《Taylor的樹莓派》之 樹莓派3B+ 安裝CentOS 7 for ARM64

一、簡介

1.1 個人簡介

Taylor
80後程式員，熱愛技術、追求極致，愛玩、愛折騰，10年.NET開發，熟悉.NET、Java、Python等技術。

1.2 樹莓派簡介

樹莓派是什麼？

樹莓派（Raspberry Pi），是一款只有一張信用卡大小的開源單板電腦， 它由英國的樹莓派基金會開發，目的是以低價硬體及自由軟體刺激在學校的
基本的電腦科學教育，在經歷幾代版本的更新迭代後，樹莓派不僅支持Linux以及Linux的衍生版本系統，還支持Windows 10 IoT Core等全新的系統平臺，
並且融入了眾多的AI元素，是目前全球應用最廣、最受電子愛好者、工程師、學生喜愛的開源單板電腦。

誰在玩樹莓派？

通過上文的介紹我們可以瞭解到，樹莓派最初的目的是致力於在校學生的電腦教育，無論是小學生、中學生還是大學生，都可以零基礎入門。
隨著樹莓派的不斷迭代、性能提升，其作用也在發生變化，除了電腦教育的應用，還被眾多的嵌入式開發工程師、軟體開發工程師等用來做各種實驗項目。
如果你對樹莓派或者編程感興趣，無論你是否學過電腦編程，都可以零基礎入門。

PS:《Taylor的樹莓派》系列教程會陸續發佈，希望熱愛技術的你和我一起學習！

我們可以用樹莓派做什麼？

Linux系統學習
    利用樹莓派學習Linux系統的基本操作和命令

Git伺服器
    利用樹莓派搭建區域網/外網的Git伺服器，方便個人或小團隊的代碼管理

FTP伺服器
    利用樹莓派搭建區域網/外網的FTP伺服器，建立個人或小團隊的FTP站點

消息隊列伺服器
    利用樹莓派搭建消息隊列伺服器，如：部署RPC服務端或消費者端進行消息處理等

爬蟲伺服器
    利用樹莓派搭建分散式爬蟲伺服器，如：Python+RabbitMQ+redis的高併發分散式爬蟲等

微服務部署
    利用樹莓派部署基於Docker的微服務架構API，如.NET Core、Spring Boot等

物聯網開發
    利用樹莓派的串口連接各類感測器（如：溫濕度感測器、光照感測器、煙霧感測器等）進行物聯網開發

1.3 ARM簡介

在學習任何嵌入式開發之前，最先要瞭解的就是嵌入式終端的CPU架構。

樹莓派是典型的嵌入式開發板，其CPU架構自然是ARM，先來看下樹莓派3B+的硬體配置：

博通BCM2837B0 SoC，集成四核ARM Cortex-A53（ARMv8）64位@ 1.4GHz CPU，集成博通 Videocore-IV GPU

記憶體：1GB LPDDR2 SDRAM

有線網路：千兆乙太網（通過USB2.0通道，最大吞吐量 300Mbps）

無線網路:2.4GHz和5GHz 雙頻Wi-Fi，支持802.11b/g/n/ac

藍牙：藍牙4.2&低功耗藍牙（BLE）

存儲：Micro-SD

其他介面：HDMI，3.5mm模擬音頻視頻插孔，4x USB 2.0，乙太網，攝像機串列介面（CSI），
顯示器串列介面（DSI），MicroSD卡座，40pin擴展雙排插針

尺寸：82mmx 56mmx 19.5mm，50克

ARM概念

ARM首先是一個公司，這家公司設計CPU並向各個CPU製造商授權許可，所以ARM公司是一家CPU設計公司。同時，ARM也是ARM公司主導設計的CPU系列的簡稱。

ARM版本區分

ARM版本號可以分為三類：

· 內核版本號，例如ARMv5，ARMv7，ARMv7a，ARMv8a...

