七月底我們應虎科大電機工程系蔡老師的邀請，帶 Raspberry Pi + Python + Camera 兩天的工作坊。最後會實作”鄉民查水表”功能，是使用 Pi Camera 拍照後，用 OpenCV 做影像處理取得水表指針角度，就可以知道水表目前度數。學生很認真程度也很好，兩天的練習與實做都可以在時間內完成。我們未來也會和虎科大有更多的合作。

這次的工作坊共分為兩天，第一天是介紹 Raspberry Pi Camera + Python。內容與時間如下：
1. 相機原理與應用(1 小時)
2. 控制 Raspberry Pi Camera(2 小時)
- 使用指令列
- 使用 Python
3. 串接 imagga 網路服務(1 小時)
4. Camera和 Webcam(1 小時)
5. 影像串流(3 小時)
- 使用 RTSP + H.264
- 使用 HTTP + MJPG

投影片我們已經放在 slideshare 上了。範例程式在 github 上了。
Raspberry Pi Camera + Python + OpenCV (Day1) from raspberrypi-tw

第二天是介紹 Raspberry Pi Camera + OpenCV。內容與時間如下：
1. 色彩空間與基本影像處理(2 小時)
- 色彩空間介紹
- 用 Python + OpenCV 做影像處理
2. 常用影像處理方法(3 小時)
- 平滑,侵蝕與膨脹
- 找邊緣與找直線
- 找重心與找輪廓
3. 機器學習應用與綜合練習(3 小時)
- 人臉偵測
- 圖形分類(手寫辨識)

其中，在第二天工作坊中的圖形分類(手寫辨識)，我們參考了 Ashing’s Blog 的內容，裡面有許多不錯的自學心得。

投影片在 slideshare 上。範例程式在 github 上了。
Raspberry Pi Camera + Python + OpenCV (Day2) from raspberrypi-tw

本文章使用 Raspberry Pi Model B+，映像檔為 2014-12-24-wheezy-raspbian.img。使用的 3G 網卡為 Huawei E1820 3G 網卡。

現在的 3G/4G 網卡(或稱為 USB 數據機)大多同時有儲存設備和 USB 數據機的功能，其中儲存設備功能存放 MS Windows 的驅動程式，USB 數據機就是可撥號連線接取上網際網路。

如果是第一次將 3G 網卡插在安裝了 Windows 系統的電腦上，網卡將會以虛擬光碟機的模式掛載成儲存設備，並且自動安裝驅動程式。當完成安裝後就可用虛擬光碟機轉換工具(Virtual CD-ROM switching utility)或稱為模式轉換工具，正確轉換網卡為 USB 數據機。

如果要在 Raspberry Pi 上使用 3G/4G 網卡上網，要做的事就是安裝設定模式轉換工具與安裝設定撥號連線程式。步驟如下：
 
1. 確認硬體資訊。
當插上 E1820 時，可以看到系統可辨認成 HSPA modem。

pi@raspberrypi ~ $ lsusb
Bus 001 Device 002: ID 0424:9514 Standard Microsystems Corp. 
Bus 001 Device 001: ID 1d6b:0002 Linux Foundation 2.0 root hub
Bus 001 Device 003: ID 0424:ec00 Standard Microsystems Corp. 
... skip ...
Bus 001 Device 008: ID 12d1:1446 Huawei Technologies Co., Ltd. E1552/E1800/E173 (HSPA modem)
... skip ...

用 dmesg 查看時，可看到系統將網卡的儲存功能辨認成 scsi 介面的 CD-ROM(sr0)。

pi@raspberrypi ~ $ dmesg
... skip ...
[    7.062455] usb 1-1.4: new high-speed USB device number 6 using dwc_otg
[    7.195063] usb 1-1.4: New USB device found, idVendor=12d1, idProduct=1446
[    7.219562] usb 1-1.4: New USB device strings: Mfr=3, Product=2, SerialNumber=0
[    7.242348] usb 1-1.4: Product: HUAWEI Mobile
[    7.251156] usb 1-1.4: Manufacturer: Huawei Technologies
[    7.282719] usb-storage 1-1.4:1.0: USB Mass Storage device detected
[    7.309727] scsi0 : usb-storage 1-1.4:1.0
[    7.323198] usb-storage 1-1.4:1.1: USB Mass Storage device detected
[    7.351048] scsi1 : usb-storage 1-1.4:1.1
[    8.322907] scsi 0:0:0:0: CD-ROM            HUAWEI   Mass Storage     2.31 PQ: 0 ANSI: 2
[    8.363958] scsi 1:0:0:0: Direct-Access     HUAWEI   TF CARD Storage       PQ: 0 ANSI: 2
[    8.417357] sd 1:0:0:0: [sda] Attached SCSI removable disk
[    8.583801] sr0: scsi-1 drive
[    8.591172] cdrom: Uniform CD-ROM driver Revision: 3.20
[    8.681129] sr 0:0:0:0: Attached scsi generic sg0 type 5
[    8.698176] sr 0:0:0:0: Attached scsi CD-ROM sr0

