Raspberry Pi programmieren mit C/C++ und Bash

Inhaltsverzeichnis

Vorwort

1 Die Welt des Raspberry Pi

1.1 Die Modelle des Raspberry Pi

1.1.1 Energieversorgung

1.1.2 Der Raspberry Pi Zero W

1.1.3 Raspberry Pi 2 und Pi 3

1.2 SD-Karten und microSD-Karten

1.3 Von Wheezy zu Stretch – Downloads für Raspbian

1.3.1 Die Release Notes als Chronik

1.4 Über NOOBS zur Raspbian SD-Karte

1.4.1 NOOBS aus dem Internet holen und entpacken

1.4.2 NOOBS auf die leere (micro)SD-Karte kopieren

1.5 NOOBS auf dem Raspberry Pi

1.5.1 Wohin mit dem Bild?

1.5.2 Energie für NOOBS

1.6 Der NOOBS Recovery-Modus

2 Der Raspberry Pi und Linux

2.1 Das Abbild von Raspbian für die SD-Karte

2.1.1 Die Abbilddatei mit einem Linux-PC übertragen

2.1.2 Der Win32 Disk Imager

2.2 Die Grundkonfiguration des Raspbian Desktops

2.2.1 Tastaturlayout und Spracheinstellung

2.2.2 Konfiguration von Autologin, Hostname und Bootmodus

2.2.3 Passwortänderung

2.2.4 Freigabe für SSH und Abfrage der IP-Adresse

2.3 Der Raspberry Pi Desktop als Bedienoberfläche

2.3.1 Die Lage der Panelleiste ändern

2.3.2 Der Aufbau der Panelleiste

2.3.3 Programmstart über Tastaturkürzel

2.3.4 Eine symbolische Desktop-Verknüpfung hinzufügen

2.3.5 Eine neue Desktop-Datei erzeugen

2.3.6 Ein Programm der Anwendungsstartleiste hinzufügen

2.3.7 Miniprogramme im Panel

2.3.8 Das Konsolenkommando lxpanelctl

2.4 Der Main Menu Editor Alacarte

2.5 Das Erscheinungsbild anpassen mit LxAppearance

2.6 Der Raspbian Desktop auf dem PC oder Mac

2.7 Nützliche Programme ohne und mit grafischer Oberfläche

2.8 Autostart mit und ohne GUI

2.8.1 Die versteckte Datei .bashrc

2.8.2 Die Datei rc.local

2.9 Die Verwendung von LXTerminal in Desktop-Dateien

2.10 Pakete – Installation und Verwaltung

2.10.1 Der vorinstallierte Paketmanager pi-packages

2.10.2 Der Paketmanager Synaptic

2.10.3 Paketverwaltung über Konsolenkommandos

2.11 Die Bildschirmauflösung mit und ohne den RPi-Desktop einstellen

2.11.1 Über HDMI zum Fernseher

2.11.2 Über den HDMI/VGA-Adapter zum Monitor

2.11.3 Einstellung der Auflösung mit raspi-config

2.12 Audioumschaltung und Bluetooth-Lautsprecher

2.13 Systembackup im laufenden Betrieb

3 Betriebssysteme, Partitionen, Backup und Restore

3.1 SD-Karte, USB-Stick, Festplatte – was erkennt der Raspberry Pi?

3.2 SD-Karten mit Betriebssystem

3.2.1 Hinein in die Box

3.2.2 Der passende Aufkleber

3.2.3 Binäre Einheiten und die Kapazität von SD-Karten

3.3 SD-Karten identifizieren mit sd-label.sh

3.4 Hinweise zu Backup und Restore

3.5 Formatierung von SD-Karten

3.6 Das USB Image Tool

3.7 Direktkopie der SD-Karte mit piclone

3.8 Der Partitionsmanager GParted

3.9 Eine bootfähige SD-Karte mit sd-restore.sh erzeugen

