iT邦幫忙

2021 iThome 鐵人賽

DAY 2
0
自我挑戰組

[機派X] 無人機與樹莓派的相遇 Linux不只是過客系列 第 2

[機派X] Day2 - 樹莓派碰上 Ubuntu

引言

今天是機派X系列文章的第二天,這篇文章終於要進入正題了!
首先,我們要在樹莓派上安裝 Linux 以便日後使用。

本篇大綱:

  • 引言
  • 什麼是 Linux?
  • 樹莓派簡介
  • 在樹莓派上安裝 Ubuntu
  • 關於本文章系列

什麼是 Linux?

什麼是 Linux,能吃嗎?
Answer:不能吃

Linux 就跟 Windows 還有 Mac OS 一樣,都是作業系統(Operating System , OS),大家比較熟悉的作業系統可能是 Windows,不過如果你是慣用蘋果(Apple)電腦的人,你的電腦作業系統通常會是 Mac OS。然而,凡事都會有個 BUT!例如:我也有同學堅持在 Mac 上灌 Windows 10 啦!

Linux 是一種作業系統,由於其開放原始碼(Open Source)的特性,因此很多公司相繼發展出具有自己特色的 Linux 作業系統。而這些各具特色的版本稱為發行版(Distribution , Distro)。其中常見的包含 Ubuntu、Debian、紅帽(Red Hat)、Cent OS 等。Ubuntu 常常被推薦給 Linux 的初學者,本系列文章也會以 Ubuntu 為例子,帶領大家進入 Linux 的世界。

首先,當然是要帶大家安裝 Ubuntu 囉!由於大家當前的電腦中已經有個霸主了(Windows 或 Mac OS),因此若要嘗試安裝 Linux 有幾種比較經濟的選擇:

  1. 留著當前既有的霸主,並同時安裝 Ubuntu
  2. 再拿一台電腦安裝 Ubuntu
  3. 將 Ubuntu 安裝至虛擬機(Virtual Machine , VM)中

當然有比較經濟的選擇,也就會有比較勇敢的選擇:

  1. 驅逐當前電腦中的霸主,直接裝 Ubuntu

如果你選擇了 4,我會給你一個讚,很有勇氣!不過有勇無謀不是好事,記得先備份相關軟體及設定、甚至是硬碟中的個人資料!!別忘記了資料是無價的啊!這邊的話我比較保守,採用的是方法 2。不過另一台電腦哪來呢?就是是我們的樹莓派!!

樹莓派簡介

來人,上主角 - 樹 莓 派
海綿寶寶 - 派耶
圖源傳送門

喔,不對,是這張才對。
樹莓派官方介紹圖
圖源傳送門

你會發現,電腦的基本組成要件,這片樹莓派也都有,因為樹莓派本身也可以被視為一台小型電腦,看看下面圖片的說明你就會明白了。
樹莓派vs一般電腦
圖源傳送門 (已將原圖加工)

恩,有點不太對 ......。說謊!!上面沒看到硬碟啊!?
冷靜~冷靜~ 讓我們把樹莓派翻到背面看看:
樹莓派背面

樹莓派大約只有一個名片的大小,因此如果要在上面直接接上硬碟,似乎大小比例不太對,重量也會瞬間變重。因此,樹莓派的硬碟改以記憶卡(micro SD)取代。樹莓派背面邊緣有個小插槽,就是拿來塞記憶卡用的。記憶卡會取代硬碟的功能,用來儲存作業系統、個人資料等。記憶卡體積小便於嵌入式系統使用,但卻也有許多缺點、終究有其限制,因此可以將一般硬碟透過 USB 與樹莓派連接,充當外接硬碟使用。
樹莓派背面(有記憶卡)