如果我們將 sr0 掛載起來，就可清楚的看到裡面所存放的檔案是 Windows 驅動程式。

pi@raspberrypi ~ $ ls -al /dev/disk/by-id/
total 0
drwxr-xr-x 2 root root 140 Dec 24 12:31 .
drwxr-xr-x 6 root root 120 Jan  1  1970 ..
lrwxrwxrwx 1 root root  13 Jan  1  1970 memstick-SU16G_0x27885644 -> ../../mmcblk0
lrwxrwxrwx 1 root root  15 Dec 24 12:28 memstick-SU16G_0x27885644-part1 -> ../../mmcblk0p1
lrwxrwxrwx 1 root root  15 Dec 24 12:28 memstick-SU16G_0x27885644-part2 -> ../../mmcblk0p2
lrwxrwxrwx 1 root root   9 Dec 24 12:38 usb-HUAWEI_Mass_Storage-0:0 -> ../../sr0
lrwxrwxrwx 1 root root   9 Dec 24 12:31 usb-HUAWEI_TF_CARD_Storage-0:0 -> ../../sda
pi@raspberrypi ~ $ sudo mount /dev/sr0 /mnt
mount: block device /dev/sr0 is write-protected, mounting read-only
pi@raspberrypi ~ $ ls -al /mnt/
total 586
dr-xr-xr-x  1 root root   2048 Nov 27  2012 .
drwxr-xr-x 22 root root   4096 Dec 21 11:09 ..
-r-xr-xr-x  1 root root 148320 Mar 14  2011 AutoRun.exe
-r-xr-xr-x  1 root root     45 Oct  1  2008 AUTORUN.INF
dr-xr-xr-x  1 root root   2048 Nov 27  2012 Mobile Partner
-r-xr-xr-x  1 root root 439926 Nov 15  2009 Startup.ico
-r-xr-xr-x  1 root root   1742 Nov 23  2012 SysConfig.dat

 
2. 安裝與設定模式轉換工具。
安裝 usb-modeswitch 會將有相依性的 usb-modeswitch-data 一併安裝起來。

pi@raspberrypi ~ $ sudo apt-get install -y usb-modeswitch

我們可以比較模式轉換前後的分別，這可幫助我們確認是否有成功轉換 3G 網卡成 USB 數據機。檢查方式是執行 ls /dev/tty*，在模式還沒有轉換前，可以看到最後兩項是 /dev/ttyAMA0 和 /dev/ttyprintk。

安裝完成後就要進行模式的設定，usb-modeswitch 需要和 udev 搭配。

udev 包含 user space daemon(udevd)和工具程式 udevinfo(或 udevadm)，並可以讓使用者自訂規則存放於 /etc/udev/rules.d/ 下。有關 udev 可以看 wiki 的介紹。

udev 是 Linux kernel 2.6 系列的設備管理器。它主要的功能是管理 /dev 目錄底下的設備節點。它同時也是用來接替 devfs 及 hotplug 的功能，這意味著它要在添加/刪除硬件時處理 /dev 目錄以及所有用戶空間的行為，包括加載 firmware 時。

實際上 usb-modeswitch 和 udev 的運作順序如下：

* /lib/udev/rules.d/40-usb_modeswitch.rules：udev 的規則文件，如果設備被識別(包括 Vendor ID 和 Product ID)就會啟動 usb_modeswitch。
* /lib/udev/usb_modeswitch： 執行 usb_modeswitch_dispatcher 的 script。
* /usr/sbin/usb_modeswitch_dispatcher：usb_modeswitch 的 wrapper，用 tcl 寫的，會根據所選擇的設備與設定實際執行 /usr/sbin/usb_modeswitch。
* /etc/usb_modeswitch.conf：全域的設定檔案，也可用於單一的設備設定資訊。
* /etc/usb_modeswitch.d：該文件夾包含了各別設備的獨立設定資訊，各別裝置的設定檔案是用設備的 ID 來命名。
* /usr/sbin/usb_modeswitch：實際轉換裝置模式的二進位程式。

因此我們要新增網卡設備的規則到 /lib/udev/rules.d/40-usb_modeswitch.rules：

pi@raspberrypi ~ $ sudo vi /lib/udev/rules.d/40-usb_modeswitch.rules

在檔案最後加上兩行。

# E1820
ATTRS{idVendor}=="12d1", ATTRS{idProduct}=="1446", RUN+="usb_modeswitch '%b/%k'"

其中 idVendor="12d1" 和 idProduct="1446" 這些資訊是由 lsusb 得到的。

接著再將網卡要轉換的資訊加到 /etc/usb_modeswitch.conf 下。

pi@raspberrypi ~ $ sudo vi /etc/usb_modeswitch.conf

在檔案最後加上幾行。

DefaultVendor=0x12d1
DefaultProduct=0x1446

TargetVendor=0x12d1
TargetProduct=0x14ac

MessageContent="5553424312345678000000000000061e000000000000000000000000000000"

DefaultVendor 和 DefaultProduct 也是剛剛 lsusb 的結果。但 TargetVendor 和 TargetProduct 就需要上網爬文，例如這裡有提供。

而將 EnableLogging=0 改為 EnableLogging=1 可在 /var/log 下查看 usb_modeswitch_** 的 log 方便除錯。