3.10 Backup von SD-Karten mit sd-back.sh

3.10.1 Nullen vor dem Backup

3.11 Ein Blick in das Abbild der SD-Karte

3.12 Festplatten am Raspberry Pi

3.12.1 Der Einhängepunkt und die Systemkonsole

3.12.2 Einhängen der Partition über /etc/fstab

4 Programmieren mit dem Pi

4.1 Dateien und Programme zum Buch

4.2 Paketinstallation über die Skriptdateien zum Buch

4.3 Die Skriptdateien zum Buch – was ist wo?

4.4 Die Shell als Kommandointerpreter

4.4.1 Umgebungsvariablen

4.4.2 vcgencmd

4.5 Strings in Bash, C und C++

4.6 Programmieren mit Bash

4.6.1 Eingabe, Ausgabe und if else

4.6.2 Feldtrenner und float-Werte

4.6.3 Formatierte Ausgabe mit printfcalc.sh

4.6.4 Ausgabekommandos für ASCII-Dateien

4.6.5 Bash-Arrays mit numerischem Index

4.6.6 Assoziative Bash-Arrays mit Wortindex

4.6.7 Funktionen, Parameter und Exit-Codes

4.6.8 Ausgabeumleitung und Rückgabewerte

4.6.9 Ein Bash-Skript mit Funktionen und Indexsuche

4.6.10 Indexelemente sortieren und finden mit assosort.sh

4.6.11 Ausgabespalten neu anordnen mit dosdir.sh

4.6.12 Die Ausgabe Einlesen und die IFS-Trennzeichen

4.6.13 Filtern mit cut und grep

4.6.14 Farben in der Konsolenausgabe

4.6.15 Zeichen entfernen mit trim.sh

4.6.16 Dateinamen oder Pfade extrahieren

4.6.17 Die Position einer Zeichengruppe oder eines Strings finden

4.6.18 Ein Blick in raspi-config

4.7 Bash in Beispielen

4.7.1 Wie copydesk.sh funktioniert

4.7.2 Farbige Listings mit colordir.sh

4.7.3 Analyse von Partitionsgrößen mit sd-info.sh

4.7.4 Feldinhalte aus Audiodateien kompakt anzeigen

4.7.5 EXIF-Daten anzeigen mit jhead.sh

4.7.6 Metadaten ermitteln mit mediainfo.sh

4.7.7 Diagnose der Bildschirmauflösung mit scrreso.sh

4.7.8 Eine Bildschirmecke zur Videowiedergabe nutzen (OMXPlayer)

4.7.9 Prozesse anzeigen mit pgrep_htop.sh

4.8 Skriptdateien mit ASCII-GUI (whiptail/dialog)

4.8.1 Vom Skript zum Kommando

4.8.2 Eine allgemeingültige Dateiauswahl im Skript verwenden

4.8.3 Programmauswahl über Checkboxes

4.8.4 Bilder als ASCII-Art anzeigen

4.8.5 Programmstart mit fotomenu.sh

4.8.6 Programmstart über Desktop-Dateien und ASCII-Dialoge

4.8.7 Dateiauswahl bei sd-mount.sh

4.8.8 Der Programmstarter opencvgui.sh als ASCII-GUI

4.9 C-Programme mit Raspbian nutzen (hello_pi/GPU)

4.9.1 Videoprojektion auf eine rotierende Teekanne (hello_teapot.c)

4.9.2 Mathematische Kunst mit hello_triangle2.c

4.9.3 Das Skript helloGPU.sh auf einem „großen“ Linux-PC starten

4.9.4 Mit make zum eigenen C-Programm

4.9.5 Das Skript helloGPU2.sh für weitere GPU-Programme

4.9.6 Programme starten mit system und popen

4.9.7 Zeit ist relativ

4.9.8 Mausklicks, Bewegungen und Scrollevents auswerten

4.9.9 Von der Mausbewegung zur Audioausgabe

