树莓派教程
一、烧录树莓派官方系统到sd卡
（准备好：树莓派、sd卡、读卡器）-------本队目前有树莓派4b一枚
把准备好的sd卡（注意sd卡要格式化过，大小最好大于16G）使用读卡器插入PC机
根据下列视频和文档Raspberry Pi系统的烧录
https://www.bilibili.com/video/BV1rL4y1w71w?vd_source=2a70e8cbccfb71570f2b97be1853e0df
https://mirrors.bfsu.edu.cn/ubuntu-cdimage/ubuntu/releases/24.04.1/release/
树莓派最建议的发行版还是Ubuntu-Server,没有图形界面，所以占资源贼小，非常适合树莓派这种小内存设备。
如上图，开机只占300MB内存。
二、树莓派换源
https://blog.csdn.net/KnightJoker0/article/details/130530041
三、树莓派串口通信
树莓派常用接口
树莓派引脚图(3B)
【注意】 树莓派包含两个串口（树莓派3及以前版本）
硬件串口（/dev/ttyAMA0）,硬件串口由硬件实现，有单独的波特率时钟源，性能高，可靠。一般优先选择这个使用。
mini串口（/dev/ttyS0），mini串口时钟源是由CPU内核时钟提供，波特率受到内核时钟的影响，不稳定。
树莓派设备连接
树莓派一般自带网卡，可连接有线宽带或连接无线局域网
树莓派配置基础环境
更换wifi连接
如果无图形界面，而且想连wifi,需要把TF卡插到电脑上访问system-boot
找到network-config
将wifi名和密码填上即可，拔出TF卡，然后往树莓派上插，重启树莓派就可以发现树莓派连上啦。
配置SSH
树莓派烧录软件现已支持选择是否开启ssh的选项。
可以直接通过该软件进行配置。
配置VNC
串口通信环境配置（设备第一次使用需设置）
如果设备之前使用过串口通信，这部分直接略过，直接看第5部分
开启ttyS0设备
【注意】不要再普通用户组上进行操作，一定要在root用户组上配置，否则将会出错。
打开树莓派终端输入：
ls -la /dev/如果树莓派再此之前并没有做任何的串口配置，默认红色框内的串口ttyAMA0，这是给蓝牙模块使用的。我们还要启用串口ttyS0。
下面打开串口
/dev/ttyS0，在命令框输入：
sudo raspi-confi然后选择
Interfacing Options，回车
选择
Serial，然后回车
选择
Yes
选择
Yes
然后退出即可，此时提示树莓派需要
重启。再输入命令
ls -la /dev/此时我们能看到，除了之前的 ttyAMA0以外，ttyS0也显示在设备当中，说明前面的配置没问题。
修改映射关系
终端输入
sudo vim /boot/config.txt在该文件最后一行添加：
dtoverlay=pi3-miniuart-bt重启树莓派，然后重新在输入ls -la /dev/，查看两者是否对调成功。
关闭Console
在终端中输入：
sudo systemctl stop serial-getty@ttyS0.service
sudo systemctl disable serial-getty@ttyS0.service配置串口参数：配置cmdline.txt
终端输入：
sudo vim /boot/cmdline.txt如果打开后，存在 console=serial1,115200和kgdboc=serial1,115200，则删除。如果没有，这步骤忽略。
console=tty1 root=PARTUUID=ea7d04d6-02 rootfstype=ext4 elevator=deadline fsck.repair=yes rootwait quiet splash plymouth.ignore-serial-consoles到此，第一次使用配置完成。
串口通信测试（Python 基于Serial库）
环境配置
安装python、python3、python-serial
sudo apt install python
sudo apt install python3
sudo apt install python-serial启动python IDE
输入 python 打开 python 命令行模式，创建serial实例ser，端口为/dev/ttyAMA0，波特率设置为115200。
>>> import serial
>>> ser = serial.Serial('/dev/ttyAMA0',115200)检验串口是否打开，若未打开则输入 ser.open()打开
>>> ser.isOpen()
True打开PC串口调试助手-------------这里是使用usb-ttl利用PC串口助手进行的测试
>>> ser.write(b'Raspberry pi')
12树莓派往 PC 端发送了 Raspberry 字符，也就是上图蓝框部分，说明树莓派前面的一系列配置可以实现串口透传通讯了。
python代码
python脚本代码，实现串口的发送和接收：
import serial
import time
ser = serial.Serial('/dev/ttyAMA0', 115200)
if ser.isOpen == False:
ser.open() # 打开串口
ser.write(b"hello stm32!!\n")
try:
while True:
size = ser.inWaiting() # 获得缓冲区字符
if size != 0:
res = ser.read(size) # 读取内容并显示
print(res)
ser.flushInput() # 情况接收缓存区
time.sleep(0.5) # 软件延时
except KeyboardInterrupt:
ser.close()
串口通信测试（C 基于wiringPi库）
配置环境
#更新软件包列表
sudo apt-get update
#安装wiringPi
sudo apt-get install wiringpi