如果設定沒問題，重開機用 dmesg 就可以看到已經成功的將 USB 數據機(usb 1-1.4) 掛載到 ttyUSB0、ttyUSB1 和 ttyUSB2。

... skip ...
[    7.062368] usb 1-1.4: new high-speed USB device number 6 using dwc_otg
[    7.185037] usb 1-1.4: New USB device found, idVendor=12d1, idProduct=1446
[    7.208299] usb 1-1.4: New USB device strings: Mfr=3, Product=2, SerialNumber=0
[    7.230322] usb 1-1.4: Product: HUAWEI Mobile
[    7.250718] usb 1-1.4: Manufacturer: Huawei Technologies
[    7.273445] usb-storage 1-1.4:1.0: USB Mass Storage device detected
[    7.297764] scsi0 : usb-storage 1-1.4:1.0
[    7.313332] usb-storage 1-1.4:1.1: USB Mass Storage device detected
[    7.342617] scsi1 : usb-storage 1-1.4:1.1
[    8.315111] scsi 0:0:0:0: CD-ROM            HUAWEI   Mass Storage     2.31 PQ: 0 ANSI: 2
[    8.345229] scsi 1:0:0:0: Direct-Access     HUAWEI   TF CARD Storage       PQ: 0 ANSI: 2
[    8.373824] sd 1:0:0:0: [sda] Attached SCSI removable disk
[    9.630014] scsi 0:0:0:0: Attached scsi generic sg0 type 5
[    9.773321] sd 1:0:0:0: Attached scsi generic sg1 type 0
[    9.819475] sr0: scsi-1 drive
[    9.942382] cdrom: Uniform CD-ROM driver Revision: 3.20
[   10.122331] sr 0:0:0:0: Attached scsi CD-ROM sr0
[   11.142844] usb-storage 1-1.4:1.0: USB Mass Storage device detected
[   11.153861] usb 1-1.4: USB disconnect, device number 6
[   11.176368] scsi2 : usb-storage 1-1.4:1.0
[   11.208558] scsi 1:0:0:0: rejecting I/O to offline device
[   11.218302] scsi 1:0:0:0: killing request
[   15.762375] usb 1-1.4: new high-speed USB device number 7 using dwc_otg
[   15.885281] usb 1-1.4: New USB device found, idVendor=12d1, idProduct=14ac
[   15.906715] usb 1-1.4: New USB device strings: Mfr=4, Product=3, SerialNumber=0
[   15.929998] usb 1-1.4: Product: HUAWEI Mobile
[   15.959491] usb 1-1.4: Manufacturer: Huawei Technologies
[   15.999001] usb-storage 1-1.4:1.5: USB Mass Storage device detected
[   16.040642] scsi3 : usb-storage 1-1.4:1.5
[   16.057131] usb-storage 1-1.4:1.6: USB Mass Storage device detected
[   16.099706] scsi4 : usb-storage 1-1.4:1.6
[   16.366181] EXT4-fs (mmcblk0p2): re-mounted. Opts: (null)
[   16.445601] usbcore: registered new interface driver cdc_ether
[   16.491873] usbcore: registered new interface driver usbserial
[   16.586318] usbcore: registered new interface driver usbserial_generic
[   16.617253] usbcore: registered new interface driver cdc_wdm
[   16.679164] usbserial: USB Serial support registered for generic
[   16.721907] qmi_wwan 1-1.4:1.1: cdc-wdm0: USB WDM device
[   16.751517] qmi_wwan 1-1.4:1.1 wwan0: register 'qmi_wwan' at usb-bcm2708_usb-1.4, WWAN/QMI device, a6:37:fd:d4:42:14
[   16.800868] usbcore: registered new interface driver qmi_wwan
[   16.830143] usbcore: registered new interface driver option
[   16.866417] usbserial: USB Serial support registered for GSM modem (1-port)
[   16.953166] option 1-1.4:1.0: GSM modem (1-port) converter detected
[   17.008423] usb 1-1.4: GSM modem (1-port) converter now attached to ttyUSB0
[   17.054788] scsi 3:0:0:0: CD-ROM            HUAWEI   Mass Storage     2.31 PQ: 0 ANSI: 2
[   17.095286] sr0: scsi-1 drive
[   17.113002] sr 3:0:0:0: Attached scsi CD-ROM sr0
[   17.113502] sr 3:0:0:0: Attached scsi generic sg0 type 5
[   17.134929] option 1-1.4:1.3: GSM modem (1-port) converter detected
[   17.155709] scsi 4:0:0:0: Direct-Access     HUAWEI   TF CARD Storage       PQ: 0 ANSI: 2
[   17.193722] sd 4:0:0:0: [sda] Attached SCSI removable disk
[   17.204968] sd 4:0:0:0: Attached scsi generic sg1 type 0
[   17.326895] usb 1-1.4: GSM modem (1-port) converter now attached to ttyUSB1
[   17.473045] option 1-1.4:1.4: GSM modem (1-port) converter detected
[   17.612898] usb 1-1.4: GSM modem (1-port) converter now attached to ttyUSB2
... skip ...

 
用 ls /dev/tty* 也可看到最後長出了 /dev/ttyUSB0、/dev/ttyUSB1 和 /dev/ttyUSB2。

pi@raspberrypi ~ $ ls /dev/tty*

這時候我們用 lsusb 也可以發現讀到的硬體資訊改變了，包括 idProduct 和名稱都有變化。

pi@raspberrypi ~ $ lsusb
Bus 001 Device 002: ID 0424:9514 Standard Microsystems Corp. 
Bus 001 Device 001: ID 1d6b:0002 Linux Foundation 2.0 root hub
Bus 001 Device 003: ID 0424:ec00 Standard Microsystems Corp. 
... skip ...
Bus 001 Device 007: ID 12d1:14ac Huawei Technologies Co., Ltd. 
... skip ...