4.10 Der Qt Creator als Entwicklungsumgebung

4.11 Die Entwicklungsumgebung Code::Blocks

4.12 GTK+ Programmierung

4.13 Die Geany-Entwicklungsumgebung

4.14 Python und IDLE als Entwicklungsumgebung

4.15 Zenity-Dialoge

4.16 GitHub und Raspbian

5 Elektronik und Programme für den GPIO-Port

5.1 Schaltungen aufbauen

5.1.1 Drähte oder Drahtbrücken

5.1.2 SMD-Adapter und ICs

5.1.3 Widerstände, Widerstandsnetzwerke und Kondensatoren

5.1.4 Der LED-Test

5.2 Eine LED per Software schalten (Ein/Aus)

5.3 Eine LED per Software dimmen (Pulsweitenmodulation)

5.4 Eine LED am Optokoppler

5.5 GPIO-Pins im Read-Modus (Bash)

5.5.1 GPIO-Pins zyklisch abfragen (Polling)

5.5.2 GPIO-Pins im Interrupt-Modus (Flankenerkennung)

5.5.3 Flankenerkennung bei mehreren Schaltern

5.6 WiringPi-Beispiele mit C-Quelltext

5.6.1 WiringPi im Interrupt-Modus

5.7 Experimente zur Impulswahl

5.7.1 Audiodateien durch Impulswahl abspielen

5.7.2 Impulsdiagramme mit GnuPlot

5.8 Von der Helligkeit zur Frequenz

5.8.1 Frequenzen messen mit dem Oszilloskop und mit r2f.cpp

5.9 Stufenschalter, Tastenfelder, Encoder und Codierschalter

5.10 Analog/Digital-Wandler für die SPI-Schnittstelle

5.10.1 Analoge Messwerte mit spiloop.c erfassen

5.11 Die I2C-Schnittstelle

5.12 Analog/Digital-Wandler für I2C

5.13 Ein LCD-Display am I2C-Bus

5.13.1 Ausgaben mit sysinfo.sh

5.13.2 PIDs auf dem LCD-Display mit pgrep_menuctrl.sh

5.14 Die C-Library bcm2835 für den GPIO-Port

5.15 Mehr Ampere mit externen Spannungsquellen

5.16 Vom Schaltplan zum Layout

5.16.1 EAGLE Light

6 Sensoren und Software für Infrarot und Ultraschall

6.1 LIRC als Empfänger

6.1.1 Kommandos per IR-Fernbedienung auslösen

6.1.2 Ein Auswahlmenü auf dem LCD-Display

6.2 Entfernungsmessung per Ultraschall

6.3 Ein Abstandswarner mit ultraloop.c im Qt Creator

6.4 Entfernungsmessung mit Infrarotlicht

6.4.1 Distanzmessung über den MCP3426 als A/D-Wandler

7 Netzwerke und der Fernzugriff auf den Raspberry Pi

7.1 Die automatische Vergabe von IP-Adressen

7.2 Netzwerkkabel, Übertragungsraten und ethtool

7.3 Eine Direktverbindung zum Raspberry Pi

7.3.1 Die Link-Local-IP

7.4 Netzwerkkameras

7.4.1 Eine Direktverbindung für Netzwerkkameras

7.5 Der SSH-Server und ein Linux-PC als Client

7.5.1 SSH und die Weiterleitung des X11-Fensters

7.5.2 Fingerabdrücke auf (micro)SD-Karten

7.6 Zwei Schlüssel zum Vergleich – SSH ohne Passwort

7.7 PuTTY als Windows-Client

7.8 Remote-Zugriff mit WinSCP und Krusader als Client

7.9 Der SSH-Fernzugriff per ASCII-GUI

7.9.1 Ein Desktop-Icon auf dem Client-PC

7.10 Ein Remote-Desktop mit TightVNC

7.11 Energie sparen mit TMux

7.12 Die ASCII-GUI pgrep_gui.sh

7.13 TMux und die ASCII-GUI pgrep_gui.sh

