一、目的
 
树莓派4B已于2019年6月24号发布了，感谢树莓派实验室（http://shumeipai.nxez.com/）提供的树莓派4B开发板，可以继续我的树莓派教程。从现在起，后续所有课程将全部使用树莓派4B进行讲解（与时俱进嘛）。本文的目的是，记录我基于树莓派官方系统，定制教程使用的系统镜像过程，为大家提供个参考。
 
提供的资源：
 1、视频教程，已上传B站
 《大飞品树莓——自定制树莓派4B系统安装篇》：https://www.bilibili.com/video/av79780312。这是本文制作为镜像后，安装镜像文件视频教程。
 《树莓派系统安装说明》：https://www.bilibili.com/video/av71950296
 《动手学树莓派——python上篇》：https://www.bilibili.com/video/av71878718
 2、教程配套树莓派操作系统镜像
 本套课程配套使用系统镜像，是以raspbian为基线，添加了教程需要的软件和课件。
 系统镜像下载地址：https://pan.baidu.com/s/1dT-LNp6Sa3IjkhbBxVl52g
 当前树莓派4B镜像已上传到百度云盘中。
 
二、意义
 
为什么要定制自己的系统？
 1、官方系统已经提供的丰富的软件工具包，但仍可能无法满足自己，所有就要依据自己的需要，安装相应软件。
 2、SD卡不是安全可靠地存储固件，使用一段时间，SD卡会损坏（flash的擦写寿命是有限的），所有要将自己的系统定期备份。
 3、您的基于树莓派的产品做的很好，要批量生产了，这是通过将定制好的系统进行备份，然后批量烧写到SD卡就可以了。
 
这就是定制自己树莓派系统的目的，包含安装相应的软件包、定制好的系统备份、定制系统的批量化烧写。
 
三、开始我们的定制流程
 
3.1 树莓派系统蓝本
 
当前使用的树莓派系统蓝本为树莓派的Raspbian系统，版本为“Raspbian Buster with desktop and recommended software”，时间为 2019-09-26，Kernel version: 4.19，SHA-256:
 549da0fa9ed52a8d7c2d66cb06afac9fe856638b06d8f23df4e6b72e67ed4cea。
 
下载镜像后，使用windows下的SD卡烧写工具——win32diskimager-1.0.0-install.exe烧写系统。（百度云盘下：https://pan.baidu.com/s/1dT-LNp6Sa3IjkhbBxVl52g，在树莓派系统安装工具->windows下）
 
将SD卡插入树莓派中，通过micro hdmi装hdmi线，micro hdmi接口连接树莓派的HDMI0，hdmi接口连接显示屏；连接USB的键盘和鼠标，树莓派上电。
 
打开终端，输入：sudo raspi-config进行配置。要配置“Interfacing Options”中，使能SSH和VNC选项。（第一次安装系统镜像是不是能SSH的，只有通过显示器的模式，才能使能。使能SSH和VNC后，就可以通过有线连接或者无线连接，以终端或者远程桌面的方式，访问树莓派了，就不用显示器了，把树莓派当做一个服务器即可）。此步可以配置树莓派连接到无线网中。拔掉HDMI线，通过有线连接或者无线方式可以访问树莓派了。
 
3.2 修改系统配置
 
需要的修改配置有python的默认版本，修改对系统分区的描述，修改树莓派更新源为国内源。
 
3.2.1修改python版本
 
树莓派官方python使用2.7.16版本，咱们修改python默认使用3.7.3版本。
 cd /usr/bin/ #进入python的安装目录
 sudo rm python #删除python默认的链接
 sudo ln -s python3.7 python #将python3.7指定为python的默认版本
 
