BeagleBone開發指南

第1部分　BeagleBone基礎知識
第1章　BeagleBone硬件　3
1.1　平台介紹　3
1.1.1　誰該使用BeagleBone　4
1.1.2　何時使用BeagleBone　5
1.1.3　何時你不該使用BeagleBone　5
1.2　BeagleBone文檔　6
1.3　BeagleBone硬件　7
1.3.1　BeagleBone版本　7
1.3.2　BeagleBone Black硬件　8
1.4　BeagleBone 配件　12
1.4.1　重點推薦使用的配件　12
1.4.2　可選配件　14
1.5　capes　16
1.6　怎樣做會損壞你的BeagleBone系統　17
1.7　小結　18
1.8　支持　18
第2章　BeagleBone Black軟件　19
2.1　BeagleBone運行Linux　19
2.2　BeagleBone Black通信　20
2.2.1　安裝驅動程序　21
2.2.2　網絡連接　21
2.2.3　BeagleBone Black通信　26
2.3　控制BeagleBone　30
2.3.1　基本的Linux命令　30
2.3.2　基本的文件編輯　34
2.3.3　現在幾點了　35
2.3.4　打包管理　37
2.3.5　與BeagleBone Black主板上的LED交互　39
2.3.6　關機　40
2.4　Node.js、Cloud9 和BoneScript　41
2.5　小結　45
2.6　延伸閱讀　45
第3章　嵌入式Linux系統開發　47
3.1　嵌入式Linux基礎　47
3.1.1　嵌入式Linux提供了什麼　48
3.1.2　Linux是開源的、免費的　48
3.2　BeagleBone Black的啟動　49
3.2.1　BeagleBone Black的BootLoaders　49
3.2.2　內核態和用戶態　53
3.2.3　System V init（SysVinit）　54
3.3　管理Linux系統　56
3.3.1　超級用戶　56
3.3.2　系統管理員　57
3.3.3　開發文件系統　64
3.3.4　Linux系統命令　70
3.3.5　Linux進程　77
3.3.6　其他Linux話題　80
3.4　Git　80
3.4.1　開始使用Git　81
3.4.2　高級Git　84
3.4.3　Git小結　87
3.5　桌面虛擬化　88
3.6　本書的實例代碼　89
3.7　小結　89
3.8　延伸閱讀　90
第4章　接口電路　91
4.1　推薦設備　91
4.1.1　數字萬用表　91
4.1.2　示波器　92
4.2　基本電路原理　93
4.2.1　電壓、電流、電阻、歐姆定律　93
4.2.2　分壓電路　95
4.2.3　分流電路　96
4.2.4　面包板實現電路　97
4.2.5　數字萬用表（DMM）和面包板　98
4.2.6　電路例子：電壓穩壓　98
4.3　分立元件　100
4.3.1　二極管　100
4.3.2　LED（LEDs）　101
4.3.3　濾波和去耦電容　103
4.3.4　晶體管　104
4.3.5　光耦合器/光電隔離器　109
4.3.6　開關和按鈕　110
4.3.7　滯后　112
4.4　邏輯門　112
4.4.1　浮空輸入　116
4.4.2　上拉和下拉電阻　116
4.4.3　集電極開路和漏極開路輸出　117
4.4.4　門互連　118
4.5　模數轉換　119
4.5.1　采樣率　119
4.5.2　量化　119
4.5.3　運算放大器　120
4.6　結論與建議　123
4.7　小結　123
4.8　延伸閱讀　123
注釋　124
第5章　BeagleBone編程　125
5.1　介紹　125
5.1.1　各種語言的評估　126
5.1.2　設置BeagleBone Black的CPU頻率　128
5.2　腳本語言　128
5.2.1　腳本語言的選擇　128
5.2.2　Bash　129
5.2.3　Perl　132
5.2.4　Python　133
5.3　JavaScript和Java　135
5.3.1　BeagleBone Black上的JavaScript和Node.js　135
5.3.2　BeagleBone Black上的Java　138
5.4　BeagleBone Black上的C和C++　141
5.4.1　C和C++語言概述　142
5.4.2　用C編寫LED燈閃爍程序　154
5.4.3　C和C++　156
5.4.4　編寫自己的Multi-CallBinary　159