· Soc版本號，例如Cortex-A8，Cortex-A9...

· 晶元型號，例如2410，2440，6410，S5PV210...

CPU設計原理和匯流排

CPU主要包括運算器，控制器，存儲器通過匯流排與Flash與記憶體連接。

匯流排就類似於CPU中的道路，數據通過匯流排在CPU和外設之間傳輸，CPU也通過內部匯流排與SOC中的其他外設連接，例如UART設備，內部匯流排由於在晶元內部，
抗干擾能力強，運算速度更快。

匯流排分為兩種，地址匯流排和數據匯流排：

地址匯流排用於傳輸地址，CPU通過地址匯流排定址，告訴設備要取的數據在哪個地址中，地址匯流排的位數決定了定址範圍

數據匯流排用於傳輸數據，CPU通過數據匯流排與外部交換信息，將設備要的數據通過該匯流排發送給對方，數據匯流排的位數決定了CPU單次通信能交換的信息數量

匯流排的速度決定了CPU和外設互換信息的速度

CPU的地址匯流排和數據匯流排的位數可以不同，CPU的位數就指的是數據匯流排的位數

32位CPU的定址範圍是4G所以最多支持4G記憶體，數據匯流排是32位的，那麼傳輸一個int和傳輸一個char的效率是一樣的。

在64位系統下運行32位軟體，唯一的差別就是32位軟體仍然是32定址機制，所以只有64位系統才能原生支持超過4G記憶體的定址。

樹莓派3B+使用的CPU為四核ARM Cortex-A53（ARMv8）64位，通過上文我們瞭解到32位的定址空間有限，並不能真正發揮64位CPU的性能，有實驗證明，64位CPU的樹莓派比32位的效率提高近30倍。

支持ARM的系統

瞭解了樹莓派的CPU，再來說下支持樹莓派的系統，目前支持樹莓派的系統有以下幾種：

Raspbain Stretch        樹莓派官方操作系統（圖形界面版）
Raspbain Stretch Lite   樹莓派官方操作系統（命令行版）
Ubuntu Mate             Ubuntu標準系統（圖形界面版）
......
Ubuntu Server           Ubuntu伺服器系統
Windows 10 IoT Core     Windows 10的物聯網核心系統
CentOS-armhfp           Centos arm32位版
CentOS-AArch64          Centos arm64位版

說明：Centos系統官方只提供32位版本的img鏡像下載，64位版系統提供.iso的鏡像下載，樹莓派無法燒錄.iso鏡像
Centos從ARMv8開始使用AArch術語表示，AArch是ARMv8的官方Linux體繫結構名稱
詳見官方說明：https://seven.centos.org/2015/03/building-centos-linux-7-for-armv8/
官方鏡像地址32位：http://mirror.centos.org/altarch/7/isos/armhfp/
官方鏡像地址64位：http://mirror.centos.org/altarch/7/isos/aarch64/

更多系統，詳見 http://rpifans.cn/pages/imgdown/index.html

二、材料清單

樹莓派3B+（2.5V電源 + USB線）x 1 約230-250元

閃迪TF卡（64G）x 1 約80-100元

TF卡讀卡器 x 1 約10元

材料總價約300元

三、燒錄系統

鏡像文件

樹莓派的鏡像文件為.img，下載的操作系統鏡像為.img文件或raw.xz文件
本文使用CentOS for AArch64作為樹莓派的操作系統，由於Centos官方未提供64位的img鏡像下載，所以本文采用移植版的CentOS for AArch64
鏡像下載地址：https://github.com/chainsx/centos64-rpi

使用工具

SDFormatter：TF卡格式化工具，用於格式化TF卡
下載地址：https://www.sdcard.org/chs/downloads/formatter_4/eula_windows/index.html

Win32DiskImager：鏡像燒錄工具，用於燒錄img鏡像
下載地址：https://sourceforge.net/projects/win32diskimager/

putty：SSH連接工具，用於ssh連接樹莓派
下載地址：https://www.chiark.greenend.org.uk/~sgtatham/putty/

