Chapter 02 · 树莓派与嵌入式 Linux

系统烧录与首次配置

没有显示器和键盘也能装好系统：用 Imager 预设好 SSH 和 WiFi，插卡上电，直接 SSH 进去。这就是 headless 工作流。

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关键概念

Raspberry Pi Imager
官方图形化烧录工具（Windows/macOS/Linux 均有）。它做三件事：下载系统镜像、写入 SD 卡、预配置（关键功能）。通过内置的高级选项，可以在烧录前就写好主机名、启用 SSH、设置用户名密码、配好 WiFi，实现"插卡即用"的 headless 部署。
系统镜像（.img）与烧录
操作系统被打包成一个 .img 文件（磁盘的完整字节副本）。"烧录"就是把这个镜像逐字节写入 SD 卡，覆盖卡上所有原有数据。烧录不是复制文件，而是重建整个磁盘分区结构。因此烧录会清空 SD 卡。
headless（无头模式）
不接显示器、键盘、鼠标，仅靠网络远程操作树莓派。这是树莓派最常见的用法——把它塞在角落当服务器，从你的电脑 SSH 进去操作。实现 headless 的前提是烧录时预设好 SSH 和网络，否则开机后无法连入。
SSH（Secure Shell）
加密的远程终端协议，让你从电脑连到树莓派的命令行。树莓派默认关闭 SSH（安全考虑），必须显式启用。启用后用 ssh 用户名@IP地址 即可登录。第 8 章会详解密钥登录等进阶用法。
raspi-config
树莓派专属的文本菜单配置工具，用 sudo raspi-config 打开。可配置：主机名、启用 SSH/VNC/I2C/SPI/摄像头、时区语言、扩展文件系统占满 SD 卡、超频等。图形化预设没覆盖的系统级设置都在这里改。
apt update 与 apt upgrade
Debian/树莓派的包管理命令。apt update 刷新可用软件列表（不安装任何东西）；apt full-upgrade 把已装软件升级到最新版。新系统第一件事就是跑这两条命令打齐补丁。第 3 章会深入讲解 apt。
SD 卡等级（Class / A1 / A2）
SD 卡是树莓派的系统盘，其性能直接决定开机和运行速度。看两个指标：速度等级（U1/U3 表示持续写入速度）和 应用性能等级（A1/A2，表示随机读写能力，对跑系统更重要）。树莓派系统盘应选 A2 级、32GB 以上的正品卡（如 SanDisk Extreme、Samsung EVO Plus）。
boot 分区与 config.txt
烧录后 SD 卡有两个分区，其中 bootfs（FAT32，Windows 可读）存放启动配置。config.txt 是底层硬件配置文件（开启摄像头、I2C、设置分辨率等）；早期通过在此分区放空文件 ssh 来手动启用 SSH。现在 Imager 预设已自动处理，但了解它有助排障。

完整烧录流程一览

从下载工具到 SSH 登录，标准流程只有五步。掌握这条流水线，以后重装系统只需几分钟。

树莓派 headless 部署流水线 ═══════════════════════════════════════════════════════════════ ①下载安装 ②选系统+预设 ③烧录写卡 ┌────────────┐ ┌────────────────┐ ┌────────────┐ │ Pi Imager │──────►│ 选 OS │─────►│ 写入 SD │ │ 官网下载 │ │ 选 SD 卡 │ │ (清空原数据)│ └────────────┘ │ ⚙ 高级选项： │ └─────┬──────┘ │ · 主机名 │ │ │ · 启用 SSH │ │ 拔卡 │ · 用户名密码 │ ▼ │ · WiFi 账号 │ ④插卡+上电 └────────────────┘ ┌────────────┐ │ 插入树莓派 │ ⑤ SSH 登录 │ 接电源开机 │ ┌────────────────────────┐ └─────┬──────┘ │ ssh pi@raspberrypi.local│◄──────────────────────┘ │ → 进入命令行！ │ 树莓派连上 WiFi，获取 IP └────────────────────────┘

第一步：安装 Raspberry Pi Imager

前往官网下载对应你电脑系统的版本并安装：

# 官方下载地址（免费）
https://www.raspberrypi.com/software/

# macOS 用户也可用 Homebrew 安装
brew install --cask raspberry-pi-imager

# Debian/Ubuntu 电脑可用 apt
sudo apt install rpi-imager

第二步：选系统 + 高级预设（关键）

打开 Imager，依次点击三个按钮：选择设备（选你的 Pi 型号）→ 选择操作系统 → 选择存储卡。系统建议选择：

点"下一步"后，Imager 会弹出询问是否应用自定义设置——点"编辑设置"，这是 headless 的灵魂：

高级预设逐项填什么

常规选项卡：①主机名填 raspberrypi（或自定义，如 homehub）；②勾选"设置用户名和密码"，用户名建议 pi，设一个你记得住的密码；③配置无线局域网：填你家 WiFi 的 SSID 和密码，国家选 CN；④设置语言环境时区 Asia/Shanghai。服务选项卡：勾选"启用 SSH"，选"使用密码验证"（或用公钥，见第 8 章）。全部填好保存，这些设置会在首次开机时自动生效。

