英特尔Galileo与GalileoGen2开发指南

### 英特尔 Galileo 与 Galileo Gen 2 开发指南 #### 1. 创新起源与英特尔 Galileo 系列简介 在科技发展的长河中，许多伟大的发明都源自车库。像华特·迪士尼在 1923 年于车库创作了第一部电影，史蒂夫·乔布斯和史蒂夫·沃兹尼亚克在加利福尼亚洛斯阿尔托斯的车库里开发出第一台苹果电脑，比尔·休利特和戴夫·帕卡德用 500 美元在车库里创立了惠普，1903 年第一辆哈雷 - 戴维森摩托车也是在 10x15 英尺的木制车库中诞生。这些发明的共同点是融合了艺术、机械、电子和计算机科学等多个领域，离不开创造力和激情。 如今，每个人都是创造者，人们利用科技创造机器人、无人机，实现家庭自动化，制作交流设备，将艺术与科技融合，进行 3D 设计和打印，甚至制作乐器。英特尔为了满足开发者的需求，推出了英特尔 Galileo 和英特尔 Galileo Gen 2 开发板。这两款开发板与 Arduino 接口和参考 API 兼容，并且是开源和开放硬件，所有源代码和硬件原理图都可在网上获取、使用和修改。 英特尔还为开发者提供了公共互联网论坛，不仅用于支持和解答问题，还帮助开发者开展个人项目，收集社区反馈以创造新一代产品和工具。英特尔 Galileo 和英特尔 Galileo Gen 2 由 400MHz 的英特尔 Quark 片上系统（SoC）x1000 提供动力，内置 512MB SRAM，运行嵌入式 Linux 内核 v3.8，支持 Arduino 参考 API 及其硬件接口。2013 年 10 月在罗马创客博览会上推出了第一代英特尔 Galileo 开发板，之后根据反馈，英特尔推出了改进版的英特尔 Galileo Gen 2。 #### 2. 开发环境搭建与相关技术解析 ##### 2.1 Yocto 构建系统 Yocto 构建系统是开发过程中的重要工具。它可以帮助开发者生成自定义的 SPI 和 SD 卡镜像。在使用 Yocto 之前，需要对计算机进行准备，例如安装必要的依赖库和工具。 生成镜像时，需要考虑 SPI 与 SD 卡镜像的区别： | 镜像类型 | 特点 | | ---- | ---- | | SPI 镜像 | 适合需要快速启动和稳定存储的场景，数据存储在板载 SPI 闪存中 | | SD 卡镜像 | 具有更大的存储容量，方便更换和扩展存储，适合需要大量数据存储的应用 | 构建英特尔 Galileo 镜像的步骤如下： 1. 安装 Yocto 构建环境所需的依赖项。 2. 下载 Yocto 构建系统的源代码。 3. 配置构建环境，指定目标设备为英特尔 Galileo。 4. 运行构建命令，生成镜像文件。 ##### 2.2 交叉编译工具链 交叉编译工具链用于在开发主机上编译适用于英特尔 Galileo 的本地应用程序。构建和使用交叉编译工具链的步骤如下： 1. 下载交叉编译工具链的源代码。 2. 配置编译选项，指定目标架构为英特尔 Galileo。 3. 编译并安装交叉编译工具链。 4. 在开发过程中，使用交叉编译工具链编译应用程序。 下面是一个简单的“Hello World!”示例代码： ```c #include <stdio.h> int main() { printf("Hello World!\n"); return 0; } ``` 使用交叉编译工具链编译该代码的命令如下： ```sh <交叉编译工具链前缀>-gcc -o hello_world hello_world.c ``` ##### 2.3 调试本地应用程序 在开发过程中，调试本地应用程序是必不可少的步骤。可以使用 GDB 等调试工具来调试应用程序。调试步骤如下： 1. 在编译应用程序时，添加调试信息选项（例如 -g）。 2. 将应用程序和调试信息文件传输到英特尔 Galileo 开发板。 3. 在开发板上启动 GDB 调试器。 4. 连接到应用程序的调试信息文件，设置断点，进行调试。 #### 3. 启动英特尔 Galileo 开发板 可以使用自定义的镜像来启动英特尔 Galileo 开发板，启动方式分为从 SD 卡镜像启动和从 SPI 卡镜像启动。 ##### 3.1 从 SD 卡镜像启动 从 SD 卡镜像启动的步骤如下： 1. 将生成的 SD 卡镜像文件写入 SD 卡。 2. 将 SD 卡插入英特尔 Galileo 开发板的 SD 卡插槽。 3. 给开发板上电，开发板将从 SD 卡启动。 ##### 3.2 从 SPI 卡镜像启动 从 SPI 卡镜像启动的步骤如下： 1. 使用 JTAG 或其他编程工具将 SPI 卡镜像文件写入板载 SPI 闪存。 2. 给开发板上电，开发板将从 SPI 闪存启动。 