由於這邊沒有幫樹莓派業配,因此就不附上購買連結了,有需要的邦友可自行購買。由於樹莓派的硬體設計圖是公開的(Open Design),因此有很多廠商投入生產、購入樹莓派的管道也很多。目前樹莓派的硬體設計已經到了第四版(Raspberry Pi 4 , RPi4),其搭載的硬體效能相對於第三版有顯著提昇,因此本系列文章會以第四版的樹莓派為主角來介紹。

在樹莓派上安裝 Ubuntu

如何在樹莓派上安裝 Ubuntu 呢? 跟一般電腦安裝 OS 一樣啦!
其實有點不一樣,恩 ...... 坦白一點好了:差很多。
樹莓派安裝作業系統的方式比較簡單,官方會依照不同作業系統提供不同的映像檔,映像檔中其實是已經劃分好的磁區(disk partition),磁區中包含已經安裝好的作業系統。因此,我們只需要將映像檔複製到記憶卡中就完成作業系統的安裝了。這樣的安裝過程雖然簡單,但是卻也失去了安裝作業系統的樂趣。例如平常安裝作業系統時,使用者可以根據需求自己劃分磁區,也可在安裝程式的指引下客製化要安裝的系統元件。

以下就來動手操作吧。

Step 0. 準備器材

安裝前,需要準備幾個東西:

項目名稱 數量
已安裝作業系統的電腦 1 台
micro SD 讀卡機 1 個
micro SD 記憶卡 (至少 8 GB) 1 張
樹莓派 1 片
樹莓派電源供應套件 1 個
電腦螢幕 1 台
micro HDMI 影像傳輸線 (另外一端依照電腦螢幕上的接頭來選) 1 條

注意:
雖然本系列文章使用樹莓派4當作範例,但是如果你使用其他版本的樹莓派(例如:樹莓派3),大多數的功能還是會正常運作。

Step 1. 下載映像檔

請用電腦打開網頁瀏覽器。
首先要到 樹莓派官網 下載 Ubuntu 的映像檔。
樹莓派官網截圖

在上方選單中選擇 Software(軟體),再選擇 Raspberry Pi OS。
樹莓派官網的選單截圖

滾到頁面下方的 Third-party software,會看到有三個 Ubuntu 相關的選項。
樹莓派官網的選單截圖

這三個選項可以這樣理解:

選項名稱 用途簡述 詳細說明
Ubuntu Desktop 一般使用者 如果你想把樹莓派當作一般電腦使用,那請選這個版本。這個版本包含圖形化使用者界面(Graphic User Interface , GUI),還有一些常用的軟體都已經幫你安裝好了。
Ubuntu Server 用於伺服器 如果你的樹莓派要當作伺服器使用(例如:檔案伺服器、網頁伺服器等),請選擇這個版本。通常你會透過 ssh 或是其他遠端存取工具來管理樹莓派,所以這個版本沒有圖形化使用者界面,不過許多伺服器會用到的軟體或設定會事先幫你裝好。
Ubuntu Core 用於嵌入式系統 如果你要把樹莓派當作嵌入式系統、結合其他工具來使用,請選擇這個版本。這個版本中預裝的程式最少,因為每個人的應用不同,需要安裝的東西也大不同。另外,因為是當作嵌入式系統來使用,會希望系統的資源能夠有效運用,所以不會安裝太多多餘的東西,大部分的東西要使用者依據需求手動安裝或設定。此版本僅能從遠端透過 ssh 連線,沒有 local shell 或圖形化使用者界面可用。

雖然 Ubuntu 根據使用情況分成很多種版本,其中預裝的軟體與設定也不盡相同,但是這些都只是為了給使用者方便而做的設計,其實 Ubuntu Server 也可以透過事後設定、安裝圖形化使用者界面或其他軟體,讓它變得跟 Ubuntu Desktop 一樣,反之亦然。

我們要將樹莓派與無人機結合,所以原本應該選 Ubuntu Core,不過 Ubuntu Core 運作方式較特殊,與一般 Linux 的設定與使用較不相同,因此我們會使用 Ubuntu Server。