四、基礎配置

4.1 擴展磁碟分區

系統燒錄完成之後的系統分區為根分區+Linux分區，也就是TF卡的磁碟大小僅為系統鏡像的大小，很顯然這是不能接受的，我們要對磁碟進行重新分區，找回失去的磁碟空間

關於燒錄分區

img鏡像是一種可引導的分區文件，系統燒錄完成後，磁碟被分為兩個區。
一個是FAT16可讀寫的根分區，用來存放鏡像引導文件和系統內核等文件。
一個是Linux的只讀分區，用來存放Linux文件系統。
重新分區的目的就是將只讀分區的剩餘空間擴展出來，最大化磁碟剩餘空間，用來存儲其他文件

查看磁碟大小

[root@localhost ~]# df -h

進入分區工具

[root@localhost ~]# fdisk /dev/mmcblk0
Welcome to fdisk (util-linux 2.23.2).

Changes will remain in memory only, until you decide to write them.
Be careful before using the write command.

磁碟分區

#刪除分區（命令：d）
Command (m for help): d

#選擇分區（刪除預設分區）
Partition number (1,2, default 2): 輸入2或直接回車

#列出分區表（命令：p）
Command (m for help): p
Device Boot             Start         End       Blocks   Id  System
/dev/mmcblk0p1   *        2048      131072       64512+   e  W95 FAT16 (LBA)

#新建分區（命令：n）
Command (m for help): n

#選擇分區類型（選擇預設類型，輸入p）
Select (default p): p

#選擇分區（選擇預設分區）
Partition number (2-4, default 2): 輸入2或回車

#選擇第二分區起始位置（使用預設）
First sector (131073-124735487, default 133120): 回車

#選擇第二分區結束位置（使用預設）
Last sector, +sectors or +size{K,M,G} (133120-124735487, default 124735487): 回車

#列出分區表（命令：p）
Command (m for help): p
 Device Boot            Start         End       Blocks   Id  System
/dev/mmcblk0p1   *        2048      131072       64512+   e  W95 FAT16 (LBA)
/dev/mmcblk0p2          133120   124735487    62301184   83  Linux

#把分區寫進分區表，保存並退出（命令：w）
Command (m for help): w

重啟系統

[root@localhost ~]# reboot

重啟後調整分區大小（重要步驟！！！）

#要調整的分區為第二分區
[root@localhost ~]# resize2fs /dev/mmcblk0p2

查看磁碟大小

[root@localhost ~]# df -h
Filesystem      Size  Used Avail Use% Mounted on
/dev/root        59G  2.3G   54G   5% /
devtmpfs        454M     0  454M   0% /dev
tmpfs           459M     0  459M   0% /dev/shm
tmpfs           459M   12M  448M   3% /run
tmpfs           459M     0  459M   0% /sys/fs/cgroup
/dev/mmcblk0p1   63M   63M  2.0K 100% /boot
tmpfs            92M     0   92M   0% /run/user/0

4.2 升級系統內核

由於移植版本的系統內核未提供無線網路、藍牙等擴展功能的驅動，所以需要升級系統內核，否則無法開啟樹莓派的無線網卡

查看內核版本

#查看內核版本
[root@localhost ~]# cat /proc/version
Linux version 4.13.16-chainsx-edition-CX-v5 (root@ubuntu) (gcc version 5.4.0 20160609 
(Ubuntu/Linaro 5.4.0-6ubuntu1~16.04.6)) #1 SMP PREEMPT Tue Feb 20 18:45:58 CST 2018

配置hosts

#編輯hosts
[root@localhost ~]# vi /etc/hosts
#輸入以下內容（或參考 常見問題及解決 使用DNS檢測網站檢測最新的IP）
192.30.253.112 github.com
151.101.113.194 github.global.ssl.fastly.net

克隆項目

#從git克隆項目
[root@localhost ~]# git clone https://github.com/chainsx/firmware64-rpi
Cloning into 'firmware64-rpi'...
remote: Counting objects: 2928, done.
remote: Total 2928 (delta 0), reused 0 (delta 0), pack-reused 2928
Receiving objects: 100% (2928/2928), 65.13 MiB | 2.82 MiB/s, done.
Resolving deltas: 100% (517/517), done.
Checking out files: 100% (2895/2895), done.