mermaid 流程图如下： ```mermaid graph LR A[选择启动方式] --> B{SD 卡镜像启动} A --> C{SPI 卡镜像启动} B --> D[写入 SD 卡镜像] D --> E[插入 SD 卡] E --> F[上电启动] C --> G[写入 SPI 卡镜像] G --> H[上电启动] ``` #### 4. 开发板故障处理 如果英特尔 Galileo 开发板出现故障（变砖），可以采取以下措施进行恢复： 1. 检查电源供应是否正常。 2. 尝试重新启动开发板。 3. 如果是软件问题，可以使用 JTAG 或其他编程工具重新烧录镜像文件。 4. 如果是硬件问题，需要检查硬件连接是否松动或损坏，必要时更换硬件部件。 通过以上内容，我们对英特尔 Galileo 和英特尔 Galileo Gen 2 开发板的开发环境搭建、应用程序开发、启动方式以及故障处理等方面有了初步的了解。在后续的开发过程中，还可以根据具体需求进一步探索和应用这些技术。 ### 英特尔 Galileo 与 Galileo Gen 2 开发指南 #### 5. Arduino IDE 与 Wiring 语言的使用 ##### 5.1 历史与安装 Arduino IDE 有着一定的发展历史，英特尔创客社区也为其发展做出了贡献。安装 Arduino IDE 用于英特尔 Galileo 开发时，需要先进行一些准备工作。 在不同系统上安装的步骤如下： - **Windows 系统**： 1. 连接英特尔 Galileo 开发板到计算机。 2. 安装驱动程序，可从英特尔官方网站下载对应驱动。 3. 安装 Arduino IDE，同样从官方渠道下载安装包进行安装。 - **Linux 系统**： 1. 连接英特尔 Galileo 开发板。 2. 安装必要的依赖库，可通过包管理器进行安装。 3. 从官方网站下载 Arduino IDE 的 Linux 版本并解压安装。 ##### 5.2 理解 Arduino IDE 安装完成后，需要理解 Arduino IDE 的各个部分。在使用时，要检查所选的端口和开发板是否正确。 Arduino 中的“草图（Sketch）”是一个重要概念，它类似于一个小型的程序。编译和运行草图的步骤如下： 1. 打开 Arduino IDE，编写草图代码。 2. 点击编译按钮，检查代码是否有语法错误。 3. 点击上传按钮，将编译好的代码上传到英特尔 Galileo 开发板。 草图分为持久化和非持久化两种： | 草图类型 | 特点 | | ---- | ---- | | 持久化草图 | 开发板重启后仍保留代码，启动时间可能较长 | | 非持久化草图 | 开发板重启后代码丢失，启动速度相对较快 | ##### 5.3 调试与示例运行 在调试时，可以使用串口控制台和串口通信。Arduino 提供了一系列的串口通信函数，例如： ```c Serial.begin(int speed); // 初始化串口通信，设置波特率 Serial.print(data); // 向串口发送数据 Serial.println(data); // 向串口发送数据并换行 Serial.available(); // 检查串口是否有数据可用 Serial.read(); // 从串口读取数据 ``` 可以通过这些函数打印调试信息和使用串口控制台。 运行一些示例可以帮助更好地理解 Arduino IDE 的使用，例如： - **Fade 示例**：实现 LED 灯的亮度渐变效果。 - **Button 示例**：检测按钮的按下状态。 - **ReadAnalogVoltage 示例**：读取模拟电压值。 - **Debounce 示例**：处理按钮的消抖问题。 ##### 5.4 固件更新与故障排除 使用 Arduino IDE 可以更新英特尔 Galileo 开发板的固件。更新步骤如下： 1. 打开 Arduino IDE，选择对应的开发板和端口。 2. 选择要更新的固件文件。 3. 点击上传按钮进行固件更新。 在使用过程中可能会遇到一些问题，例如： - **Windows 系统下的串口通信问题**：检查驱动是否安装正确，尝试更换串口线。 - **虚拟机和 64 位 Linux 系统下的 IDE 问题**：检查虚拟机的设置，确保 USB 设备正确连接。 #### 6. 新 API 与黑客技术应用 ##### 6.1 新 API 介绍 英特尔 Galileo 和 Galileo Gen 2 开发板有许多新的 API，例如： - **Servo API**：用于控制舵机。在实际应用中，要注意理论与实践的差异，避免出现错误。新的 Servo API 有一些改进，提高了舵机控制的精度和稳定性。 - **Serial、Serial1 和 Serial2 对象**：用于串口通信。可以通过测试这些对象来验证串口通信的功能是否正常。 - **Tone API**：用于产生音频信号。新的 Tone API 增加了一些功能，如调整音频的频率和时长。 - **pulseIn API**：用于测量脉冲信号的时长。其函数原型为 `unsigned long pulseIn(uint8_t pin, uint8_t state, unsigned long timeout = 1000000)`。 ##### 6.2 黑客技术与项目实践 还可以使用一些黑客技术来扩展开发板的功能，例如： - **Hacking the Servo Library**：修改舵机库，实现更个性化的舵机控制。 - **Hacking the GPIO Expander for New PWM Frequencies**：通过修改 GPIO 扩展器，实现新的 PWM 频率。 以 DHT 传感器库项目为例，使用快速 I/O API 可以提高传感器数据的读取速度。项目所需材料如下： | 材料名称 | 数量 | | ---- | ---- | | DHT 传感器 | 1 个 | | 杜邦线 | 若干 | | 面包板 | 1 个 | 项目步骤如下： 1. 组装硬件，将 DHT 传感器连接到开发板。 2. 编写代码，创建新的 DHT 传感器库。 3. 测试代码，验证传感器数据的读取是否正确。 #### 7. 网络连接与黑客技术 ##### 7.1 WiFi 连接 使用 WiFi 卡可以让英特尔 Galileo 开发板连接到无线网络。设置 WiFi 迷你 PCIe 卡的步骤如下： 1. 将 WiFi 卡插入开发板的 PCIe 插槽。 2. 安装必要的驱动程序。 3. 配置 WiFi 连接，输入 SSID 和密码。 检查 WiFi 卡是否被识别的方法是查看系统日志或使用命令行工具。如果要添加对新的 WiFi 卡的支持，需要下载对应的驱动程序并进行安装。 WiFi API 提供了一些功能，如扫描无线网络、连接到 WPA 或 WEB 网络等。扫描无线网络的代码示例如下： ```c #include <WiFi.h> void setup() { Serial.begin(9600); WiFi.mode(WIFI_STA); int n = WiFi.scanNetworks(); Serial.println("Scan done"); if (n == 0) { Serial.println("no networks found"); } else { Serial.print(n); Serial.println(" networks found"); for (int i = 0; i < n; ++i) { Serial.print(i + 1); Serial.print(": "); Serial.print(WiFi.SSID(i)); Serial.print(" ("); Serial.print(WiFi.RSSI(i)); Serial.print(")"); Serial.println((WiFi.encryptionType(i) == ENC_TYPE_NONE)?" ":"*"); delay(10); } } Serial.println(""); } void loop() { // 主循环 } ``` ##### 7.2 以太网连接 以太网 API 也有一些新的特性，例如支持动态和静态 IP 地址。以网络时间协议（NTP）为例，实现通过以太网获取准确时间的步骤如下： 1. 连接以太网电缆到开发板。 2. 配置以太网接口，设置 IP 地址和网关。 3. 编写代码，使用 NTP 协议获取时间。 还可以通过一些方法简化草图，例如移除以太网对象。 在文件传输方面，可以使用多种方式在英特尔 Galileo 开发板和计算机之间传输文件，如 ftp、scp 或 pscp、SD 卡、USB 闪存驱动器等。 为了提高草图传输的效率，可以对 Arduino IDE 进行黑客操作。其工作原理和操作步骤如下： 1. 了解 IDE 的传输机制。 2. 修改相关代码，实现通过网络接口进行草图传输。 mermaid 流程图如下： ```mermaid graph LR A[选择网络连接方式] --> B{WiFi 连接} A --> C{以太网连接} B --> D[设置 WiFi 卡] D --> E[扫描网络] E --> F[连接网络] C --> G[配置以太网接口] G --> H[使用以太网 API] F --> I[文件传输] H --> I ``` #### 8. 