此时，输入python命令，默认启动python3.7.3版本。
 
 
3.2.2 修改SD卡的分区描述
 
此步非常重要，树莓派官方镜像使用uuid的方式描述SD卡的分区，这是标准的方式。但如果使用uuid的方式，分区信息被数字化成一串序列号，这样在系统备份和批量安装中，肯定对分区的的uuid描述不同，导致内核无法正确挂载rootfs（根文件系统），导致自定制系统启动失败。为了解决这个问题，咱们需要修改下系统配置文件。修改的地方有两处。
 1、修改启动中，传递内内核的rootfs的信息
 sudo vi /boot/cmdline.txt
 修改“root=uudi…”为“root=/dev/mmcblk0p2”。
 因为，SD卡的设备名为mmcblk0，根文件系统使用第二个分区，设备号为mmcblk0p2。
 2、修改/etc/fstab文件
 修改根文件系统挂载后，系统进行自动挂载和自动修复的配置信息。
 sudo vi /etc/fstab
 修改
 “/boot”和“/”的挂载分区描述，由uuid值更改为具体的挂载分区名称。
 /boot挂载/dev/mmcblk0p1设备（SD卡的第一个分区，存储内核文件、dtb设备树描述文件等）
 /挂载/dev/mmcblk0p2设备（SD卡的第二个分区，存储根文件系统）
 ！！！注意：本步特别重要。
 
3.2.3 修改树莓派更新源为国内源
 
更换为国内源，这样安装软件的数据会挺高很多。
 sudo vi /etc/apt/sources.list.d/raspi.list #修改源配置文件
 将第一行修改为：
 deb http://mirrors.ustc.edu.cn/raspbian/raspbian/ stretch main contrib non-free rpi
 使用中科大的更新源。
 输入指令：sudo apt-get update 使用新的源。
 
 
3.2.4 修改pip3更新源为国内源
 
mkdir ~/.pip
 vim ~/.pip/pip.conf
 在pip.conf中输入：
 [global]
 
timeout = 6000
 
index-url = https://mirrors.aliyun.com/pypi/simple/
 
trusted-host = pypi.tuna.tsinghua.edu.cn
 
即可完成pip3的使用国内更新源。
 
3.3 安装自己的软件
 
通过VNC远程桌面（或者SSH终端）登录树莓派，进行软件安装。当前教程安装的软件有jupyter-notebook和vsftpd。
 
3.3.1 jupyter-notebook软件安装
 
jupyter-notebook为配套教程使用的教程开发环境，可以写python代码的同时，直接运行python。
 
1.安装jupyter-notebook软件
 安装jupyter-notebook。
 输入指令：pip3 install jupyter #进行jupyter-notebook的安装。
 
安装相关配件
 sudo apt-get install python-pygments
 sudo apt-get install python-ipython
 python3 -m pip install ipykernel
 
安装完毕后，输入sudo init 6指令重新启动树莓派。
 
2.配置jupter-notebook软件
 输入指令：jupyter-notebook --generate-config 生成配置文件。
 配置文件存放在/home/pi/.jupyter/jupyter_notebook_config.py下。修改该配置文件。
 c.NotebookApp.ip = ‘*’ # 开启所有的IP访问，即可使用远程访问
 c.NotebookApp.open_browser = False # 关闭启动后的自动开启浏览器
 c.NotebookApp.port = 61580 # 设置端口61580
 
输入指令：jupyter-notebook password，输入密码，配置jupyter-notebook密码。
 
3、验证jupyter-notebook的上电启动
 重启树莓派，通过有线网连接输入169.254.108.204：61580
 
3.3.2 vsftpd软件安装
 
vsftpd提供ftp服务器功能，用户PC机与树莓派进行文件交互。
 输入指令：sudo apt-get install vsftpd 即可安装
 安装完毕后，
 输入指令：vi /etc/vsftpd.conf 配置vsftpd
 将#write_enable=YES变为write_enable=YES，删除“#”，这样PC机可以将文件写到树莓派中。
 
重启树莓派，使用filezilla工具登录树莓派，通过有线网络登录。
 设备IP为169.254.108.204，用户名：pi，密码：raspberry。即可与树莓派交换文件。
 
 
3.3.3 给树莓派装个仪表盘
 
本节按照树莓派实验室的《树莓派安装 Nginx + PHP7.0 + Pi Dashboard》教程搭建。（http://shumeipai.nxez.com/2018/04/25/install-pi-dashboard-with-nginx-php7-on-pi.html）
 
1.安装 Nginx 和 PHP7
 sudo apt-get update
 sudo apt-get install nginx php7.0-fpm php7.0-cli php7.0-curl php7.0-gd php7.0-mcrypt php7.0-cgi
 sudo service nginx start
 sudo service php7.0-fpm restart
 
