《Taylor的树莓派》之 树莓派3B+ 安装CentOS 7 for ARM64

一、简介

1.1 个人简介

Taylor
80后程序员，热爱技术、追求极致，爱玩、爱折腾，10年.NET开发，熟悉.NET、Java、Python等技术。

1.2 树莓派简介

树莓派是什么？

树莓派（Raspberry Pi），是一款只有一张信用卡大小的开源单板计算机， 它由英国的树莓派基金会开发，目的是以低价硬件及*软件刺激在学校的
基本的电脑科学教育，在经历几代版本的更新迭代后，树莓派不仅支持Linux以及Linux的衍生版本系统，还支持Windows 10 IoT Core等全新的系统平台，
并且融入了众多的AI元素，是目前全球应用最广、最受电子爱好者、工程师、学生喜爱的开源单板计算机。

谁在玩树莓派？

通过上文的介绍我们可以了解到，树莓派最初的目的是致力于在校学生的计算机教育，无论是小学生、中学生还是大学生，都可以零基础入门。
随着树莓派的不断迭代、性能提升，其作用也在发生变化，除了计算机教育的应用，还被众多的嵌入式开发工程师、软件开发工程师等用来做各种实验项目。
如果你对树莓派或者编程感兴趣，无论你是否学过计算机编程，都可以零基础入门。

PS:《Taylor的树莓派》系列教程会陆续发布，希望热爱技术的你和我一起学习！

我们可以用树莓派做什么？

Linux系统学习
    利用树莓派学习Linux系统的基本操作和命令

Git服务器
    利用树莓派搭建局域网/外网的Git服务器，方便个人或小团队的代码管理

FTP服务器
    利用树莓派搭建局域网/外网的FTP服务器，建立个人或小团队的FTP站点

消息队列服务器
    利用树莓派搭建消息队列服务器，如：部署RPC服务端或消费者端进行消息处理等

爬虫服务器
    利用树莓派搭建分布式爬虫服务器，如：Python+RabbitMQ+redis的高并发分布式爬虫等

微服务部署
    利用树莓派部署基于Docker的微服务架构API，如.NET Core、Spring Boot等

物联网开发
    利用树莓派的串口连接各类传感器（如：温湿度传感器、光照传感器、烟雾传感器等）进行物联网开发

1.3 ARM简介

在学习任何嵌入式开发之前，最先要了解的就是嵌入式终端的CPU架构。

树莓派是典型的嵌入式开发板，其CPU架构自然是ARM，先来看下树莓派3B+的硬件配置：

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

内存：1GB LPDDR2 SDRAM

有线网络：千兆以太网（通过USB2.0通道，最大吞吐量 300Mbps）

无线网络:2.4GHz和5GHz 双频Wi-Fi，支持802.11b/g/n/ac

蓝牙：蓝牙4.2&低功耗蓝牙（BLE）

存储：Micro-SD

其他接口：HDMI，3.5mm模拟音频视频插孔，4x USB 2.0，以太网，摄像机串行接口（CSI），
显示器串行接口（DSI），MicroSD卡座，40pin扩展双排插针

尺寸：82mmx 56mmx 19.5mm，50克

ARM概念

ARM首先是一个公司，这家公司设计CPU并向各个CPU制造商授权许可，所以ARM公司是一家CPU设计公司。同时，ARM也是ARM公司主导设计的CPU系列的简称。

ARM版本区分

ARM版本号可以分为三类：

· 内核版本号，例如ARMv5，ARMv7，ARMv7a，ARMv8a...

· Soc版本号，例如Cortex-A8，Cortex-A9...

· 芯片型号，例如2410，2440，6410，S5PV210...

CPU设计原理和总线

CPU主要包括运算器，控制器，存储器通过总线与Flash与内存连接。

总线就类似于CPU中的道路，数据通过总线在CPU和外设之间传输，CPU也通过内部总线与SOC中的其他外设连接，例如UART设备，内部总线由于在芯片内部，
抗干扰能力强，运算速度更快。

总线分为两种，地址总线和数据总线：

地址总线用于传输地址，CPU通过地址总线寻址，告诉设备要取的数据在哪个地址中，地址总线的位数决定了寻址范围

数据总线用于传输数据，CPU通过数据总线与外部交换信息，将设备要的数据通过该总线发送给对方，数据总线的位数决定了CPU单次通信能交换的信息数量

总线的速度决定了CPU和外设互换信息的速度

CPU的地址总线和数据总线的位数可以不同，CPU的位数就指的是数据总线的位数

32位CPU的寻址范围是4G所以最多支持4G内存，数据总线是32位的，那么传输一个int和传输一个char的效率是一样的。

在64位系统下运行32位软件，唯一的差别就是32位软件仍然是32寻址机制，所以只有64位系统才能原生支持超过4G内存的寻址。

树莓派3B+使用的CPU为四核ARM Cortex-A53（ARMv8）64位，通过上文我们了解到32位的寻址空间有限，并不能真正发挥64位CPU的性能，有实验证明，64位CPU的树莓派比32位的效率提高近30倍。