项目实践与拓展 ##### 8.1 推特项目 可以使用英特尔 Galileo 开发板通过 REST API 1.1 实现推特功能。项目所需材料如下： | 材料名称 | 数量 | | ---- | ---- | | 英特尔 Galileo 开发板 | 1 个 | | WiFi 迷你 PCIe 卡 | 1 个 | | 硬币电池 | 1 个 | 项目步骤如下： 1. 组装硬件，安装硬币电池。 2. 创建 Twitter 应用账户，包括创建 Twitter 账户和应用。 3. 编写脚本，生成 OAuth 签名。 4. 创建脚本和草图，实现向 Twitter 发送消息。 还可以对该项目进行改进，例如让花卉植物通过社交网络与你交流。 ##### 8.2 OpenCV 项目 使用 OpenCV 库可以实现图像和视频处理功能。项目所需材料如下： | 材料名称 | 数量 | | ---- | ---- | | 英特尔 Galileo 开发板 | 1 个 | | USB 摄像头 | 1 个 | 项目步骤如下： 1. 准备 BSP 软件镜像和工具链，包括使用 eGlibc 进行 Video4Linux 镜像的配置、增加 rootfs 大小、禁用 GPU 支持等。 2. 连接 USB 摄像头，使用 V4L2 - CTL 工具探索摄像头的功能。 3. 编写代码，使用 OpenCV 库进行图像和视频处理，如人脸和眼睛检测、情绪分类等。 ##### 8.3 土壤湿度传感器项目 创建土壤湿度传感器项目可以使用废旧材料和镀锌钉。项目所需材料如下： | 材料名称 | 数量 | | ---- | ---- | | 废旧材料 | 若干 | | 镀锌钉 | 若干 | | 面包板 | 1 个 | 项目步骤如下： 1. 组装湿度传感器，包括机械组装和电气组装。 2. 组装花卉表情模块。 3. 测试软件，进行校准。 还可以对项目进行改进，例如增加传感器数量、实现自动灌溉等。 ##### 8.4 家庭自动化与动态 Web 项目 家庭自动化项目可以使用 node.js 实现 Web 服务器。项目所需材料如下： | 材料名称 | 数量 | | ---- | ---- | | 英特尔 Galileo 开发板 | 1 个 | | 键盘 | 1 个 | | PIR 传感器 | 1 个 | | 继电器模块 | 1 个 | | 温度传感器 | 1 个 | 项目步骤如下： 1. 分别测试各个组件，如键盘、PIR 传感器、继电器模块、温度传感器等。 2. 创建草图，实现 UDP 消息的发送和接收。 3. 编写 Web 服务器代码，使用 node.js、Cheerio、socket.io 等工具。 4. 运行家庭自动化系统。 还可以对项目进行改进，如使用以太网供电（PoE）、使用 express 和 node.js 等。 #### 9. 其他项目实践 ##### 9.1 以太网供电（PoE）项目 使用 PoE 模块可以让英特尔 Galileo Gen 2 开发板通过以太网电缆获取电力。项目所需材料如下： | 材料名称 | 数量 | | ---- | ---- | | 英特尔 Galileo Gen 2 开发板 | 1 个 | | PoE 模块 | 1 个 | | PoE 注入器 | 1 个 | 项目步骤如下： 1. 组装 PoE 模块。 2. 使用 PoE 注入器为开发板供电。 ##### 9.2 机械臂控制项目 控制机械臂可以实现一些复杂的操作。项目所需材料如下： | 材料名称 | 数量 | | ---- | ---- | | 机械臂套件 | 1 套 | | 舵机 | 若干 | | 面包板 | 1 个 | 项目步骤如下： 1. 组装机械臂，包括准备舵机、组装各个关节等。 2. 构建舵机控制板，包括硬件组装和软件编程。 3. 编写代码，控制机械臂的运动。 还可以对项目进行改进，例如使用咖啡和气球制作机械爪。 ##### 9.3 LTE 调制解调器项目 使用 LTE 调制解调器可以让英特尔 Galileo 开发板连接到移动网络。项目所需材料如下： | 材料名称 | 数量 | | ---- | ---- | | 英特尔 Galileo 开发板 | 1 个 | | LTE 调制解调器 | 1 个 | | 天线 | 1 个 | | SIM 卡 | 1 张 | 项目步骤如下： 1. 准备硬件，包括准备 SIM 卡、适配调制解调器卡、连接天线等。 2. 准备软件，包括检查调制解调器、加载驱动程序、配置 APN 等。 3. 测试网络连接和带宽。 通过以上各种项目的实践，可以充分发挥英特尔 Galileo 和 Galileo Gen 2 开发板的功能，实现更多有趣和实用的应用。在实际开发过程中，可以根据具体需求选择合适的项目进行深入研究和拓展。