2.修改文件
 sudo vi /etc/nginx/sites-available/default
 将其中的如下内容:
 location / {
 # First attempt to serve request as file, then
 # as directory, then fall back to displaying a 404.
 try_files $uri $uri/ =404;
 }
 替换为
 location / {
 index index.html index.htm index.php default.html default.htm default.php;
 }
 
location ~.php$ {
 fastcgi_pass unix:/run/php/php7.0-fpm.sock;
 #fastcgi_pass 127.0.0.1:9000;
 fastcgi_param SCRIPT_FILENAME $documen{t}_{r}oot$fastcgi_script_name;
 include fastcgi_params;
 }
 
3.下载web网页
 cd /var/www/html
 sudo git clone https://github.com/spoonysonny/pi-dashboard.git
 
4、树莓派仪表盘
 设备上电后，在浏览器中输入：http://169.254.108.204/pi-dashboard/。即可出现树莓派仪表盘。
 
 
3.3.4 安装RPi.gpio软件，进行我们在树莓派4B上的教程
 
1.Python GPIO 的安装
 输入指令：
 sudo apt-get install python-dev
 sudo apt-get install python-rpi.gpio
 
2、测试 SAKS 扩展板
 touch led_off.py
 vi led_off.py
 输入如下内容：
 #!/usr/bin/env python
 #-- coding: utf-8 --
 
 
#Copyright © 2016 NXEZ.COM.
 #http://www.nxez.com
 
 
#Licensed under the GNU General Public License, Version 2.0 (the “License”);
 #you may not use this file except in compliance with the License.
 #You may obtain a copy of the License at
 
 
#http://www.gnu.org/licenses/gpl-2.0.html
 
 
#Unless required by applicable law or agreed to in writing, software
 #distributed under the License is distributed on an “AS IS” BASIS,
 #WITHOUT WARRANTIES OR CONDITIONS OF ANY KIND, either express or implied.
 #See the License for the specific language governing permissions and
 #limitations under the License.
 #tutorials url: http://shumeipai.nxez.com/2015/03/23/saks-diy-tutorials-water-lights.htm
 author = ‘Spoony’
 license = ‘Copyright © 2016 NXEZ.COM’
 
import RPi.GPIO as GPIO
 import time
 
GPIO.setmode(GPIO.BCM)
 
DS = 6
 SHCP = 19
 STCP = 13
 
def init():
 GPIO.setup(DS, GPIO.OUT)
 GPIO.setup(SHCP, GPIO.OUT)
 GPIO.setup(STCP, GPIO.OUT)
 
GPIO.output(DS, GPIO.LOW)
GPIO.output(SHCP, GPIO.LOW)
GPIO.output(STCP, GPIO.LOW)
 
def writeBit(data):
 GPIO.output(DS, data)
 
#写入8位LED的状态
 def writeByte(data):
 for i in range (0, 8):
 writeBit((data >> i) & 0x01)
 #状态刷新信号
 GPIO.output(STCP, GPIO.LOW)
 GPIO.output(STCP, GPIO.HIGH)
 
try:
 init()
 writeByte(0xff)
 time.sleep(1)
 writeByte(0x00)
 time.sleep(1)
 writeByte(0xff)
 time.sleep(1)
 writeByte(0x00)
 
except KeyboardInterrupt:
 print (“程序终止”)
 
本脚本的目的时，SAKA的LED等进行全部的闪烁两次。
 
3.将led_off.py添加到上电自启动脚本中
 vi /home/pi/power_on_autorun/power_on.sh
 添加内容：
 #run led test
 /usr/bin/python /home/pi/power_on_autorun/led_off.py
 即可上电运行led测试程序，系统启动后，led组会闪烁两次。
 
3.3.5 将大飞品树莓系统课程git到系统中
 
将我的大飞品树莓系统教程，git到树莓派4B上吧。
 mkdir /home/pi/Notebooks/ #建立Notebooks目录
 cd /home/pi/Notebooks/ #进入该目录
 
git树莓派系统安装篇：
 git clone https://gitee.com/shirf_taste_raspi/raspi_os_setup.git
 
git树莓派第一期课程
 git clone https://gitee.com/shirf_taste_raspi/easy_raspi_python_one.git
 
git树莓派硬件测试教程
 git clone https://gitee.com/shirf_taste_raspi/SAKS_hardware_test.git
 