進入目錄

[root@localhost ~]# cd /root/firmware64-rpi

安裝內核

[root@localhost ~]# cd install && sh install.sh
Install Image,dtbs
cp: cannot overwrite directory ‘/boot/overlays’ with non-directory
cp: error writing ‘/boot/vmlinuz-4.16.0-chainsx-edition-chainsx+v7’: No space left on device
Remove old modules
OK
Install modules
OK
Install firmware
OK
Install kernel_headers
OK
Configure files
#uncomment to overclock the arm. 700 MHz is the default.
arm_freq=700# NOOBS Auto-generated Settings:
hdmi_force_hotplug=1
config_hdmi_boost=4
overscan_left=24
overscan_right=24
overscan_top=16
overscan_bottom=16
disable_overscan=0
core_freq=250
sdram_freq=400
over_voltage=0
OK
You can reboot to use this new kernel.

重啟系統

[root@localhost ~]# reboot

查看內核版本

[root@localhost ~]# cat /proc/version
Linux version 4.16.0-chainsx-edition-chainsx+v7 (root@ubuntu) (gcc version 5.4.0 20160609 
(Ubuntu/Linaro 5.4.0-6ubuntu1~16.04.6)) #3 SMP PREEMPT Thu Mar 22 02:32:13 CST 2018

4.3 更改系統語言

查看語言配置

[root@localhost ~]# cat /etc/locale.conf
LANG="en_US.UTF-8"

查看系統語言包

[root@localhost ~]# locale -a

修改語言配置

[root@localhost ~]# vi /etc/locale.conf
#更改為簡體中文
LANG="zh_CN.utf8"

重啟系統

[root@localhost ~]# reboot

查看語言配置

[root@localhost ~]# cat /etc/locale.conf
LANG="zh_CN.utf8"

4.4 配置無線網路

查看IP地址

[root@localhost ~]# ip addr
1: lo: <LOOPBACK,UP,LOWER_UP> mtu 65536 qdisc noqueue state UNKNOWN group default qlen 1000
    link/loopback 00:00:00:00:00:00 brd 00:00:00:00:00:00
    inet 127.0.0.1/8 scope host lo
    valid_lft forever preferred_lft forever
    inet6 ::1/128 scope host
    valid_lft forever preferred_lft forever
2: eth0: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500 qdisc pfifo_fast state UP group default qlen 1000
    link/ether xx:xx:xx:xx:xx:xx brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
    inet 192.168.0.104/24 brd 192.168.0.255 scope global noprefixroute dynamic eth0
    valid_lft 6935sec preferred_lft 6935sec
    inet6 fe80::ba27:ebff:fee1:2a28/64 scope link
    valid_lft forever preferred_lft forever
3: wlan0: <BROADCAST,MULTICAST> mtu 1500 qdisc noop state DOWN group default qlen 1000
    link/ether xx:xx:xx:xx:xx:xx brd ff:ff:ff:ff:ff:ff