 
3. 安裝與設定撥號程式。
安裝撥號程式 wvdial 會一同安裝 ppp。

pi@raspberrypi ~ $ sudo apt-get install -y wvdial

 
再來設定 wvdial.conf

pi@raspberrypi ~ $ sudo vi /etc/wvdial.conf

加上一個撥號的 profile。

[Dialer E1820]
Phone = *99#
APN = internet
Username = username
Password = password
Init1 = ATZ
Init2 = ATQ0 V1 E1 S0=0 &C1 &D2 +FCLASS=0
Init3 = AT+CGDCONT=1, "IP","Internet"
Modem = /dev/ttyUSB0
Baud = 460800
Stupid Mode = 1

其中
* [Dialer xxx]：profile 名稱，之後撥號就會以 xxx 為名，可設定多組 profile。
* Modem：wvdial 所用的數據機設備位置，預設為 /dev/modem。
* Baud：wvdial 和數據機所溝通的 baud rate。
* Stupid Mode：如果啟用 stupid mode，數據機在和終端伺服器(terminal server)溝通時將不會出現提示，並且當數據機連上後會立即啟動 pppd。

使用 wvdial 進行撥號連線，選擇 E1820 的 profile。

pi@raspberrypi ~ $ sudo wvdial E1820

在進行 pppd 連線過程中，會看到像是亂碼的符號，但如果連線成功會得到 IP 和 DNS 的位址。

 
再用 ifconfig 查看網路介面資訊，可以發現多了一個 ppp0 的連線。

 
開啟瀏覽器，確認可以連上網際網路。

 

常見問與答：

1. 如何測連線速度？
有關測網路的連線速度方法有很多，我們使用 speedtest-cli 這個用 python 寫的命令列測速套件，原始碼在 github。實際執行時，這個工具會連線到 speedtest.net 並測試上傳和下載的速度。

使用前需要先安裝相關的套件如下。

pi@raspberrypi ~ $ sudo apt-get install python-dev python-pip
pi@raspberrypi ~ $ sudo pip install speedtest-cli

執行 speedtest-cli。

pi@raspberrypi ~ $ speedtest-cli
Retrieving speedtest.net configuration...
Retrieving speedtest.net server list...
Testing from Chunghwa Telecom Co., Ltd. (223.136.198.66)...
Hosted by Taiwan Fixed Network (New Taipei) [7.30 km]: 91.097 ms
Testing download speed........................................
Download: 2.48 Mbits/s
Testing upload speed..................................................
Upload: 1.41 Mbits/s

speedtest-cli 會根據使用者所在的位置，連線到最近的伺服器做測速。我們可以加上 --list 列出在台灣的伺服器列表。

pi@raspberrypi ~ $ speedtest-cli --list | grep Taiwan
2133) Taiwan Fixed Network (Taipei, Taiwan) [0.47 km]
2327) Far Eastone Telecommunications Co., Ltd. (Taipei, Taiwan) [0.47 km]
5008) Asia Pacific Telecom (Taipei, Taiwan) [0.47 km]
5661) NCIC Telcom (Taipei, Taiwan) [0.47 km]
2188) TFN Media Co., Ltd. (Taipei, Taiwan) [0.47 km]
3967) Chief Telecom (Taipei, Taiwan) [0.47 km]
5056) Taipei Fiber (Taipei, Taiwan) [0.47 km]
5660) NCIC Telcom (New Taipei, Taiwan) [9.09 km]
4505) Chief Telecom (New Taipei, Taiwan) [9.09 km]
5219) Taiwan Fixed Network (New Taipei, Taiwan) [9.09 km]
5067) Far Eastone Telecommunications Co., Ltd. (New Taipei, Taiwan) [9.09 km]
3921) Taiwan Fixed Network (Taoyuan, Taiwan) [31.66 km]
2589) Far EasTone Telecommunications Co., Ltd (Taoyuan, Taiwan) [31.66 km]
... skip ...

我們也可以指定伺服器做測試。只要在 speedtest-cli 後面加上伺服器的編號例如 --server 2133 就可以了。但我們實際測試時是沒有加上這個選項，而讓它自己選擇最近的伺服器。

2. 有其他網卡的設定可參考嗎？
以下是我們測過的幾張網卡的設定檔。

Huawei E220/Huawei E230
修改 /lib/udev/rules.d/40-usb_modeswitch.rules。

ATTRS{idVendor}=="12d1", ATTRS{idProduct}=="1003", RUN+="usb_modeswitch '%b/%k'"

修改 /etc/usb_modeswitch.conf。

DefaultVendor=0x12d1
DefaultProduct=0x1003
TargetVendor=0x12d1
TargetProductList="1001,1003,1406,140c,14ac"
MessageContent="55534243123456780000000000000011060000000000000000000000000000"

使用 speedtest-cli 的參考結果。

 

Huawei E372
修改 /lib/udev/rules.d/40-usb_modeswitch.rules。

ATTRS{idVendor}=="12d1", ATTRS{idProduct}=="1505", RUN+="usb_modeswitch '%b/%k'"

修改 /etc/usb_modeswitch.conf。

DefaultVendor=  0x12d1
DefaultProduct= 0x1505
TargetVendor=   0x12d1
TargetProduct=  0x140c
TargetProductList="1001,1406,140b,140c,1412,141b,1433,14ac,1506,150f"
MessageContent="5553424312345678000000000000061e000000000000000000000000000000"

使用 speedtest-cli 的參考結果。

 

Huawei E398u-1
修改 /lib/udev/rules.d/40-usb_modeswitch.rules。

ATTRS{idVendor}=="12d1", ATTRS{idProduct}=="1505", RUN+="usb_modeswitch '%b/%k'"

修改 /etc/usb_modeswitch.conf。

DefaultVendor=0x12d1
DefaultProduct=0x1505
TargetVendor=0x12d1
TargetProduct=0x1506
MessageContent="5553424312345678000000000000061e000000000000000000000000000000"