3.3.6 添加树莓派上电自启动脚本
 
通过在/etc/rc.local中添加用户自定义的上电自启动脚本。达到树莓派上电启动后，自动运行/home/pi/power_on_autorun/power_on.sh这个脚本。
 1.新建脚本文件
 mkdir /home/pi/power_on_autorun/ #新建目录
 touch /home/pi/power_on_autorun/power_on.sh #新建自动运行目录
 vi /home/pi/power_on_autorun/power_on.sh #编辑脚本，输入如下内容
 #!/bin/sh
 
#run led test
 /usr/bin/python /home/pi/power_on_autorun/led_off.py
 
#run jupyter-notebook
 cd /home/pi/
 /usr/bin/python3 /home/pi/.local/bin/jupyter-notebook &
 
上述内容为上电进行SAKS扩展模块LED组闪烁显示，证明设备已启动成功，自动启动jupyter-notebook程序
 
2.让树莓派运行自定义的脚本
 vi /etc/rc.local
 在exit 0 之前，添加
 /bin/su - pi -c “/home/pi/power_on_autorun/power_on.sh”
 表示已pi用户权限运行自定义的power_on.sh脚本。
 
后续有新的自定义启动程序，只要添加到/home/pi/power_on_autorun/power_on.sh中即可。
 
3.3.7 删除已连接的无线信息
 
sudo vi /etc/wpa_supplicant/wpa_supplicant.conf #编辑无线网络配置信息，删除其中所有network = {***}信息。
 
四、备份自定制镜像及安装自定制镜像
 
4.1 备份自定制镜像
 
1.以root权限挂载sd卡
 将SD通过usb读卡器插入计算机中，使用umount命令取消SD卡自动挂接。
 su root #切换到root权限
 mount /dev/sdb1 /media/shirf/sdb1 #将boot分区挂接到sdb1目录下
 mount /dev/sdb2 /media/shirf/sdb2 #将rootfs分区挂接到sdb2目录下
 
2.进行系统备份
 运行指令：sh backup_system.sh
 经过20分钟备份生成backup.img文件。
 
4.2 还原自定制镜像到SD卡中
 
使用工具“Win32DiskImager”。运行该工具。选择映像文件，再点击写入即可。
 ！！！注意，一定要关闭相关杀毒软件，不然U盘被挂载着，没法写入。
 
 烧写成功后：
 
 
五、烧写镜像后，需要的工作
 
将烧写完毕的SD卡插入树莓派中，上电启动。
 
5.1 SAKS扩展模块提出系统启动成功
 
如果您安装了SAKS树莓派扩展模块的话，会看到LED灯组进行2次闪烁，证明系统启动成功。
 
5.2 树莓派仪表盘提示系统系统成功
 
如果没有购买SAKS树莓派扩展模块，可以在上电30秒后，访问树莓派仪表盘，计算机的IP需要配置为169.254.108.150（在一个网段的其他值也可以），通过有线网络连接PC机和树莓派。
 在浏览器中输入：http://169.254.108.204/pi-dashboard/。即可出现如下界面：
 
 
5.3 配置树莓派使用所有SD卡容量
 
使用有线网络连接PC机和树莓派，配置PC有线网络为:169.254.108.150。
 通过VNC登录树莓派，树莓派IP为：169.254.108.204，用户名为：pi，密码为：raspberry。
 
 通过VNC成功登录树莓派：
 
启动终端，输入：sudo raspi-config，在“Advanced Options”中选择“A1 Expand Filesystem”进行执行。重启树莓派即可。
 
5.4 访问jupyter-notebook进行教程的学习
 
在浏览器中输入：http://169.254.108.204:61580，密码为:raspberry。即可通过jupyter-notebook进行“大飞品树莓”课程。
 
大飞品树莓课件在“/Notebooks/easy_raspi_python_one”下。
 大飞品树莓视频教程在：https://www.bilibili.com/video/av71878718
 所有线上教程和课件全部免费！！！

公司当前工装盒子开机过程比较慢，怀疑是树莓派系统造成，所以决定对树莓派系统进行更新，更新后验证开机速度确实提升很多，大概在30s完成启动。
 树莓派系统更新有两种方法，第一种是去官网下载最新系统镜像，然后烧录到SD卡中，这样子需要我们移植我们的工装程序，比较麻烦，不建议使用。
 第二种是通过apt-get更新，此方法简单快捷，建议才要此方法对工装进行更新
 
