives, dhcp leases and ssh hostkeys
  -d         Write debug messages in a debug log file

Tip:
若遇到以下错误：
**pishrink.sh: ERROR occured in line 275: resize2fs failed
mount: /tmp/tmp.Sj9Z4EXlzV: wrong fs type, bad option, bad superblock on /dev/loop0, missing codepage or helper program, or other error.
mv: 无法获取'/tmp/tmp.Sj9Z4EXlzV/etc/rc.local.bak' 的文件状态(stat): 没有那个文件或目录
umount: /tmp/tmp.Sj9Z4EXlzV: 未挂载.
losetup: /dev/loop0：断开失败: 没有那个设备或地址**
**设置环境变量，可修复bug：
set var LANG=en_US.UTF-8 could fix it.**

4. SD 卡克隆备份

用 Win32DiskImager（备份文件大速度快），还是 dd 命令后压缩（时间长文件小），还有一种方式就是直接在树莓派里做 SD 卡克隆。还记得硬件篇里推荐多买几张 MircoSD 卡吧，这里就有用了。

# 查看磁盘空间和 SD卡挂载信息
df -h

空白卡以 usb 读卡器方式插入树莓派，然后在主菜单里 --> 附件 --> SD Card Copier，源选择 /dev/mmcblk0，目标盘选择 /dev/sda，点击 Start 开始复制。

插入另一个树莓派直接可用，插 2 个 usb 读卡器可以相互还原镜像。

软件下载

install

下一篇预告

我们将开始编译OpenCV，PyTorch
安装 Tensorflow 等开发环境，
敬请期待...

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