第三步：烧录写卡

确认无误后点"是"开始烧录。Imager 会写入镜像并自动校验。这个过程约 3-10 分钟，取决于卡速。完成后拔卡即可。

烧录会清空整张 SD 卡

烧录是逐字节覆盖，SD 卡上原有的照片、文件全部无法恢复。烧录前务必确认"选择存储卡"里选的是那张 SD 卡，不要误选你的电脑硬盘或 U 盘。Imager 一般只显示可移动设备，但仍要看清容量再点确认。

第四步：插卡上电，首次开机

把烧好的 SD 卡插入树莓派卡槽，接上官方电源。首次开机树莓派会：扩展文件系统占满 SD 卡、应用预设的用户/WiFi/SSH、连接网络、重启一两次。整个过程约 1-2 分钟。绿色 LED 稳定不再频闪即表示就绪。

第五步：SSH 登录进入命令行

在你的电脑终端（Windows 用 PowerShell/终端，macOS/Linux 用终端）输入：

# 方式一：用主机名（同一局域网下，依赖 mDNS）
ssh pi@raspberrypi.local

# 方式二：用 IP 地址（更可靠）
# 先在路由器后台或用工具查树莓派 IP，例如 192.168.1.50
ssh pi@192.168.1.50

# 首次连接会提示确认指纹，输入 yes
# The authenticity of host ... can't be established.
# Are you sure you want to continue connecting? yes

# 然后输入你预设的密码，成功后看到：
# pi@raspberrypi:~ $   ← 这就是树莓派的命令行！
找不到树莓派 IP 怎么办？

如果 raspberrypi.local 连不上（部分 Windows 缺 mDNS），登录路由器管理后台的"已连接设备"列表，找到名为 raspberrypi 的设备记下 IP；或在电脑上用 ping raspberrypi.local 看解析出的 IP；或用 nmap -sn 192.168.1.0/24 扫描局域网。拿到 IP 后用方式二登录。

登录后必做：更新系统

成功进入命令行后的第一件事，永远是更新系统，把安全补丁和软件更新装齐。

# 刷新软件包列表 + 升级所有已安装软件
sudo apt update
sudo apt full-upgrade -y

# 清理不再需要的旧包，释放空间
sudo apt autoremove -y

# 更新树莓派固件/内核（可选，谨慎使用）
sudo rpi-update    # 一般不需要，除非官方明确建议

# 重启使内核更新生效
sudo reboot

用 raspi-config 深度配置

图形预设没覆盖的系统设置，用文本菜单工具 raspi-config 完成。它是接下来几章的常客——启用 I2C、SPI、摄像头都靠它。

# 打开配置菜单（方向键选择，回车进入，ESC/Tab 退出）
sudo raspi-config
raspi-config 主菜单常用项 ═══════════════════════════════════════════════════════ 1 System Options 系统：主机名、密码、开机启动到桌面/命令行 3 Interface Options 接口：启用 SSH / VNC / SPI / I2C / Serial / 1-Wire ↑ 第 4、5、7 章要用到，非常关键 4 Performance 性能：GPU 显存分配、超频、风扇温控 5 Localisation 本地化：时区、语言、键盘布局、WiFi 国家 6 Advanced Options 高级：扩展文件系统(Expand Filesystem)、启动顺序 8 Update 更新 raspi-config 自身 命令行版等价操作（脚本化更方便）： sudo raspi-config nonint do_i2c 0 # 0=启用 I2C sudo raspi-config nonint do_spi 0 # 0=启用 SPI sudo raspi-config nonint do_ssh 0 # 0=启用 SSH
nonint 非交互模式

raspi-config nonint 允许用命令直接改配置而无需进菜单，非常适合写自动化脚本一键配好新树莓派。注意其参数反直觉：0 代表"启用"，1 代表"禁用"（沿袭 shell 的返回码惯例，0=成功）。

SD 卡选型对照

指标标识含义树莓派建议
容量16/32/64GB系统约占 3-5GB至少 32GB
速度等级U1 / U3持续写入 10/30 MB/sU3 更佳（录像/大文件）
应用性能A1 / A2随机读写 IOPS（跑系统关键）选 A2，系统更流畅
品牌SanDisk / Samsung山寨卡虚标容量、易损坏只买正品
SD 卡是树莓派最脆弱的一环

SD 卡有写入寿命，频繁写日志的服务器可能几个月就损坏，表现为系统突然只读、无法启动。缓解方法：①选 A2 高耐久卡；②频繁写入的应用（数据库、日志）考虑用 USB SSD 启动（Pi 4/5 支持）；③重要数据定期备份。生产环境强烈建议 SSD 启动 + SD 卡仅做备用，或用工业级 SD 卡。

本章小结

装系统的标准流程是：Raspberry Pi Imager → 选系统（服务器选 Lite 64位）→ 高级预设（主机名、用户名密码、启用 SSH、配 WiFi）→ 烧录 → 插卡上电 → ssh pi@raspberrypi.local 登录。这套 headless 流程无需显示器键盘，是树莓派最主流的用法，关键在于烧录前就把 SSH 和 WiFi 预设好，否则开机后连不进去。登录后第一件事是 sudo apt update && sudo apt full-upgrade 更新系统。系统级设置（启用 I2C/SPI/摄像头、扩展文件系统）用 sudo raspi-config 完成，也可用 nonint 非交互模式脚本化。SD 卡选 A2 级、32GB 以上正品卡，它是树莓派最脆弱的部件，生产环境建议改用 USB SSD 启动。下一章我们打好 Linux 命令行基础，这是操控树莓派的日常语言。