使用 speedtest-cli 的參考結果。

E372 和 E398 的 idProduct 相同，只是因為 Huawei 沒有給每一個裝置都使用唯一的 idProduct。
 

3. 這錯誤訊息是什麼意思？

--> WvDial: Internet dialer version 1.61
--> Initializing modem.
--> Sending: ATZ
ATZ
OK
--> Sending: ATQ0 V1 E1 S0=0 &C1 &D2 +FCLASS=0
ATQ0 V1 E1 S0=0 &C1 &D2 +FCLASS=0
OK
--> Sending: AT+CGDCONT=1, "IP","Internet"
AT+CGDCONT=1, "IP","Internet"
ERROR
--> Bad init string.
--> Initializing modem.
--> Sending: ATZ
ATZ
OK
--> Sending: ATQ0 V1 E1 S0=0 &C1 &D2 +FCLASS=0
ATQ0 V1 E1 S0=0 &C1 &D2 +FCLASS=0
OK
--> Sending: AT+CGDCONT=1, "IP","Internet"
AT+CGDCONT=1, "IP","Internet"
ERROR
--> Bad init string.
--> Initializing modem.
--> Sending: ATZ
ATZ
OK
--> Sending: ATQ0 V1 E1 S0=0 &C1 &D2 +FCLASS=0
ATQ0 V1 E1 S0=0 &C1 &D2 +FCLASS=0
OK
--> Sending: AT+CGDCONT=1, "IP","Internet"
AT+CGDCONT=1, "IP","Internet"
ERROR                                             
--> Bad init string.

會發生這樣錯誤訊息的可能性有很多種，比如說網卡和 /etc/usb_modeswitch.conf 不匹配，或是 wvdial.conf 連線設定有誤，有可能是 SIM 卡沒安裝或沒插好，也有可能是網卡壞掉，甚至有時候從 Model B 換到 Model B+ 就解決了。
 

4. 如果發現連線到一半容易斷線該怎麼辦？
這通常是供電不足造成的結果。如果使用好的電源還是會容易斷線的話，解決方法第一個可以先修改 /boot/config.txt 如下，讓 USB 的電流可以從 600mA 提升到 1200 mA。

max_usb_current=1

解決方法第二是接一個有獨立供電的 USB Hub，問題就會解決了。
 

參考資料：
* Huawei E220
* How to setup a USB 3G Modem on Raspberry PI using usb_modeswitch and wvdial
* Use 3g/UMTS USB Dongle for WAN connection
* USB_ModeSwitch – Handling Mode-Switching USB Devices on Linux
* usb_modeswitch_dispatcher
* usb_modeswitch(1) – Linux man page
* udev
* Device Reference
* Linux / Unix Command: wvdial.conf
* Huawei E372 mobile broadband
* TROUBLESHOOT HUAWEI E398 ON MANJARO LINUX
* How to check Internet Speed via Terminal?
* How to Test Internet Connection Speed using Speedtest-Cli on Ubuntu Server

本文章使用的映像檔為 2014-09-09-wheezy-raspbian.img。

一般設置 Raspberry Pi 的無線網路大多是透過 WiFi Config 這個應用程式做設定。

但在某些情況，例如 從序列埠登入到 Raspberry Pi，就只能靠命列列設置無線網路。但是記得，做任何修改前要先備份原始設定，以免出錯了無法回復原始狀態。

用命令列設置無線網路的步驟如下：

1. 確認硬體資訊，我們使用 EDIMAX 7811Un 這張無線網卡做設定。建議使用的網卡有在清單中，才可隨插即用。

pi@raspberrypi ~ $ lsusb
Bus 001 Device 005: ID 7392:7811 Edimax Technology Co., Ltd EW-7811Un 802.11n Wireless Adapter [Realtek RTL8188CUS]

2. 查看目前無線網路設定，一開始還沒連接上無線網路，所以狀態會是 “unassociated”。

pi@raspberrypi ~ $  iwconfig wlan0
wlan0     unassociated  Nickname:""
          Mode:Managed  Frequency=2.412 GHz  Access Point: Not-Associated   
          Sensitivity:0/0  
          Retry:off   RTS thr:off   Fragment thr:off
          Power Management:off
          Link Quality:0  Signal level:0  Noise level:0
          Rx invalid nwid:0  Rx invalid crypt:0  Rx invalid frag:0
          Tx excessive retries:0  Invalid misc:0   Missed beacon:0

3. 掃描無線網路，我們會根據掃描結果來設定無線網路。假設本例的 SSID 為 foo，加密方式為 WPA2，使用的 pre-shared key 為 1234567890123。

pi@raspberrypi ~ $ sudo iwlist wlan0 scan
wlan0     Scan completed :
          Cell 03 - Address: 40:4A:03:92:BA:4B
                    ESSID:"foo"
                    Protocol:IEEE 802.11bgn
                    Mode:Master
                    Frequency:2.462 GHz (Channel 11)
                    Encryption key:on
                    Bit Rates:144 Mb/s
                    Extra:rsn_ie=30140100000fac040100000fac040100000fac020c00
                    IE: IEEE 802.11i/WPA2 Version 1
                        Group Cipher : CCMP
                        Pairwise Ciphers (1) : CCMP
                        Authentication Suites (1) : PSK
                    Quality=88/100  Signal level=42/100  

4. 修改 /etc/wpa_supplicant/wpa_supplicant.conf。

pi@raspberrypi:~$ sudo nano /etc/wpa_supplicant/wpa_supplicant.conf

所對應的設定檔如下。

ctrl_interface=DIR=/var/run/wpa_supplicant GROUP=netdev
update_config=1

network={
        ssid="foo"
        psk="1234567890123"
        proto=RSN
        key_mgmt=WPA-PSK
        pairwise=CCMP
        auth_alg=OPEN
}

掃描結果與設定檔對應的欄位說明如下。

IE: IEEE 802.11i/WPA2 Version 1

表示加密方式為 WPA2，所對應的欄位 proto。
RSN：WPA(2)
WPA：WPA(1)