一、在线更新
 1、打开putty，登录树莓派输入指令等待更新即可，更新过程中遇到询问选择Y即可：
 
sudo apt-get update && sudo apt-get upgrade && sudo apt-get dist-upgrade
 
遇到问题：
 升级速度慢，因为默认采用国外源，可以改成使用国内源
 打开源文件
 
sudo nano /etc/apt/sources.list
 
在第一行输入中科大的源并注释掉其它源：
 
deb http://mirrors.ustc.edu.cn/raspbian/raspbian/ buster main contrib non-free rpi
 

 二、通过下载系统镜像更新
 1、下载树莓派最新镜像，树莓派镜像地址
 2、使用Win32DiskImager烧写最新镜像到SD中
 a.解压下载的操作系统镜像压缩文件，得到 img 镜像文件（文件名后缀就是 img）。
 b.将SD使用卡托或者读卡器后，连上电脑。
 c.解压并运行 win32diskimager 工具。
 d.在 win32diskimager 软件中选择系统镜像（img文件），“Device”下选择SD的盘符，然后选择“Write”，期间出现对话框选择是
 e.等到出现对话框 write successful 就说明成功了。如果 Windows 提示你是否要格式化 SD 卡，请不要格式化，否则可能导致安装在隐藏分区中的系统被擦除而无法进入系统。
 
 3、修改启动文件
 1、使用读卡器将SD卡和电脑连接
 2、打开config文件：
 a、新建text文件并改名为ssh，打开树莓派ssh登录
 b、在congfig中新增HDMI输出，方便调试
 
hdmi_safe=1
hdmi_force_hotplug=1
hdmi_group=1
hdmi_mode=16
hdmi_drive=2
config_hdmi_boost=4
 
4、使用putty登录树莓派，初始帐号和密码是（pi/raspberry)
 5、方便后续管理，修改登录密码，输入指令sudo passwd pi根据提示输入密码。
 6、为方便移植工装程序到新系统中，安装samba，详见《树莓派samba配置》
 7、拷贝现有工装程序源码（包括源码、jison配置和自启动设置）
 8、安装必须库
 
sudo apt-get install libglib2.0-dev
sudo apt-get install libbluetooth-dev
sudo apt-get install wiringpi
 
9、开启树莓派I2C，输入指令sudo raspi-config
 
 
 
 
10、设置pi用户自动登录，否则检测程序无法自启动，输入指令sudo raspi-config
 
 
 
 
11，重启树莓派即可

第一课：什么是树莓派
 第二课：基于树莓派的10个经典项目
 第三课：购买您的第一个树莓派
 第四课：如何安装树莓派系统
 第五课：树莓派C语言编程手册
 第六课：树莓派led控制
 第七课：树莓派按键控制
 第八课：树莓派PWM(脉宽调制)
 

1.获取格式化工具
 
下载Diskgenius :    http://www.diskgenius.cn/download.php  可以免费下载使用，可根据PC机配置下载。
 
2.格式化SD卡
 
*SD卡放入读卡器，插入电脑。找到SD卡盘，右键删除所有分区，点击确定。
 
 
*新建分区，确定。
 
一定要确认文件系统类型为FAT32，不是得话，复制的系统会无法启动。
 
 
*确定后保存更改，会提示是否格式化，直接点击是，SD卡格式化完成，如遇到数据冗余错误，解决不了，可以换个读卡器试试，我这边是这个问题，搞了我很久。
 
3. copy系统
 
*将带SD卡的读卡器插入，启动好的树莓派。点击小草莓》Accessories》SD Card Copier 
 
 
 
 
*进入窗口，上方选择好树莓派系统卡，下方选择usb读卡器的SD点击开始
 
 
*漫长等待后，会弹出完成窗口。
 
4.测试
 
将树莓派关机后，插入新做的卡，启动正确进入系统，操作完成。对于要装多个树莓派系统环境的话，使用这个方法要简单很多，不然所有环境重新配置将非常麻烦和费事。这种方式比指令方式也便捷很多。刚开始新卡，没做格式化成FAT32，导致copy的系统都不启动，浪费很多时间。