Raspberry Pi. Руководство по настройке и применению

Raspberry Pi.

 Руководство по настройке
и применению

Москва, 2023

Магда Ю. С.

2-е издание, электронное

УДК 004.42:004.3’144:621.3.049.774ARM
ББК 32.973.26-018.2
М12

М12
Магда, Юрий Степанович.
Raspberry Pi. Руководство по настройке и применению / Ю. С. Магда. — 2-е изд., 
эл. — 1 файл pdf : 189 с. — Москва : ДМК Пресс, 2023. — Систем. требования: Adobe 
Reader XI либо Adobe Digital Editions 4.5 ; экран 10". — Текст : электронный.

ISBN 978-5-89818-395-0

Быстрый прогресс современной электроники в последние годы существенно повлиял на 
все сферы человеческой деятельности, включая применение компьютерных технологий. Существенным прорывом стало создание полнофункциональных компьютерных систем на одном 
кристалле, так называемом System-On-Chip (SoC). В SoC интегрируются все основные функциональные блоки, присущие компьютерам (процессор, память, графический процессор и др.). 
На одном из таких SoC-кристаллов реализован один из наиболее популярных современных 
миниатюрных компьютеров, известный под названием Raspberry Pi.
Эта книга посвящена практическим аспектам применения Raspberry Pi, начиная от программирования простых систем управления и измерения на языке Python и заканчивая разработкой мультимедийных систем и созданием игровых приложений на языке Scratch. Хотя 
Raspberry Pi помещается на ладони, он способен выполнять многие функции, доступные мощным настольным системам. Многие популярные приложения, работающие на настольных 
компьютерах, могут выполняться и на Raspberry Pi. Вдобавок Raspberry Pi обладает мощными 
мультимедийными и графическими возможностями, в частности, при работе с 3D графикой, 
поэтому этот миниатюрный компьютер можно использовать как платформу для разработки 
игровых приложений, что может заинтересовать многих будущих программистов. Raspberry 
Pi можно использовать и для создания своих собственных измерительных и робототехнических 
систем с различными датчиками и исполнительными устройствами. Создание таких систем 
возможно благодаря наличию цифрового порта ввода/вывода (GPIO) — подобная возможность 
отсутствует в обычных настольных ПК.
Материал книги будет полезен самой широкой аудитории, начиная от школьников и студентов и заканчивая разработчиками приложений для мультимедиа, Интернета и систем управления.

УДК 004.42:004.3’144:621.3.049.774ARM 
ББК 32.973.26-018.2

Электронное издание на основе печатного издания: Raspberry Pi. Руководство по настройке и применению / 
Ю. С. Магда. — Москва : ДМК Пресс, 2016. — 188 с. — ISBN 978-5-97060-412-0. — Текст : непосредственный.

Все права защищены. Любая часть этой книги не может быть воспроизведена в какой бы то ни было форме и какими 
бы то ни было средствами без  письменного разрешения владельцев авторских прав.
Материал, изложенный в данной книге, многократно проверен. Но поскольку вероятность технических ошибок все 
равно существует, издательство не может гарантировать абсолютную точность и правильность приводимых сведений. В связи с этим издательство не несет ответственности за возможные ошибки, связанные с использованием книги.

В соответствии со ст. 1299 и 1301 ГК РФ при устранении ограничений, установленных техническими средствами 
защиты авторских прав, правообладатель вправе требовать от нарушителя возмещения убытков или выплаты компенсации.

ISBN 978-5-89818-395-0
© Магда Ю. С.
© Оформление, ДМК Пресс, 2016

СОДЕРЖАНИЕ

Введение ..................................................................................................................5

1
 Сборка и запуск Raspberry Pi..................................................................8

2
 Установка и загрузка Raspbian OS ......................................................12

3
 Linux и Raspberry Pi ..................................................................................18
Основы функционирования операционной системы Linux .........21
Архитектура Linux ......................................................................................25
Учетные записи пользователей...............................................................38
Файловая система Linux ...........................................................................52
Подключение, отключение и восстановление файловых 
систем  ..............................................................................................................61
Контроль дискового пространства ........................................................64
Права доступа к файлам ............................................................................72
Операции с файлами ..................................................................................82
Копирование файлов ..........................................................................82
Удаление файлов ..................................................................................83
Перемещение файлов .........................................................................84
Создание каталогов .............................................................................85
Удаление каталогов .............................................................................86
Поиск файлов и каталогов ................................................................87
Архивирование данных в Linux ..............................................................93

4
 Особенности функционирования Raspbian OS 
в Raspberry Pi ............................................................................................ 101
Установка и обновление программ ..................................................... 103
Программирование в Raspbian OS ..................................................... 103

5
 Сетевые настройки Raspbian OS  ...................................................... 106
Настройка беспроводной сети в Raspberry Pi ................................ 110
Доступ к сетевым ресурсам из Raspbian OS .................................... 120