支持ARM的系统

了解了树莓派的CPU，再来说下支持树莓派的系统，目前支持树莓派的系统有以下几种：

Raspbain Stretch        树莓派官方操作系统（图形界面版）
Raspbain Stretch Lite   树莓派官方操作系统（命令行版）
Ubuntu Mate             Ubuntu标准系统（图形界面版）
......
Ubuntu Server           Ubuntu服务器系统
Windows 10 IoT Core     Windows 10的物联网核心系统
CentOS-armhfp           Centos arm32位版
CentOS-AArch64          Centos arm64位版

说明：Centos系统官方只提供32位版本的img镜像下载，64位版系统提供.iso的镜像下载，树莓派无法烧录.iso镜像
Centos从ARMv8开始使用AArch术语表示，AArch是ARMv8的官方Linux体系结构名称
详见官方说明：https://seven.centos.org/2015/03/building-centos-linux-7-for-armv8/
官方镜像地址32位：http://mirror.centos.org/altarch/7/isos/armhfp/
官方镜像地址64位：http://mirror.centos.org/altarch/7/isos/aarch64/

更多系统，详见

二、材料清单

树莓派3B+（2.5V电源 + USB线）x 1 约230-250元

闪迪TF卡（64G）x 1 约80-100元

TF卡读卡器 x 1 约10元

材料总价约300元

三、烧录系统

镜像文件

树莓派的镜像文件为.img，下载的操作系统镜像为.img文件或raw.xz文件
本文使用CentOS for AArch64作为树莓派的操作系统，由于Centos官方未提供64位的img镜像下载，所以本文采用移植版的CentOS for AArch64
镜像下载地址：https://github.com/chainsx/centos64-rpi

使用工具

SDFormatter：TF卡格式化工具，用于格式化TF卡
下载地址：https://www.sdcard.org/chs/downloads/formatter_4/eula_windows/index.html

Win32DiskImager：镜像烧录工具，用于烧录img镜像
下载地址：https://sourceforge.net/projects/win32diskimager/

putty：SSH连接工具，用于ssh连接树莓派
下载地址：https://www.chiark.greenend.org.uk/~sgtatham/putty/

四、基础配置

4.1 扩展磁盘分区

系统烧录完成之后的系统分区为根分区+Linux分区，也就是TF卡的磁盘大小仅为系统镜像的大小，很显然这是不能接受的，我们要对磁盘进行重新分区，找回失去的磁盘空间

关于烧录分区

img镜像是一种可引导的分区文件，系统烧录完成后，磁盘被分为两个区。
一个是FAT16可读写的根分区，用来存放镜像引导文件和系统内核等文件。
一个是Linux的只读分区，用来存放Linux文件系统。
重新分区的目的就是将只读分区的剩余空间扩展出来，最大化磁盘剩余空间，用来存储其他文件

查看磁盘大小

[root@localhost ~]# df -h

进入分区工具

[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.

磁盘分区

#删除分区（命令：d）
Command (m for help): d

#选择分区（删除默认分区）
Partition number (1,2, default 2): 输入2或直接回车

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

#新建分区（命令：n）
Command (m for help): n

#选择分区类型（选择默认类型，输入p）
Select (default p): p

#选择分区（选择默认分区）
Partition number (2-4, default 2): 输入2或回车

#选择第二分区起始位置（使用默认）
First sector (131073-124735487, default 133120): 回车

#选择第二分区结束位置（使用默认）
Last sector, +sectors or +size{K,M,G} (133120-124735487, default 124735487): 回车

#列出分区表（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

#把分区写进分区表，保存并退出（命令：w）
Command (m for help): w

重启系统

[root@localhost ~]# reboot

重启后调整分区大小（重要步骤！！！）

#要调整的分区为第二分区
[root@localhost ~]# resize2fs /dev/mmcblk0p2

查看磁盘大小

[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 升级系统内核

由于移植版本的系统内核未提供无线网络、蓝牙等扩展功能的驱动，所以需要升级系统内核，否则无法开启树莓派的无线网卡

查看内核版本

#查看内核版本
[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

#编辑hosts
[root@localhost ~]# vi /etc/hosts
#输入以下内容（或参考 常见问题及解决 使用DNS检测网站检测最新的IP）
192.30.253.112 github.com
151.101.113.194 github.global.ssl.fastly.net

克隆项目

#从git克隆项目
[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.