Group Cipher : CCMP 
Pairwise Ciphers (1) : CCMP

表示 WPA2 使用 AES 加密方式，所對應的欄位 pairwise。
CCMP：AES cipher，WPA(2)
TKIP：TKIP cipher，WPA(1)

Authentication Suites (1) : PSK

表示使用 pre-shared key 做鑑別，所對應的欄位為 key_mgmt。
WPA-PSK：Authentication via pre-shared key
WPA-EAP：Authentication via enterprise authentication server。

再例如使用 SSID 為 bar，加密的方式為 WEP，使用的 WEP key 為 1234567890123。

pi@raspberrypi ~ $  iwlist wlan0 scan
wlan0     Scan completed :
          Cell 03 - Address: 40:4A:03:92:BA:4B
                    ESSID:"bar"
                    Protocol:IEEE 802.11bg
                    Mode:Master
                    Frequency:2.437 GHz (Channel 6)
                    Encryption key:on
                    Bit Rates:54 Mb/s
                    Quality=72/100  Signal level=43/100  

所對應的設定檔如下。

ctrl_interface=DIR=/var/run/wpa_supplicant GROUP=netdev
update_config=1

network={
        ssid="bar"
        key_mgmt=NONE
        auth_alg=OPEN
        wep_key0="1234567890123"
}

更多 wpa_supplicant.conf 的範例可參考這裡。

5. 停用 wlan0 網卡。

pi@raspberrypi ~ $ sudo ifdown wlan0

6. 啟用 wlan0 網卡。

pi@raspberrypi ~ $ sudo ifup wlan0

可能會回傳以下訊息，我們忽略掉。

ioctl[SIOCSIWAP]: Operation not permitted
ioctl[SIOCSIWENCODEEXT]: Invalid argument
ioctl[SIOCSIWENCODEEXT]: Invalid argument

7. 將原來讀取 wpa_supplicant.conf 的程序 wpa_supplicant 殺掉。

pi@raspberrypi ~ $ sudo kill -9 $(ps -ef | grep wpa | awk '{print $2}')

8. 重新執行 wpa_supplicant，並讀取 wpa_supplicant.conf 設定。

pi@raspberrypi ~ $ sudo wpa_supplicant -B -i wlan0 -c /etc/wpa_supplicant/wpa_supplicant.conf

-B 表示以 daemon 方式在背景執行。
-i 表示指定介面(interface)名稱。
-c 表示設定檔路徑。

若回傳以下訊息，我們忽略掉。

rfkill: Cannot open RFKILL control device
ioctl[SIOCSIWAP]: Operation not permitted
ioctl[SIOCSIWENCODEEXT]: Invalid argument
ioctl[SIOCSIWENCODEEXT]: Invalid argument

9. 執行 DHCP 用戶端，取得 IP。

pi@raspberrypi ~ $ sudo dhclient

若回傳以下訊息，我們忽略掉。

RTNETLINK answers: File exists

10. 查尋 IP 位址，成功取得 192.168.1.117。

pi@raspberrypi ~ $ ifconfig wlan0
wlan0     Link encap:Ethernet  HWaddr 74:da:38:05:68:4c  
          inet addr:192.168.1.117  Bcast:192.168.1.255  Mask:255.255.255.0
          UP BROADCAST RUNNING MULTICAST  MTU:1500  Metric:1
          RX packets:1158 errors:0 dropped:79 overruns:0 frame:0
          TX packets:53 errors:0 dropped:0 overruns:0 carrier:0
          collisions:0 txqueuelen:1000 
          RX bytes:109024 (106.4 KiB)  TX bytes:6214 (6.0 KiB)

常見問與答：

1. WiFi連不上怎麼辦?
接螢幕用 GUI 設定吧，可避免錯誤的設定。

2. WiFi Config的Adapter不見了怎麼辦?

將 /etc/network/interfaces 和 /etc/wpa_supplicant/wpa_supplicant.conf 回復成預設值吧。

##### Default configuration of /etc/network/interfaces #####
auto lo

iface lo inet loopback
iface eth0 inet dhcp

allow-hotplug wlan0
iface wlan0 inet manual
wpa-roam /etc/wpa_supplicant/wpa_supplicant.conf
iface default inet dhcp

##### Default configuration of /etc/wpa_supplicant/wpa_supplicant.conf #####
ctrl_interface=DIR=/var/run/wpa_supplicant GROUP=netdev
update_config=1

購買產品：PL2303HX USB轉TTL傳輸線，PL2303HXD USB轉TTL傳輸線。

Raspberry Pi 有提供原生的序列(Serial)傳輸介面，因此只要透過 USB 轉 TTL 序列傳輸線，就可以在不需要螢幕和鍵盤滑鼠的情況下登入 Raspberry Pi (預設帳號密碼是 pi/raspberry)，連上的虛擬終端機為 ttyAMA0。
序列傳輸介面至少需要有三條線，包括接地(GND)、接收(RX)和傳送(TX)，參考接線圖如下。

本 Raspberry Pi B+ GPIO 腳位圖獲得授權使用

比較好的產品會有較多的連接線，例如做流量控制的 RTS/CTS 等。在不同作業系統使用的方式大同小異，詳細步驟如下。

注意：
1. 目前 PL2303HX 僅支援 Windows XP/Vista/7 和 Linux 使用，如果是 Windows 8 和 Mac 作業系統，需使用 PL2303HXD 才能正常使用。
2. 安裝 USB 轉 TTL 傳輸線設定時，Raspberry Pi 不需要開機。但是完成安裝後，記得要將 Raspberry Pi 開機，才能透過該序列傳輸線連接。