7.13.1 TMux-Skripting

7.14 WLAN-Verbindungen und WLAN-Sticks

7.14.1 WLAN-Verbindungen und wpa_gui

7.15 Die Netzwerk-Tools arp-scan und nmap

7.16 Netcat – vom Chatprogramm zum Videoempfänger

7.17 Fünf Wege zum Raspberry Pi

7.18 Über Android zum Raspberry Pi

7.18.1 Über F-Droid zu ConnectBot

7.19 Über USB OTG zum Raspberry Pi Zero

8 Audio und Composite Video am Pi

8.1 Buchsen, Kabel, Signale

8.2 Audiowiedergabe

8.3 Der AlsaMixer

8.4 Audioaufzeichnung und ALSA-Tools

8.4.1 SoX mit der Webcam als Audioquelle

8.4.2 SoX passt auf – Reaktion auf Geräusche

8.4.3 Informationen zur Audiodatei mit soxi

8.4.4 Audioaufzeichnung im Remote-Modus

8.4.5 Lautsprecherdurchsagen aus sicherem Abstand (remote)

8.4.6 Externe USB-Soundkarten und das Programm speaker-test

8.5 Sprachsynthese auf dem Linux-PC

8.5.1 Sprachausgabe mit eSpeak

8.5.2 Sprachausgabe über tts.sh mit eSpeak, SVOX-Pico und Festival

9 Videodaten – Aufzeichnung und Wiedergabe

9.1 Der OMXPlayer

9.1.1 Kommandos für den OMXPlayer (DBUS-Interface)

9.2 Videodateien aus dem Internet holen

9.3 Archivierte Videos abspielen mit guiPlay.sh

9.4 Videoplayer und multiplay.sh

9.5 Wiedergabe mit videoselect.sh und avplay

9.6 Wo ist das Videogerät?

9.7 Daten zum Videogerät mit dem V4L-Treiber

9.8 MPEG-Spezifikationen, Codecs und Containerdateien

9.9 Fotografieren und Filmen mit guvcview

9.10 Fotografieren mit fswebcam

9.11 Die libav-tools und avconv (bzw. ffmpeg)

9.11.1 Der Webcam-Zugriff mit avconv

9.11.2 Vertonung mit avconv

9.11.3 Bildschirmvideos mit dem Raspberry Pi

9.11.4 Videos konvertieren mit WinFF

9.12 Motion auf dem Pi

9.12.1 Der Programmstarter motiongui.sh

9.12.2 Der Blick auf die Uhr

9.12.3 Motion-Parameter geeignet festlegen

9.12.4 Namen für Bilder und Videodateien

9.12.5 Einblendung von Zeitstempeln und Texten

9.12.6 Markierte Bewegungen

9.12.7 Bewegungsalarm auf Teilbereichen des Bildes

9.12.8 Automatische E-Mails bei Ereignissen

9.12.9 Den Videostream anzeigen und weiterleiten

9.12.10 Parameteränderung per ASCII-GUI und setvalue.sh

10 Kameramodule zum Raspberry Pi

10.1 Das 8-Megapixel-Kameramodul mit Sony-IMX219-Sensor

10.2 Fotos mit raspistill

10.2.1 EXIF-Daten ermitteln

10.2.2 Fotografieren mit fotomenu.sh

10.2.3 Der manuelle Belichtungsmodus

10.2.4 Fotografieren mit Zeit-/ISO-Automatik

10.2.5 Farben und Spezialeffekte

10.2.6 Fotos bei sehr wenig Licht und im Signalmodus

10.3 Konverter für Einzelbilder

10.4 Bilder und das FBI

10.5 Videos aufzeichnen mit raspivid

10.6 Videodateien mit MP4Box und avconv verarbeiten

10.7 Der UV4L-Treiber zum Kameramodul des Raspberry Pi

10.7.1 Fotografieren mit multicam.sh

10.7.2 Filmen mit dd