6
 Программирование на языке Scratch в Raspberry Pi ................ 126

СОДЕРЖАНИЕ
4

7
 Программирование приложений на языке Python 
 
в Raspbian OS ............................................................................................ 140

8
 Порт GPIO в измерительных системах .......................................... 161
Практические примеры простых систем управления .................. 167
Расширение порта GPIO с помощью интерфейса I2C ................. 171
Применение расширителя ввода-вывода PCF8574  ..................... 176
Использование расширителя ввода-вывода MCP23008 ............ 180
Система измерения температуры на базе интерфейса I2C  ........ 183

ВВЕДЕНИЕ

Материал этой книги посвящен практическим аспектам применения 
миниатюрного компьютера Raspberry Pi, начиная от программирования простых систем управления и измерения на языке Python 
и заканчивая разработкой мультимедийных систем или созданием 
игровых приложений на языке Scratch.
Несмотря на то что Raspberry Pi – это всего лишь миниатюрный компьютер, помещающийся на ладони, он позволяет выполнять 
многие функции, доступные мощным настольным системам. Большинство приложений, работающих на настольных компьютерах, 
могут выполняться и на Raspberry Pi. Вдобавок Raspberry Pi обладает мощными мультимедийными и графическими возможностями, 
в частности при работе с 3D-графикой, поэтому этот миниатюрный 
компьютер можно использовать как платформу для разработки 
игровых приложений, что может заинтересовать многих будущих 
программистов.
С другой стороны, Raspberry Pi можно использовать для создания своих собственных измерительных и робототехнических систем 
с подключением различных датчиков и исполнительных устройств, 
таких, например, как электромагнитные реле и двигатели, к цифровым портам ввода/вывода (GPIO, General Purpose Input/Output). 
Наличие GPIO является существенным преимуществом Raspberry 
Pi по сравнению с настольными компьютерами, в которых подобные 
возможности отсутствуют.
Большинство обычных настольных компьютеров работают с популярными операционными системами Windows или Linux, которые 
обеспечивают доступ к аппаратным средствам и дают возможность 
использовать различные популярные приложения. Для Raspberry Pi 
были разработаны несколько вариантов операционных систем, наиболее популярной из которых является Raspbian OS. Raspbian OS 
была разработана специально для Raspberry Pi и является одной 
из модификаций Debian – одного из наиболее распространенных 
дистрибутивов Linux.
Аппаратная часть платы Raspberry Pi содержит центральный процессор, графический контроллер, оперативную память (RAM), а также различные интерфейсы для подключения внешних устройств.
Ниже (рис. 1) показан внешний вид модуля Raspberry Pi последней модификации (Model B Rev.2). Материал этой книги будет базироваться на данной модификации Raspberry Pi.
Для загрузки операционной системы Raspbian OS к модулю Raspberry Pi необходимо подключить какое-либо устройство постоян

ВВЕДЕНИЕ
6

ной памяти большой емкости («mass-storage device»). Для обычных 
настольных ПК таким устройством является жесткий диск. Для 
Raspberry Pi используется SD-карта памяти, содержащая Raspbian 
OS; пользователь может либо инсталлировать операционную систему самостоятельно, либо приобрести SD-карту с предустановленным 
загрузчиком Raspbian OS. Последний вариант более предпочтителен 
для новичков, не имеющих опыта настройки и конфигурирования 
операционных систем Linux. На рис. 1 показана плата Raspberry Pi 
c установленной SD-картой, на которую записана операционная система Raspbian OS.
Для функционирования модуля Raspberry Pi в качестве полнофункционального компьютера необходимо подключить клавиатуру 
и мышь к разъемам USB-платы, а также монитор с HDMI-интерфей сом (в качестве альтернативы можно использовать телевизионный приемник с композитным входом, но качество изображения 
будет хуже). К сожалению, в Raspberry Pi не предусмотрена работа 
с VGA-интерфейсом, хотя для подключения VGA-монитора можно 
воспользоваться адаптером VGA-HDMI. Важное замечание: такой 
адаптер должен запитываться от отдельного источника питания, 
чтобы избежать повреждения платы Raspberry Pi.

Рис. 1

ВВЕДЕНИЕ

Модуль Raspberry Pi получает питание от источника напряжения +5 В с максимально допустимым током в нагрузке не менее 
700 мА. Источник питания подключается к модулю посредством 
кабеля с микро-USB-разъемом. Необходимо учитывать то, что при 
недостаточной мощности источника питания модуль Raspberry Pi 
будет работать неустойчиво.
На плате также имеется разъем для подключения Raspberry Pi 
к сети Ethernet, что позволяет осуществлять доступ к ресурсам локальной сети и/или к Интернету.
Модуль Raspberry Pi, кроме функций, свойственных персональным компьютерам, может служить основой для разработки систем 
управления и измерения. Для этого на плате выведены сигнальные 
линии цифровых портов ввода/вывода (GPIO) на разъем P1. К этим 
линиям можно подключать внешние электронные цепи, управляемые программным способом.
В главе 1 мы рассмотрим более детально конфигурирование Raspberry Pi.