#註意：查看wlan0的狀態是否為UP，當前wlan0的狀態沒有UP，說明沒有開啟，執行下一條命令開啟wlan0

開啟wlan0

[root@localhost ~]# ip link set wlan0 up

查看IP地址

[root@localhost ~]# ip addr
1: lo: <LOOPBACK,UP,LOWER_UP> mtu 65536 qdisc noqueue state UNKNOWN group default qlen 1000
    link/loopback 00:00:00:00:00:00 brd 00:00:00:00:00:00
    inet 127.0.0.1/8 scope host lo
    valid_lft forever preferred_lft forever
    inet6 ::1/128 scope host
    valid_lft forever preferred_lft forever
2: eth0: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500 qdisc pfifo_fast state UP group default qlen 1000
    link/ether xx:xx:xx:xx:xx:xx brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
    inet 192.168.0.104/24 brd 192.168.0.255 scope global noprefixroute dynamic eth0
    valid_lft 6912sec preferred_lft 6912sec
    inet6 xxxx::xxxx:xxxx:xxxx:xxxx/64 scope link
    valid_lft forever preferred_lft forever
3: wlan0: <NO-CARRIER,BROADCAST,MULTICAST,UP> mtu 1500 qdisc pfifo_fast state DOWN group default qlen 1000
    link/ether xx:xx:xx:xx:xx:xx brd ff:ff:ff:ff:ff:ff

#註意：查看wlan0的狀態是否為UP，當前wlan0的狀態為UP，說明已經開啟

安裝wifi管理工具

[root@localhost ~]# yum -y install NetworkManager-wifi

配置文件設置wifi

[root@localhost ~]# cd /etc/sysconfig/network-scripts

創建配置文件

#ifcfg-後面的名稱與下文NAME參數對應
[root@localhost ~]# vi ifcfg-taylor

#輸入內容如下：
HWADDR=xx:xx:xx:xx:xx:xx #無線網卡MAC地址（本例以x號代替，可以使用 ip addr 命令查看 wlan0 的MAC地址）
ESSID=xxxxxx #wifi名稱（無線網的名稱，本例以x號代替）
MODE=Managed
KEY_MGMT=WPA-PSK
SECURITYMODE=open
MAC_ADDRESS_RANDOMIZATION=default
TYPE=Wireless
PROXY_METHOD=none
BROWSER_ONLY=no
BOOTPROTO=none #啟用靜態IP
DEFROUTE=yes
IPV4_FAILURE_FATAL=no
IPV6INIT=yes
IPV6_AUTOCONF=yes
IPV6_DEFROUTE=yes
IPV6_FAILURE_FATAL=no
IPV6_ADDR_GEN_MODE=stable-privacy
NAME=taylor #網路連接的名稱
UUID=ff0af7a2-aac8-45b7-bf21-894d571c9b2a
ONBOOT=yes #開機自動啟動
IPADDR=192.168.0.110 #靜態IP
PREFIX=24 #子網掩碼24位
GATEWAY=192.168.0.1 #預設網關
DNS1=192.168.1.1 #DSN 1
DNS2=192.168.0.1 #DNS 2

創建密鑰文件

#keys-後面的名稱與上文NAME參數對應
[root@localhost ~]# vi keys-taylor

#輸入內容如下（本例以x號代替）
WPA_PSK=xxxxxx #wifi密碼

重啟系統

[root@localhost ~]# reboot

#系統重啟後使用ip addr 命令查看wlan0是否正確分配ip，如果正確分配ip，此時可拔掉網線，斷開ssh連接。
使用靜態ip連接ssh，即使用wifi連接樹莓派

4.5 安裝基礎工具

安裝下載工具

[root@localhost ~]# yum -y install wget

安裝epel源

#下載（清華大學鏡像站地址）
[root@localhost ~]# wget https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/epel/epel-release-latest-7.noarch.rpm

#安裝
[root@localhost ~]# rpm -vih epel-release-latest-7.noarch.rpm

#查看
[root@localhost ~]# cd /etc/yum.repos.d
[root@localhost yum.repos.d]# ls
CentOS-Base.repo         CentOS-CR.repo         CentOS-fasttrack.repo  CentOS-Sources.repo  epel.repo
CentOS-Base.repo.rpmnew  CentOS-Debuginfo.repo  CentOS-Media.repo      CentOS-Vault.repo    epel-testing.repo