10.8 Binning bei raspistill und raspivid

10.9 Motion und das Kameramodul

11 Automatischer Datentransfer

11.1 SFTP-Kommandos per Skript ausführen

11.2 Eine RAM-Disk als Zwischenpuffer

11.2.1 Bilder auf der RAM-Disk

11.2.2 Die RAM-Disk überwachen

11.3 Datentransfer mit FileZilla

12 Audiosignale analysieren

12.1 Audacity

12.2 Die Verwendung von libsndfile

12.2.1 Die Abtastwerte einer Audiodatei in Textform

12.2.2 Ein Blick auf die Dokumentation

12.2.3 Ausgabeumleitung für Audiodaten mit sndout.cpp

12.3 Pausenerkennung und Segmentierung

12.3.1 Audiosegmentierung und Sprachausgabe mit audiosegm.cpp

12.4 Die Library tinyalsa

12.4.1 Abtastraten mit tinypcminfo.c ermitteln

12.4.2 Audioaufnahmen mit capaudio.sh und tinycap.c

12.5 Der Pi als Papagei

12.6 Spektrogramme mit sndfile-tools und Audacity

12.7 Vokaltraining mit voxvokal.sh

12.8 Das Audioquiz

13 OpenCV und der Pi

13.1 Die Konfiguration von OpenCV

13.2 Mit dem Compiler zur ausführbaren Datei

13.3 OpenCV – Dokumentation und Beispielprogramme

13.4 OpenCV, CMakeGUI und Code::Blocks

13.5 Die Qt-Projektdateien zu den Beispielprogrammen

13.6 Das Programm fpsec.cpp auf dem Pi benutzen

13.6.1 Fenster und Tastaturcodes von fpsec.cpp

13.6.2 Konturbilder vom Webcambild

13.6.3 Konturbilder vom Videobild

13.6.4 FloodFill auf dem Videobild

13.7 Programmierung mit OpenCV

13.7.1 Grundlegende Datentypen und OpenCV-Klassen

13.7.2 Fenster, Steuerelemente und cv::waitKey

13.7.3 Optimierung von Farb- und Grauwertbildern per Tastendruck

13.7.4 Binarisierung von Bildern mit cv::threshold

13.7.5 Regionen und Beschriftungen

13.8 Konfiguration für die WITH_QT-Oberfläche

14 Objektsegmentierung mit OpenCV

14.1 Segmentierung von Textzeilen

14.2 Symbolerkennung mit iconreader.cpp

14.3 Symbolerkennung auf Webcambildern

14.3.1 Einsatzzweck, Bedienung und Tastaturcodes

14.3.2 Vom Graustufenbild zum Erkennungsresultat

14.3.3 Der Alarm und die Statistik

14.4 Die sprechende Lichtschranke

15 Experimente

15.1 Booten mit Sprachausgabe

15.2 Ein Eingabemodul mit IR-Detektor und LCD-Display

15.2.1 Den Schaltungsaufbau planen

15.2.2 Lötarbeiten für die Elektronik zum DOGM204 LCD-Display

15.2.3 Das LCD-Display testen

15.2.4 Das Eingabemodul eichen

15.2.5 Die Drehung des Codierschalters auswerten

15.3 Ein Client/Server-Konzept für das Eingabemodul

15.3.1 Nur mit Maus und Display?

15.4 Ein Client/Server-Konzept mit menuctrl.sh

15.4.1 Fotos mit MenuCtrl

15.5 Über MenuCtrl fswebcam starten/beenden

15.6 Die hello_pi GPU-Programme mit MenuCtrl starten/beenden

15.7 MenuCtrl im Infrarotlicht

15.8 MenuCtrl schon beim Booten starten

16 Schlusswort

17 Übersicht der Programme und Skriptdateien zum Buch

Stichwortverzeichnis