Windows XP
1. 沒有接上 USB 轉 TTL 序列傳輸線時的裝置管理員。

2. 接上 USB 轉 TTL 序列傳輸線時的裝置管理員，一開始會跳出”歡迎使用尋找新增硬體精靈”。我們先暫時忽略這訊息並下載驅動程式吧。

3. PL2303HX 和 PL2303HXD 都是使用旺玖科技的晶片，官方網站驅動程式下載連結為：
http://www.prolific.com.tw/TW/ShowProduct.aspx?p_id=226&pcid=79

4. 下載後解壓縮執行 PL2303_Prolific_DriverInstaller_v1.8.0.exe，按照指示完成後重開機。再次開啟裝置管理員，可以發現多了一個連接埠 COM3。

5. 下載並開啟 putty。

6. 在 Connection type 先選擇 Serial，再根據剛剛的連接埠依序填入 Serial line、Speed的值。由於剛剛裝置管理員是看到 COM3，因此在 Serial line 也填入 COM3，Speed 填入 115200。

7. 相關的參數填完後，按 “Open” 就能連上 Raspberry Pi 如下圖。如果等了幾秒還是沒有畫面，可將 Raspberry Pi 重開(電源重插拔)，應該就可以順利看到登入訊息。

Ubuntu Linux
1. 接上 USB 轉 TTL 序列傳輸線，打 ls /dev/ttyUSB*，在我們的環境是長在 ttyUSB0。

2. 開啟 putty，如果還沒安裝請執行sudo apt-get install putty安裝。

3. 在 Connection type 先選擇 Serial，再根據剛剛的連接埠依序填入 Serial line、Speed的值。由於該節點是長在 ttyUSB0，因此在 Serial line 也填入 ttyUSB0，Speed 填入 115200。

4. 如果出現 Unable to open serial port 如下圖，改用 sudo 權限執行 putty。

5. 相關的參數填完後，按 “Open” 將能連上 Raspberry Pi 如下圖。如果等了幾秒還是沒有畫面，可將 Raspberry Pi 重開(電源重插拔)，應該就可以順利看到登入訊息。

Mac
1. 下載並安裝 PL2303HXD Driver，安裝後會重新開機。官方網站驅動程式下載連結為：
http://www.prolific.com.tw/US/ShowProduct.aspx?p_id=229&pcid=41

2. 重開機生效。

3. 檢查是否出現裝置節點，打 ls /dev/cu*，如果出現 /dev/cu.usbserial，可以直接使用指令 screen /dev/cu.usbserial 115200 連線進去。

4. 如果沒出現 /dev/cu.usbserial，試著重插拔 USB 轉 TTL 傳輸線和重新插拔電源。

5. 如果使用 screen 後沒畫面出現，重新插拔電源試試看(USB 轉 TTL 傳輸線不要拔掉)。

常見問與答：

1. 我需要接紅色的線嗎?
如果將 USB 轉 TTL 傳輸線的紅色線接到 Pin 2，將會從傳輸線供電給 Pi 而讓 Pi 開機。由於我們已經有供給穩定的電源給 Pi，因此這邊我們不會將紅色線接到 Pin 2。

2. 我可以將序列埠的功能關掉嗎?
我們可以透過修改/boot/cmdline.txt，將

dwc_otg.lpm_enable=0 console=ttyAMA0,115200 kgdboc=ttyAMA0,115200 console=tty1 root=/dev/mmcblk0p2 rootfstype=ext4 elevator=deadline rootwait

改為

dwc_otg.lpm_enable=0 console=tty1 root=/dev/mmcblk0p2 rootfstype=ext4 elevator=deadline rootwait

還要再修改/etc/inittab，將

#Spawn a getty on Raspberry Pi serial line
T0:23:respawn:/sbin/getty -L ttyAMA0 115200 vt100

改為

#T0:23:respawn:/sbin/getty -L ttyAMA0 115200 vt100

再重開機即可。

VNC 是一種使用 RFB 協定的螢幕畫面分享及遠端操作軟體。由於 VNC 與作業系統無關，因此可跨平台使用。如果我們需要和 Pi 做有圖形介面的連線，VNC 是首選。

這裡簡介如何在 Pi 上安裝設定 VNC 伺服器，並透過個人電腦以 VNC 用戶端連線到 Pi。

1. 在 Pi 上安裝 VNC 伺服器。

pi@raspberrypi:~$ sudo apt-get install tightvncserver

2. 在個人電腦安裝 VNC 用戶端。

sosorry@ubuntu:~$ sudo apt-get install vncviewer gtkvncviewer

3. 在 Pi 上啟動 vncserver。

pi@raspberrypi:~$ vncserver

如果是第一次執行 vncserver 時會問幾個問題，包括登入的密碼和可供其他人流覽的 read-only 密碼，而 read-only 密碼可以不設定。登入的密碼會加密後存在 ~/.vnc/passwd 檔案裡。

You will require a password to access your desktops.