5.5　帶有類的C++　160
5.5.1　面向對象編程的概述　160
5.5.2　面向對象LED閃爍的代碼　163
5.5.3　/Proc——proc文件系統　167
5.5.4　GLIBC和系統調用　167
5.6　小結　169
5.7　延伸閱讀　170
注釋　170

第2部分　接口、控制和通信
第6章　BeagleBone輸入/輸出接口　173
6.1　通用輸入/輸出口　173
6.1.1　GPIO接口介紹　173
6.1.2　GPIO數字輸出　175
6.1.3　GPIO數字輸入　178
6.1.4　GPIO配置　179
6.1.5　C++控制GPIO口　185
6.2　Linux設備樹　189
6.2.1　扁平設備樹　190
6.2.2　設備樹覆蓋層　191
6.2.3　BeagleBone Black外設管理器　193
6.3　模擬輸入和輸出　197
6.3.1　模擬輸入　197
6.3.2　模擬輸出　201
6.4　高級GPIO主題　204
6.4.1　更多C++編程　205
6.4.2　增強型GPIO類　208
6.4.3　GPIO-KEYS　212
6.4.4　不通過sudo命令使用GPIO　216
6.5　小結　218
6.6　延伸閱讀　218
注釋　218
第7章　交叉編譯和EclipseIDE　219
7.1　搭建交叉編譯鏈　219
7.2　交叉編譯第三方庫（Multiarch）　223
7.3　安裝change root　224
7.3.1　安裝armhf change root　224
7.3.2　模擬armhf體系結構　225
7.4　使用Eclipse進行交叉編譯　226
7.4.1　在桌面Linux上安裝Eclipse　227
7.4.2　配置Eclipse支持交叉編譯　227
7.4.3　Remote System Explorer　229
7.4.4　Eclipse中集成GitHub　231
7.4.5　遠程調試　232
7.4.6　自動生成文檔（Doxygen）　234
7.5　構建BeagleBone Black上的Debian　237
7.6　小結　238
7.7　延伸閱讀　238
第8章　BeagleBone總線接口　239
8.1　總線通信介紹　239
8.2　I2C　240
8.2.1　I2C硬件　240
8.2.2　ADXL345加速度計　242
8.2.3　使用Linux I2C工具　243
8.2.4　C語言中的I2C通信　248
8.2.5　C++類封裝I2C設備　250
8.3　SPI　253
8.3.1　SPI硬件　253
8.3.2　BeagleBone Black上的SPI　255
8.3.3　第1個SPI應用(74HC595)　257
8.3.4　C++的雙向SPI通信　262
8.3.5　BeagleBone Black上多個SPI從設備　270
8.4　UART　271
8.4.1　BeagleBone Black上的UART　272
8.4.2　Arduino UART實例　273
8.4.3　BeagleBone Arduino串行通信　275
8.4.4　一個Arduino的UART命令控制　278
8.5　邏輯電平傳輸　282
8.6　小結　284
8.7　延伸閱讀　284
注釋　284
第9章　物理接口　285
9.1　執行器接口　285
9.1.1　直流電機　286
9.1.2　步進電機　292
9.1.3　繼電器　297
9.2　模擬傳感器接口　298
9.2.1　BeagleBone Black ADC輸入引腳的保護　299
9.2.2　模擬傳感器的信號調節　302
9.2.3　模擬接口實例　305
9.3　顯示模塊接口　309
9.3.1　七段數碼管顯示　309
9.3.2　字符LCD模塊　313
9.4　遠程控制BeagleBone Black　317
9.4.1　使用Systemd管理服務　317
9.4.2　BeagleBone Black通過串口連接到桌面計算機　319
9.4.3　開機啟動自定義服務　322
9.4.4　藍牙　324
9.5　構建動態鏈接庫　328
9.6　小結　329
9.7　延伸閱讀　329
注釋　329

第3部分　高級BeagleBone系統
第10章　物聯網　333
10.1　物聯網簡介　333
10.2　傳感器詳細介紹　335
10.2.1　室內溫度傳感器　335
10.2.2　德州儀器的SensorTag　336
10.3　BeagleBone Black作為Web服務器　339
10.3.1　安裝Web服務器　339