#验证安装
gpio -v查看 wiringPi 是否安装成功：
C代码
创建C文件写一个串口实现例程：
#include<stdio.h> // 包含标准输入输出头文件
#include<wiringPi.h> // 包含wiringPi库头文件，用于树莓派GPIO操作
#include<wiringSerial.h> // 包含wiringPi串口库头文件，用于串口通信
#include<unistd.h> // 包含unistd.h头文件，用于sleep等函数
int main() // 主函数
{
int fd; // 文件描述符，用于串口设备
int res; // 存储从串口读取的数据
int i; // 循环计数器
i = 0; // 初始化计数器
if(wiringPiSetup() < 0) // 初始化wiringPi，如果返回值小于0，则初始化失败
{
return 1; // 初始化失败，返回1退出程序
}
fd = serialOpen("/dev/ttyAMA0", 115200); // 打开串口设备，波特率设置为115200
if(fd < 0) // 判断串口是否打开成功，如果返回值小于0，则打开失败
{
return 1; // 打开串口失败，返回1退出程序
}
printf("serail test start ...\n"); // 输出提示信息，串口测试开始
serialPrintf(fd, "hello stm32!!\n"); // 通过串口发送字符串"hello stm32!!\n"
while(1) // 无限循环
{
if(serialDataAvail(fd) != 0) // 检查串口是否有数据可读，如果不为0，则有数据
{
res = serialGetchar(fd); // 从串口读取一个字符
putchar(res); // 输出读取到的字符
fflush(stdout); // 刷新标准输出缓冲区
}
}
serialClose(fd); // 关闭串口
return 0; // 程序正常退出，返回0
}
【注意】该代码可以使用gcc编译，如果你是使用上述安装方式安装的wiringPi库，那么意味着你的环境变量已经自动配置完成，那么编译指令为：
gcc ``/源文件名/``.c -o ``/``工程名/ -lwiringPi
编译完成后运行指令为：
./工程名/
下面是 PC 端串口调试助手显示：
串口通信库学习及使用（C++）
【注意】上述串口通信的Python、C的实现是基于pySerial库、wiringPi库完成的。
其中WiringPi库本身是一个专为树莓派设计的用于C/C++的GPIO库，其中包含了用于串口通信的
wiringSerial库。这个库仅可以用于树莓派的Raspberry Pi系统，该库提供了一组简单的函数，用于打开、关闭、读取和写入串口数据。而pySerial库则是一个用于Python通用串口通信库，以在各种操作系统上使用，包括Windows、Linux、和MacOS。树莓派作为运行Linux的设备，自然也可以使用pySerial进行串口通信。
下面将详细讲述基于WiringPi库的串口通信，以及基于C++通用串口通信库Boost库的串口通信
基于WiringPi库的串口通信
WiringPi库串口通信常用函数
这是树莓派WiringPi库官方文档⬇
https://www.rubydoc.info/gems/wiringpi2/2.0.1/WiringPi
| 常见函数定义 | 参数解释 | 功能 |
|---|---|---|
| int wiringPiSetup() | 无传入参数；返回：如果成功初始化 wiringPi 库和 GPIO 系统，函数将返回 0，表示初始化成功。；如果初始化失败，函数将返回 -1，表示初始化失败或出现错误。 | 用于初始化 wiringPi 库和 GPIO 系统，准备后续对 GPIO 引脚进行控制。；它会设置合适的权限、初始化必要的数据结构，并确保 GPIO 控制能够正常运行。；初始化成功后，允许使用其他 wiringPi 函数来操控树莓派的 GPIO 引脚。 |
| int serialOpen (char *device, int baud) | device:串口的地址，在Linux中就是设备所在的目录，默认一般是"/dev/ttyAMA0"。；baud：波特率；返回：正常返回文件描述符，否则返回-1失 败。 | 打开并初始串口 |
| void serialClose (int fd) | fd:串口的文件描述符 | 关闭串口 |
| void serialPutchar (int fd, unsigned char c) | fd:文件描述符；c:要发送的数据 | 发送一个字节的数据到串口 |
| void serialPuts (int fd, char *s) | fd：文件描述符；s：发送的字符串，字符串要以'\0'结尾 | 发送一个字符串到串口 |
| int serialDataAvail (int fd) | fd：文件描述符；返回：串口缓存中已经接收的，可读取的字节数，-1代表错误 | 获取串口缓存中可用的字节数。 |
| int serialGetchar (int fd) | fd：文件描述符；返回：读取到的字符，失败时返回-1 | 从串口读取一个字节数据返回。；如果串口缓存中没有可用的数据，则会等待10秒，如果10后还有没，返回-1；所以，在读取前，做好通过serialDataAvail判断下。 |
| void serialFlush (int fd) | fd：文件描述符 | 刷新，清空串口缓冲中的所有可用的数据。 |
| *size_t write (int fd,const void * buf,size_t count) | fd：文件描述符；buf：需要发送的数据缓存数组；count:发送buf中的前count个字节数据；返回：实际写入的字符数，错误返回-1 | 这个是Linux下的标准IO库函数，需要包含头文件#include <unistd.h>；当要发送到的数据量过大时，wiringPi建议使用这个函数。 |