进入目录

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

安装内核

[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.

重启系统

[root@localhost ~]# reboot

查看内核版本

[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 更改系统语言

查看语言配置

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

查看系统语言包

[root@localhost ~]# locale -a

修改语言配置

[root@localhost ~]# vi /etc/locale.conf
#更改为简体中文
LANG="zh_CN.utf8"

重启系统

[root@localhost ~]# reboot

查看语言配置

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

4.4 配置无线网络

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

#注意：查看wlan0的状态是否为UP，当前wlan0的状态没有UP，说明没有开启，执行下一条命令开启wlan0

开启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

#注意：查看wlan0的状态是否为UP，当前wlan0的状态为UP，说明已经开启

安装wifi管理工具

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

配置文件设置wifi

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

创建配置文件

#ifcfg-后面的名称与下文NAME参数对应
[root@localhost ~]# vi ifcfg-taylor

#输入内容如下：
HWADDR=xx:xx:xx:xx:xx:xx #无线网卡MAC地址（本例以x号代替，可以使用 ip addr 命令查看 wlan0 的MAC地址）
ESSID=xxxxxx #wifi名称（无线网的名称，本例以x号代替）
MODE=Managed
KEY_MGMT=WPA-PSK
SECURITYMODE=open
MAC_ADDRESS_RANDOMIZATION=default
TYPE=Wireless
PROXY_METHOD=none
BROWSER_ONLY=no
BOOTPROTO=none #启用静态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 #网络连接的名称
UUID=ff0af7a2-aac8-45b7-bf21-894d571c9b2a
ONBOOT=yes #开机自动启动
IPADDR=192.168.0.110 #静态IP
PREFIX=24 #子网掩码24位
GATEWAY=192.168.0.1 #默认网关
DNS1=192.168.1.1 #DSN 1
DNS2=192.168.0.1 #DNS 2

创建密钥文件

#keys-后面的名称与上文NAME参数对应
[root@localhost ~]# vi keys-taylor

#输入内容如下（本例以x号代替）
WPA_PSK=xxxxxx #wifi密码

重启系统

[root@localhost ~]# reboot

#系统重启后使用ip addr 命令查看wlan0是否正确分配ip，如果正确分配ip，此时可拔掉网线，断开ssh连接。
使用静态ip连接ssh，即使用wifi连接树莓派

4.5 安装基础工具

安装下载工具

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

安装epel源

#下载（清华大学镜像站地址）
[root@localhost ~]# wget https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/epel/epel-release-latest-7.noarch.rpm

#安装
[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

安装开发工具包

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

4.6 升级系统版本

查看系统版本

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

备份重要数据

备份过程略（或不备份直接升级）

运行yum命令升级

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

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

重启系统

[root@localhost ~]# reboot

查看系统版本

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

4.7 设置系统时区

查看时区设置

[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

设置时区

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

查看时区设置

[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 修改系统密码

修改root密码（密码输入无任何回显，摸黑输入）

#若提示 无效的密码： 密码包含用户名在某些地方 请忽略该提示，再次输入密码即可更改成功

#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
更改用户 root 的密码 。
新的 密码：
无效的密码： 密码包含用户名在某些地方
重新输入新的 密码：
passwd：所有的身份验证令牌已经成功更新。

重启系统

[root@localhost ~]# reboot

五、常见问题及解决

5.1 ifconfig命令无效

描述：输入ifconfig命令后显示 -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）

解决：安装net-tools
    yum install net-tools
拓展：
    1、CentOS 7最小化系统，使用 ip addr 和 ip link 命令来查找网卡详情，要知道统计数据，可以使用 ip -s link

    2、如果你不知道在哪里可以找到ifconfig命令，请按照以下简单的步骤来找到它。
        首先，让我们找出哪个包提供了ifconfig命令。要完成这项任务，输入以下命令：

        yum provides ifconfig

        或者你也可以使用以下命令

        yum whatprovides ifconfig

        “provides”或者“whatprovides”开关用于找出某个包提供了某些功能或文件

5.2 GitHub访问/下载太慢

使用（站长工具-Dns检测）
http://tool.chinaz.com/dns/ 
或（IP检测网站）
https://www.ipaddress.com/

分别检测
github.com
github.global.ssl.fastly.net-tools
codeload.github.com

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

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

cmd 执行 ipconfig /flushdns 命令，刷新 DNS 缓存

写入hosts（Linux）：
vi /etc/hosts

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