10.3.2　配置Apache Web服務器　340
10.3.3　創建Web頁面和Web腳本　341
10.3.4　BeagleBone中運行PHP　343
10.3.5　用自定義的Web服務替換Bone101　344
10.4　C/C++開發的Web客戶端　345
10.4.1　網絡通信基礎　345
10.4.2　C/C++開發的Web客戶端　346
10.4.3　基於OpenSSL的安全通信　349
10.5　BeagleBone Black作為網絡傳感器　350
10.5.1　ThingSpeak　350
10.5.2　Linux Cron調度程序　353
10.5.3　Xively　356
10.5.4　在BeagleBone Black上發送E-mail　360
10.5.5　IFTTT（If This Then That）　362
10.6　C++開發的客戶端/服務器　363
10.7　遠程管理IoT設備　366
10.7.1　BeagleBone Black的遠程監控　366
10.7.2　Linux的看門狗定時器　367
10.8　IoT的物理網絡　369
10.8.1　BeagleBone Black和Wi-Fi　369
10.8.2　靜態IP地址　373
10.8.3　有源以太網供電（PoE）　373
10.9　小結　375
10.10　延伸閱讀　376
注釋　376
第11章　豐富的用戶界面　377
11.1　豐富的BeagleBone Black UI架構　377
11.1.1　BeagleBone Black作為通用計算機　378
11.1.2　配備LCD觸摸屏cape的BeagleBone Black　380
11.1.3　虛擬網絡連接（VNC）　381
11.1.4　胖客戶端應用程序　383
11.2　豐富的UI應用程序開發　384
11.2.1　BeagleBone Black上的GTK+開發介紹　384
11.2.2　BeagleBone Black上的Qt開發介紹　390
11.3　Qt入門　392
11.3.1　Qt概念　392
11.3.2　Qt開發工具　394
11.3.3　Qt溫度傳感器的GUI應用程序　395
11.3.4　簡單的Qt跨平台開發　400
11.4　遠程UI應用程序開發　402
11.4.1　Qt胖客戶端GUI應用程序　403
11.4.2　多線程服務器應用程序　406
11.4.3　多線程溫度服務　409
11.4.4　胖客戶端作為服務器　410
11.5　交叉編譯Qt應用程序　416
11.5.1　從源代碼構建Qt庫　417
11.5.2　遠程部署測試應用程序　417
11.6　小結　418
11.7　延伸閱讀　418
第12章　圖像、視頻和音頻　419
12.1　圖像和視頻采集　419
12.1.1　USB網絡攝像頭　420
12.1.2　Video4Linux2（V4L2）　421
12.2　視頻流　427
12.3　圖像處理和計算機視覺　428
12.3.1　OpenCV圖像處理　428
12.3.2　OpenCV計算機視覺　431
12.3.3　Boost庫　434
12.4　BeagleBone音頻　434
12.4.1　核心音頻軟件工具　435
12.4.2　BeagleBone Black音頻設備　435
12.4.3　文本轉語音　443
12.5　小結　446
12.6　延伸閱讀　446
第13章　BeagleBone實時接口　447
13.1　實時BeagleBone　447
13.1.1　實時內核　447
13.1.2　實時硬件解決方案　448
13.2　PRU-ICSS架構　449
13.3　開始使用PRU-ICSS　450
13.3.1　PRU-ICSS增強型GPIO模塊　451
13.3.2　PRU-ICSS設備樹覆蓋層　452
13.3.3　PRU-ICSS包　454
13.3.4　第1個PRU程序　455
13.4　PRU-ICSS詳細介紹　458
13.4.1　寄存器　458
13.4.2　本地和全局存儲　460
13.4.3　PRU匯編指令集　461
13.5　PRU-ICSS應用程序　463
13.5.1　PRU-ICSS性能測試　463
13.5.2　通用Linux GPIO的使用　464
13.5.3　PRU PWM生成器　467
13.5.4　PRU正弦波發生器　470
13.5.5　超聲波傳感器的應用　472
13.6　其他PRU-ICSS工具　478
13.6.1　PRU調試器　478
13.6.2　TI的PRU C編譯器　479
13.7　小結　481
13.8　延伸閱讀　481