树莓派2 Linux与Windows10学习手册（一）：基础环境搭建与系统管理

摘要

树莓派2作为一款低成本、高灵活性的微型计算机，支持Linux（如Raspbian）和Windows10 IoT Core双系统运行，是开发者学习嵌入式系统、物联网开发和跨平台编程的理想平台。本文从硬件准备、系统安装、基础配置到开发环境搭建，系统梳理树莓派2在Linux和Windows10下的核心操作流程，结合实际案例与代码示例，为初学者提供可落地的技术指南。

一、树莓派2硬件概述与选型建议

1.1 核心参数解析

树莓派2 Model B搭载900MHz四核ARM Cortex-A7处理器、1GB LPDDR2内存，支持4个USB 2.0接口、HDMI输出、CSI摄像头接口及40针GPIO扩展口。其性能虽弱于后续型号，但凭借低功耗（约3.5W）和低成本（约200元），仍是学习嵌入式开发的优选。

关键点：

• 性能权衡：ARM Cortex-A7架构适合轻量级应用（如传感器数据采集），但无法流畅运行图形密集型任务。
• 扩展性：GPIO接口支持与Arduino、传感器模块的硬件交互，为物联网项目提供物理层支持。

1.2 存储与外设选择

• 存储方案：推荐使用Class 10以上MicroSD卡（容量≥16GB），避免因读写速度不足导致系统卡顿。
• 外设适配：
  • Windows10 IoT Core：需兼容UWP应用的传感器（如Grove Pi+套件）。
  • Linux（Raspbian）：支持更广泛的硬件驱动，例如通过lsusb命令检测外设兼容性。

实践建议：新手可优先选择Raspbian系统，其社区资源丰富且驱动完善；若需开发UWP应用，再切换至Windows10 IoT Core。

二、系统安装与双启动配置

2.1 Linux（Raspbian）安装流程

1. 镜像下载：从树莓派官网获取最新Raspbian Lite（无桌面版，节省资源）或Full版。
2. 烧录工具：使用BalenaEtcher将镜像写入MicroSD卡。
3. 首次启动配置：
   • 通过raspi-config工具修改密码、时区及SSH启用（命令：sudo raspi-config）。
   • 扩展文件系统以充分利用存储空间（选择Expand Filesystem选项）。

代码示例：SSH连接后，通过以下命令更新系统：

sudo apt update && sudo apt upgrade -y

2.2 Windows10 IoT Core部署

1. 设备准备：下载Windows10 IoT Core Dashboard工具，选择树莓派2设备类型。
2. 镜像烧录：Dashboard自动完成系统写入，需确保网络连接稳定。
3. 远程管理：通过PowerShell或IoT Core Dashboard访问设备，部署UWP应用。

注意事项：Windows10 IoT Core默认禁用桌面环境，开发需依赖Visual Studio的远程调试功能。

2.3 双系统切换方案

• 方案一：通过NOOBS（New Out Of Box Software）安装器实现多系统引导，启动时选择OS。
• 方案二：手动分区MicroSD卡，分别安装Linux和Windows镜像（需熟悉fdisk分区操作）。

风险提示：分区错误可能导致数据丢失，建议备份重要文件后再操作。

三、Linux与Windows10系统管理基础

3.1 Linux文件系统与权限管理

• 目录结构：
  • /home/pi：用户主目录，存储个人文件。
  • /etc：系统配置文件目录（如ssh/sshd_config）。
• 权限操作：

  sudo chmod 755 /path/to/file  # 设置所有者读写执行，其他用户读执行
  sudo chown pi:pi /path/to/file  # 修改文件所有者

实践场景：部署Web服务器时，需将项目目录权限赋予Nginx用户（如www-data）。

3.2 Windows10 IoT Core设备管理

• 设备门户：通过浏览器访问http://<设备IP>:8080，管理应用、网络及系统设置。
• PowerShell远程：

  Enter-PSSession -ComputerName <设备IP> -Credential (Get-Credential)

调试技巧：使用iotstartup list命令查看已部署的UWP应用启动类型。

四、开发环境搭建与跨平台编程

4.1 Linux下的Python开发

1. 环境配置：

   sudo apt install python3-pip python3-dev  # 安装Python及开发工具
   pip3 install RPi.GPIO  # 安装GPIO控制库

2. GPIO编程示例：

   import RPi.GPIO as GPIO
   GPIO.setmode(GPIO.BCM)
   GPIO.setup(17, GPIO.OUT)
   GPIO.output(17, GPIO.HIGH)  # 点亮LED

4.2 Windows10 IoT Core的C#开发

1. Visual Studio配置：安装“通用Windows平台开发”工作负载，选择ARM架构编译。
2. GPIO控制代码：

   using Windows.Devices.Gpio;
   var gpio = GpioController.GetDefault();
   var pin = gpio.OpenPin(17);
   pin.Write(GpioPinValue.High);

跨平台对比：Linux的Python生态更适合快速原型开发，而Windows的C#在UI集成和商业应用中更具优势。

五、常见问题与优化策略

5.1 性能瓶颈解决

• 内存不足：通过free -m监控内存，关闭非必要服务（如sudo systemctl stop apache2）。
• 存储优化：使用logrotate工具管理日志文件，避免占用过多空间。

5.2 网络连接故障排查

• Linux：使用ifconfig和ping命令检查接口状态。
• Windows10 IoT：通过设备门户的“网络”页面重置适配器。

六、总结与进阶方向

本手册覆盖了树莓派2在Linux和Windows10下的基础操作，包括系统安装、权限管理、开发环境搭建及故障排查。后续章节将深入探讨物联网协议（MQTT）、容器化部署（Docker）及跨平台应用开发技巧。

学习建议：

1. 从Raspbian + Python组合入手，快速实现硬件交互。
2. 逐步过渡到Windows10 IoT Core，掌握UWP开发流程。
3. 参与GitHub开源项目（如Home Assistant），提升实战能力。

通过系统学习与实践，读者可高效掌握树莓派2的双系统开发技能，为物联网、边缘计算等领域的研究打下坚实基础。