Password: 
Verify:   
Would you like to enter a view-only password (y/n)? n

之後我們就可以透過 vncviewer 或是 gtkvncviewer 之類的軟體和 Pi 連線了。假設 Pi 的 IP 為 192.168.1.2。

sosorry@ubuntu:~$ vncviewer 192.168.1.2:5901

如果要對 VNC 伺服器做更多設定，常用的參數有：
- 連線埠 (:$NUM)：例如設定 :1 開啟的 port 為5901，:2 開啟的 port 為5902，依此類推，預設為 :1。
- 解析度(geometry)：例如 640×480, 800×600, 1024×768 等，預設為 1024×768。
- 像素深度(depth)：例如 8, 16, 24 等，這是指每個像素可顯示的位元數，預設為 16。

例如我們想設定 VNC 伺服器監聽 5902 這個埠號，當有用戶連線到 5902 後可開啟一個 640×480 BGR233的畫面。

pi@raspberrypi:~$ vncserver :2 -geometry 640x480 -depth 8

如果使用 gtkvncviewer 連線，需要輸入 IP、port 和密碼，使用者名稱可任意輸入。

sosorry@ubuntu:~$ gtkvncviewer

連線成功的畫面。

常見問與答：

1. 如何修改 VNC 伺服器的連線密碼？
我們可以用 vncpasswd 這個指令改 VNC 的連線密碼。

Using password file /home/pi/.vnc/passwd
Password: 
Verify:   
Would you like to enter a view-only password (y/n)? n

2. 我忘了設定 VNC 伺服器聽哪一個 port 了？
我們可以用 netstat 這個指令來查看目前系統開啟的 port。

pi@raspberrypi:~$ netstat -nutlp

-n ：列出數字形式的連線地址
-u ：列出 UDP 的連線
-t ：列出 TCP 的連線
-l ：正在進行 Listen (監聽)的服務之網路狀態
-p ：列出 PID 與 Program 的檔名

pi@raspberrypi:~$ netstat -nutlp
(Not all processes could be identified, non-owned process info
 will not be shown, you would have to be root to see it all.)
Active Internet connections (only servers)
Proto Recv-Q Send-Q Local Address           Foreign Address         State       PID/Program name
tcp        0      0 0.0.0.0:6002            0.0.0.0:*               LISTEN      2124/Xtightvnc  
tcp        0      0 0.0.0.0:22              0.0.0.0:*               LISTEN      -               
tcp        0      0 0.0.0.0:5902            0.0.0.0:*               LISTEN      2124/Xtightvnc  
udp        0      0 0.0.0.0:22316           0.0.0.0:*                           -               
udp        0      0 0.0.0.0:68              0.0.0.0:*                           -               
udp        0      0 192.168.1.2:123         0.0.0.0:*                           -               
udp        0      0 127.0.0.1:123           0.0.0.0:*                           -               
udp        0      0 0.0.0.0:123             0.0.0.0:*                           -

我們也可以用 ps 這個指令查看目前系統執行的程序中。

pi@raspberrypi:~$ ps aux | grep vnc

- a ：不和終端機 (terminal) 有關的所有程序
- u ：所有有效使用者 (effective user) 的程序
- x ：與 a 這個參數一起使用可列出完整資訊
- | grep vnc 表示只列出有包含 vnc 關鍵字的程序

pi@raspberrypi:~$ ps aux | grep vnc
pi        2124  0.0  0.9   6532  3460 ?        S    14:36   0:03 Xtightvnc :2 -desktop X -auth /home/pi/.Xauthority -geometry 640x480 -depth 8 -rfbwait 120000 -rfbauth /home/pi/.vnc/passwd -rfbport 5902 -fp /usr/share/fonts/X11/misc/,/usr/share/fonts/X11/Type1/,/usr/share/fonts/X11/75dpi/,/usr/share/fonts/X11/100dpi/ -co /etc/X11/rgb
pi        2128  0.0  0.1   1760   508 ?        S    14:36   0:00 /bin/sh /home/pi/.vnc/xstartup
pi        2426  0.0  0.2   3548   800 pts/0    S+   15:44   0:00 grep --color=auto vnc

3. 如何在開機時就啟動 VNC 伺服器？
在 /etc/init.d/ 下建立一個控制的腳本 (script)，例如取名為 tightvncserver

pi@raspberrypi:~$ sudo vim /etc/init.d/tightvncserver

內容如下，重要的是在 start) 部份設定啟動的參數。

#!/bin/bash
### BEGIN INIT INFO
# Provides:          tightvncserver
# Required-Start:    $syslog
# Required-Stop:     $syslog
# Default-Start:     2 3 4 5
# Default-Stop:      0 1 6
# Short-Description: vnc server
# Description:
### END INIT INFO

export USER='pi'

eval cd ~$USER

# Check the state of the command - this'll either be start or stop 
case "$1" in
  start)
    # if it's start, then start vncserver using the details below
    su $USER -c '/usr/bin/vncserver :1 -geometry 800x600 -depth 16 -pixelformat rgb565'
    echo "Starting vncserver for $USER "
    ;;
  stop)
    # if it's stop, then just kill the process
    pkill Xtightvnc
    echo "vncserver stopped"
    ;;
  *)
    echo "Usage: /etc/init.d/tightvncserver {start|stop}"
    exit 1
    ;;
esac
exit 0

修改腳本權限。

pi@raspberrypi ~ $ sudo chmod 755 /etc/init.d/tightvncserver

將該腳本加入預設的啟動程序。

pi@raspberrypi ~ $ sudo update-rc.d tightvncserver defaults

執行結果如下。

update-rc.d: using dependency based boot sequencing
insserv: warning: script 'mathkernel' missing LSB tags and overrides

如果不喜歡這 warning，就順便修改一下 mathkernel 的腳本吧。

pi@raspberrypi ~ $ sudo vim /etc/init.d/mathkernel

根據 LSB 的規則將啟動資訊加到最前面。

### BEGIN INIT INFO
# Provides:          mathkernel
# Required-Start:    $local_fs 
# Required-Stop:     $local_fs
# Default-Start:     2 3 4 5 
# Default-Stop:      0 1 6 
# Short-Description: mathkernel
### END INIT INFO

重新啟動 Pi，再執行 netstat -nutlp 或是 ps aux | grep vnc，可以看到 VNC 伺服器已經跑起來了。