СТРАНИЦА
ГЛАВА

Сборка и запуск 
Raspberry Pi
1

2
Установка и загрузка Raspbian OS
12
3
Linux и Raspberry Pi
18
4
Особенности функционирования 
Raspbian OS в Raspberry Pi
101

5
Сетевые настройки Raspbian OS
106
6
Программирование на языке Scratch 
в Raspberry Pi
126

7
Программирование приложений 
на языке Python в Raspbian OS
140

8
Порт GPIO в измерительных системах
161

СБОРКА И ЗАПУСК RASPBERRY PI
9

В этой главе мы рассмотрим последовательность сборки и настройки аппаратной части модуля Raspberry Pi.
На первом шаге установим SD-карту с образом операционной системы в модуль Raspberry Pi. Затем присоединим клавиатуру и мышь 
к USB-разъемам модуля. Если в дальнейшем планируется использовать какое-либо дополнительное оборудование с USB-интерфейсом 
(например, Bluetooth, Wi-Fi-адаптер, внешний накопитель USB и 
т. д.), то можно расширить количество USB-портов системы, подключив расширитель USB к одному из свободных USB-слотов.
Для подключения Raspberry Pi к дисплею можно воспользоваться 
одним из вариантов, предлагаемых разработчиками системы. Если 
у пользователя имеется дисплей, позволяющий обрабатывать видеосигнал в формате HDMI (High Definition), то видеовыход HDMI на 
плате Raspberry Pi соединяется с видеовходом дисплея.
Многие современные телевизионные приемники и дисплеи работают с DVI-сигналами, поэтому для их подключения можно использовать недорогой DVI-адаптер и HDMI-кабель (модификаций 
1.3–1.4). Модуль Raspberry Pi поддерживает выходные аудио/видео сигналы в формате HDMI, хотя входные сигналы в данном формате не поддерживаются.
Если у вас нет дисплея с HDMI-интерфейсом, то можно воспользоваться обычным аналоговым телевизионным приемником, соединив его с композитным выходом Raspberry Pi посредством стандартного RCA-кабеля желтого цвета. При использовании такого соединения выходной аудиосигнал для последующей обработки можно 
снимать с 3,5-миллиметрового джека на плате Raspberry Pi.
Многие мониторы все еще используют стандарт VGA для обработки видеосигналов. Хотя Raspberry Pi и не работает с VGA, тем не 
менее можно приобрести адаптер VGA-HDMI и соединить HDMIвыход платы Raspberry Pi с VGA-входом монитора. Один из таких 
адаптеров показан на рис. 1.1.

Рис. 1.1

СБОРКА И ЗАПУСК RASPBERRY PI
10

Ниже приводится последовательность операций при подключении Raspberry Pi:
1. Установить SD-карту с загрузчиком в Raspberry Pi.
2. Подсоединить USB-клавиатуру и мышь к плате. Большинство 
из имеющихся в продаже клавиатур/мышей будут работать 
с Raspberry Pi. 
3. Подсоединить один конец видеокабеля к Raspberry Pi (HDMI 
или композитный AV), а второй – к устройству отображения 
(телевизионный приемник либо монитор).
4. Присоединить дополнительные устройства к Raspberry Pi 
(USB Wi-Fi, кабель Ethernet и т. п.).
5. Подсоединить источник питания к разъему микро-USB на 
плате.
Если все действия выполнены правильно, система начнет загружаться. Следует помнить, что при первом включении процесс загрузки выполняется медленнее, поскольку происходит автоконфигурирование системы.
Несколько слов об особенностях подключения и настройки аппаратных интерфейсов. 
Поскольку Raspberry Pi не имеет внутреннего устройства массовой памяти и не поставляется с предварительно записанным образом операционной системы, то для работы потребуется SD-карта 
с инсталлированной операционной системой. Существует несколько дистрибутивов операционной системы Linux, разработанных для 
Raspberry Pi. Материал книги базируется на Raspbian OS, которая 
является одной из модификаций популярной версии Debian Linux.
Образ операционной системы можно записать на SD-карту самому либо воспользоваться уже подготовленной для загрузки SDкартой, которая продается в многочисленных интернет-магазинах. 
Для начинающих пользователей лучше всего воспользоваться SDкартой с предустановленной операционной системой Raspbian OS.
При желании пользователь может сам создать дистрибутив операционной системы на SD-карте, воспользовавшись инструкциями из 
Интернета. Существует несколько различных вариантов для инсталляции операционной системы на SD-карту в зависимости от имеющихся у пользователя аппаратно-программных ресурсов; подробная 
информация по этой теме имеется на многочисленных форумах, посвященных Raspberry Pi.
В качестве периферийных устройств ввода информации подойдут 
любые стандартные клавиатура и мышь с USB-интерфейсом. Бес