| *size_t read(int fd,void * buf ,size_t count); | fd：文件描述符；buf：接受的数据缓存的数组；count:接收的字节数.；返回：实际读取的字符数，失败时返回-1 | 这个是Linux下的标准IO库函数，需要包含头文件#include <unistd.h>；当要接收的数据量过大时，wiringPi建议使用这个函数。 |
WiringPi库串口通信实现
案例1：
#include <iostream>
#include <wiringPi.h>
#include <wiringSerial.h> // 包含串口函数 ------ wiringpi的串口通信的实现在该部分
int main() {
const char* device = "/dev/ttyAMA0"; // Raspberry Pi上的串口设备
int baud = 9600; // 波特率
// 初始化 wiringPi
if (wiringPiSetup() == -1) {
std::cerr << "初始化 wiringPi 失败。\n";
return 1;
}
// 打开串口连接
int fd = serialOpen(device, baud);
if (fd == -1) {
std::cerr << "打开串口设备失败。\n";
return 1;
}
// 向串口写入数据
serialPuts(fd, "Hello, world!\n");
// 从串口读取数据并打印
while (true) {
while (serialDataAvail(fd) > 0) {
char c = serialGetchar(fd);
std::cout << c;
}
delay(100); // 等待一段时间再次检查，避免过于频繁的检查
}
// 关闭串口连接
serialClose(fd);
return 0;
}
该实现使用WiringPi库进行了基础的串口通信的发送和接收，具体流程如下⬇
案例2：
事实上，案例1算不上一个完整的串口通信实现，它发送过一个字符串之后，便在死循环中已知等待接收信息，无法做到在兼顾”程序运行的任意时间内去向另一个设备发送信息“和”在其他设备向本机的发送信息的时候立刻接收“，一般情况下如果要实现该基础功能，对于PC来说要使用到多线程的相关实现，以下就是基于多线程利用WiringPi库去实现上述基础功能的实现：
#include <iostream> // 标准输入输出流
#include <string> // 字符串库
#include <thread> // 线程库
#include <cstring> // 字符串操作库
#include <wiringSerial.h> // wiringPi 库提供的串口库
#include <wiringPi.h> // wiringPi 库
int fd; // 全局变量，用于存储串口文件描述符
// 串口发送线程函数
void write_thread()
{
std::string send_buf = "hello world"; // 要发送的字符串
char cmd; // 用户输入的命令字符
while (true)
{
std::cout << "pthread1:按任意键发送数据" << std::endl; // 提示用户输入
std::cin >> cmd; // 等待用户输入任意字符
write(fd, send_buf.c_str(), send_buf.length()); // 向串口写入数据
}
}
// 串口接收线程函数
void read_thread()
{
char msg[128] = {'\0'}; // 接收缓冲区
std::cout << "pthread2:listening..." << std::endl; // 提示正在监听
while (true)
{
while (serialDataAvail(fd) != -1) // 检查串口是否有数据可读
{
int nread = read(fd, msg, 128); // 从串口读取数据
if (nread > 0)
{
std::cout << "get data: " << nread << " Byte context: " << msg << std::endl; // 打印接收到的数据
}
memset(msg, 0, sizeof(msg)); // 清空消息缓冲区
}
}
}
int main()
{
if (-1 == wiringPiSetup()) // 初始化 wiringPi 库
{
std::cerr << "setup error" << std::endl; // 输出设置错误信息到标准错误流
return -1; // 返回错误码 -1
}
fd = serialOpen("/dev/ttyAMA4", 9600); // 打开串口设备 ttyAMA4，波特率 9600
std::thread writeThread(write_thread); // 创建串口发送线程
std::thread readThread(read_thread); // 创建串口接收线程
writeThread.join(); // 等待发送线程结束
readThread.join(); // 等待接收线程结束
return 0; // 正常结束程序
}
writeThread线程调用write_thread()函数，不断等待用户输入命令后，将固定的字符串 "hello world" 发送到串口中。readThread线程调用read_thread()函数，不断检查串口是否有数据可读，如果有则读取数据并输出到控制台。
Boost.Asio库的串口通信
Boost库是一个C++的网络通信库，其中Asio部分是该库用于串口通信的一小部分，同时Boost库也是C++的标准库，因此，使用该库完成的代码实现可以迁移到任何平台直接使用，本人使用该库初步封装了一个异步串口通信实现，并封装了一部分基于串口通信的功能：
具体实现及代码讲解见该链接⬇：