按下 Ubuntu Server 旁的下載後,會被導引到版本選擇的頁面。
可以自由選擇左邊的 20.04.2 LTS 或是右邊的 21.04。
Ubuntu Server 版本選擇頁面截圖

備註:
有加 LTS(Long Term Support)的版本表示該版本的支援時間較長。
軟體的廠商為了維護其發售的軟體品質,通常會定期發布軟體更新,但是為了新軟體的開發以及淘汰過舊的軟體,所以廠商僅會為舊的軟體持續發布更新數年,之後便不再提供任何更新或技術支援。有加 LTS 的版本號代表廠商會給予該版本較長的支援時間,以 Ubuntu 來說,沒有 LTS 的版本號 Ubuntu 會提供 2 年的支援,有 LTS 的版本號 Ubuntu 會提供 5 年的支援。追求穩定為目標的伺服器等應用通常會使用有 LTS 的版本號,以尋求較長期穩定的技術支援;但是像追求最新功能的軟體開發者,使用沒有 LTS 的版本號就較為適合。更詳細的說明可以參考 Ubuntu 對於 LTS 的官方說明

我選擇左邊的 20.04.2 LTS 下載 64-bit 版本。
Ubuntu Server 20.04.2 下載頁面截圖

此時檔案應該會開始下載了,檔名理論上會長這樣:ubuntu-20.04.2-preinstalled-server-arm64+raspi.img.xz 。
為什麼說理論上呢?因為你下載的版本可能跟我不一樣。

Step 2. 燒錄映像檔至記憶卡

因為 Ubuntu 還沒安裝,所以以下示範如何以 Windows 將剛剛下載的映像檔燒至記憶卡中。

首先,請將 micro SD 記憶卡插入至讀卡機中,並將讀卡機插至電腦 USB 插槽。
讀卡機與 micro SD 記憶卡

備註:
記憶卡容量至少要有 8 GB,否則之後安裝軟體時可能會遇到儲存空間不夠用的問題。如果樹莓派上要安裝較多的程式,記憶卡甚至可以選擇 32 GB 或 64 GB 的型號。更詳細的記憶卡選購準則,可以參考 官方文件 的說明。

接著,我們要處理剛剛下載下來的映像檔。
觀察檔案 ubuntu-20.04.2-preinstalled-server-arm64+raspi.img.xz 的副檔名為 .xz。
xz 是一種壓縮檔的格式(就像 zip 及 rar 那樣的壓縮格式),因此要先用解壓縮軟體做解壓縮的動作。如果不清楚具體如何操作,你可以 下載 7-zip 這套解壓縮軟體來用,詳細使用說明可以參考 重灌狂人的文章 或自行查詢。

備註:
xz 跟 gz 這兩個副檔名在 Linux 中會常常看到,這兩種都是檔案壓縮格式,能夠將原有的檔案壓縮、減少檔案大小,用以方便網路傳輸。
另外在 Linux 中,xz 跟 gz 的壓縮檔前常常會看到 tar 的副檔名,例如:.tar.xz 或是 .tar.gz 。tar 是一種封裝格式,可以將多個檔案或資料夾製作成單一一個檔案(我稱這個過程叫封裝),在這個過程中,檔案總大小不會變,所以通常 tar 封裝後,會再使用 xz 或 gz 壓縮來減少檔案大小。

檔案解壓縮後會得到檔名為 ubuntu-20.04.2-preinstalled-server-arm64+raspi.img 的檔案,觀察其副檔名 .img 可得知它是個映像檔(Image File / ISO File),裡面存著磁碟分區(Disk Partition)資訊,以及每個磁區中的資料(當然包含我們的作業系統 Ubuntu Server),至於實際分區及資料內容,我們之後會再說明。