#更新源
[root@localhost ~]# yum clean all && yum makecache

安裝開發工具包

[root@localhost ~]# yum groupinstall "Development Tools"

4.6 升級系統版本

查看系統版本

[root@localhost ~]# cat /etc/redhat-release
CentOS Linux release 7.4.1708 (AltArch)

備份重要數據

備份過程略（或不備份直接升級）

運行yum命令升級

#清除yum緩存
[root@localhost ~]# yum clean all

#更新所有包
[root@localhost ~]# yum -y update

重啟系統

[root@localhost ~]# reboot

查看系統版本

[root@localhost ~]# cat /etc/redhat-release
CentOS Linux release 7.5.1804 (AltArch)

4.7 設置系統時區

查看時區設置

[root@localhost ~]# timedatectl
      Local time: Sat 2018-07-07 13:51:00 UTC
  Universal time: Sat 2018-07-07 13:51:00 UTC
        RTC time: n/a
       Time zone: Etc/UTC (UTC, +0000)
     NTP enabled: yes
NTP synchronized: yes
 RTC in local TZ: no
  DST active: n/a

設置時區

[root@localhost ~]# timedatectl set-timezone Asia/Shanghai

查看時區設置

[root@localhost ~]# timedatectl
    Local time: 日 2018-06-24 21:29:14 CST
Universal time: 日 2018-06-24 13:29:14 UTC
        RTC time: n/a
    Time zone: Asia/Shanghai (CST, +0800)
    NTP enabled: yes
NTP synchronized: yes
RTC in local TZ: no
    DST active: n/a

4.8 修改系統密碼

修改root密碼（密碼輸入無任何回顯，摸黑輸入）

#若提示 無效的密碼： 密碼包含用戶名在某些地方 請忽略該提示，再次輸入密碼即可更改成功

#英文版
[root@localhost ~]# passwd root
Changing password for user root.
New password:
BAD PASSWORD: The password contains the user name in some form
Retype new password:
passwd: all authentication tokens updated successfully.

#中文版
[root@localhost ~]# passwd root
更改用戶 root 的密碼 。
新的 密碼：
無效的密碼： 密碼包含用戶名在某些地方
重新輸入新的 密碼：
passwd：所有的身份驗證令牌已經成功更新。

重啟系統

[root@localhost ~]# reboot

五、常見問題及解決

5.1 ifconfig命令無效

描述：輸入ifconfig命令後顯示 -bash: ifconfig: command not found 或 -bash: ifconfig: 未找到命令

原因：缺少net-tools包（net-tools包提供了ifconfig命令）

解決：安裝net-tools
    yum install net-tools
拓展：
    1、CentOS 7最小化系統，使用 ip addr 和 ip link 命令來查找網卡詳情，要知道統計數據，可以使用 ip -s link

    2、如果你不知道在哪裡可以找到ifconfig命令，請按照以下簡單的步驟來找到它。
        首先，讓我們找出哪個包提供了ifconfig命令。要完成這項任務，輸入以下命令：

        yum provides ifconfig

        或者你也可以使用以下命令

        yum whatprovides ifconfig

        “provides”或者“whatprovides”開關用於找出某個包提供了某些功能或文件

5.2 GitHub訪問/下載太慢

使用（站長工具-Dns檢測）
http://tool.chinaz.com/dns/ 
或（IP檢測網站）
https://www.ipaddress.com/

分別檢測
github.com
github.global.ssl.fastly.net-tools
codeload.github.com

寫入hosts（Windows）：
C:\Windows\System32\drivers\etc\hosts

192.30.253.113 github.com
151.101.73.194 github.global.ssl.fastly.net

cmd 執行 ipconfig /flushdns 命令，刷新 DNS 緩存

寫入hosts（Linux）：
vi /etc/hosts

192.30.253.112 github.com
151.101.113.194 github.global.ssl.fastly.net