這個有機會以後給大家講一下
圖源傳送門

最後一步,使用工具 Rufus 把映像檔燒錄至記憶卡中。
點擊連結並下載 Rufus,為了方便使用可以選擇免安裝版(Portable)下載。
下載後理論上會得到執行檔 rufus-3.15p.exe 。
Rufus 官方網頁截圖

請執行該執行檔。
Rufus 執行截圖

首先選擇要寫入到哪個磁碟中。(請選擇剛剛插入電腦中的 micro SD 記憶卡)
再選擇要燒錄的映像檔。
其他設定維持預設即可,
確認設定無誤後,請點選最下方的 START 開始燒錄。
Rufus 設定截圖

Rufus 會提醒你,執行燒錄後,記憶卡中原有的資料會被映像檔中的內容覆蓋。
此時請選擇 OK。
Rufus 確定寫入截圖

燒錄過程會需要一點時間,大約幾分鐘後就會完成。
如果使用 USB 3.0 的讀卡機以及寫入速度較快的記憶卡可以節省一些時間。
Rufus 燒錄截圖

當燒錄結束後,
進度條會全滿、狀態顯示 READY、右下角的按鈕會是可以按的 CLOSE。
只需要按一下 CLOSE 即可關閉 Rufus。
Rufus 燒錄截圖

以上,我們已經成功將映像檔燒錄至記憶卡中。
換言之,樹莓派的作業系統 Ubuntu Server 已經完成安裝。

Step 3. 讓樹莓派開機

現在,請將記憶卡插入至樹莓派背面的記憶卡插槽中。
樹莓派背面(有記憶卡)

注意:
從樹莓派上插入或移除記憶卡前,建議先將樹莓派的電源斷開
另外,樹莓派接上電源運作時,請勿將樹莓派直接置於導體(例如:金屬)上,因為樹莓派的電路及接點可能會因此短路,進而導致樹莓派毀損。我就曾經誤把一片樹莓派2放在鋁製的散熱墊上執行,結果那片樹莓派一開機就短路、內部晶片燒毀。

接著,請將樹莓派與螢幕用 micro HDMI 線連接。
樹莓派上有兩個 micro HDMI 孔可使用,請任意選一個接即可。
或者也可以同時接兩個螢幕,當作雙螢幕使用。
此外,螢幕別忘了要接上電源!
樹莓派連接 micro HDMI

確定都沒問題後,最後才將樹莓派的電源供應模組接上。
樹莓派連接 type-C 電源

注意:
電源供應模組可以使用官方的 AC-DC 變壓電源模組,以確保供電穩定、電流足夠。有些廠牌的電源供應器會有虛標的狀況,也就是其最大可供應電流並未如實標示,使用虛標或有瑕疵的電源供應器可能會損毀樹莓派或造成樹莓派行為異常。
不同版本的樹莓派其功耗不同,樹莓派連接的設備數量也會影響總功耗(例如:不接螢幕時總功耗較低),各個版本的樹莓派的功耗請參考 官方說明

樹莓派接通電源後,板子上的 LED 燈會亮,連接到的螢幕也會有畫面。
樹莓派板載 LED

以下是樹莓派上兩個 LED 燈的狀態說明:

沒亮 恆亮 閃爍
沒有電源 電源已接上,狀態穩定 電源已接上,電壓不穩、不足或電流不足
記憶卡沒有操作 記憶卡有頻繁操作中 記憶卡操作中

恭喜,樹莓派已經可以成功開機了!
樹莓派開機中

關於本文章系列

如果對於文章內容有建議、糾錯或圖源標示不正確的問題,歡迎參考 [機派X] Day 1 嘗試與文章作者聯絡。
想看更多本系列的文章,請連結至 [機派X] Day 1 查看大綱。


上一篇
[機派X] Day 1 - 純聊天
下一篇
[機派X] Day 3 - Bash 是啥東東
系列文
[機派X] 無人機與樹莓派的相遇 Linux不只是過客15

尚未有邦友留言

立即登入留言