Raspberry Pi 上的 Java® SE Embedded 入门

作者：Bill Courington 和 Gary Collins

2012 年 8 月发布

如何在一小时内让 Linux 和 Java SE Embedded 在 Raspberry Pi 上运行

它只有信用卡大小，价格约等于一本 Java 编程书。

它就是 Raspberry Pi 计算机，可以支持适用于无头嵌入式应用程序的完整 Java SE 运行时。本文带您了解 Raspberry Pi 上的 Java 编程，包括以下主题：

注：此处所给出的说明可以有多种变化，特别是在主机（台式或便携式）计算机上执行的操作，以及在 Raspberry Pi 上执行的操作。请根据您的知识和喜好（可能还包括可选的 Linux 调优和调整一节中的某些主题）创建适合自己的工作流。

Raspberry Pi

Raspberry Pi 是一款小型、低功耗的主板，采用 700mHz ARMv6 CPU，在单一芯片上集成了硬件浮点和图形处理器。图形处理器和 CPU 共享 256MB RAM。提供了 USB、以太网、高清图形、音频、SD 卡以及通用 I/O 接口。图 1 显示的 Raspberry Pi B 型插入了 SD 卡进行扩展。SD 卡有着特殊的作用：Raspberry Pi 将从 SD 卡启动。本文主要介绍如何创建和修改可启动的 SD 卡上的文件。

 

图 1. Raspberry Pi B 型

图 1. Raspberry Pi B 型

可以通过 USB 键盘和鼠标以及 HDMI 监视器或电视（最高 1080p）与 Raspberry Pi 交互。该板上的以太网连接提供了另一种选择：通过 ssh 从联网主机交互。本文的可选的 Linux 调优和调整一节介绍如何启用 ssh 登录。

前提条件

要设置 Raspberry Pi B 型使其运行 Java SE Embedded，您需要：

  • 有线网络，让您可以通过以太网电缆连接 Raspberry Pi。网络必须提供 DHCP IP 地址。
  • Linux 主机，与 Raspberry Pi 位于相同的有线以太网网络。您可以在 Windows 或 Mac 主机上执行相应的操作，但细节不尽相同，本文不再赘述。您需要主机的 root 密码。在主机上，您还需要：
    • 从网站下载文件的办法，如 Web 浏览器或 wget 实用程序。
    • 磁盘分区工具。在本文中，我们使用简单、有效的 GParted。如果没有 GParted，可以自行获取并在主机上安装，如下所示：
      $ sudo apt-get install gparted
    • Web 浏览器和电子邮件客户端，用于从 Oracle 下载 Java SE Embedded
    • SD 卡读写器。如果主机在虚拟机中运行 Linux，请确保它可以读写 SD 卡。
  • 监视器，可以直接连接或通过适配器连接到 Raspberry Pi 的 HDMI 端口。
  • USB 键盘和鼠标，通过有源 USB 集线器连接到 Raspberry Pi。
  • SD 卡，用于存放 Raspberry Pi 的操作系统和 Java 运行时。一张 4GB 卡，足以容纳 Linux、Java SE Embedded 和大多数嵌入式应用程序。

    注：并非所有 SD 卡都与 Raspberry Pi 兼容。高速卡可能超出 Raspberry Pi 总线容许的速度极限。我们成功使用了 Transcend 4GB Micro 和 Patriot 4GB 4 类卡。http://elinux.org/RPi_VerifiedPeripherals#SD_cards 列出了适用和不适用 Raspberry Pi 用户的卡。
  • 5V DC Micro USB 电源，700mA 以上都可以。根据 Raspberry Pi 网站上的信息，请勿使用 USB 集线器或计算机作为电源。

必需的 Linux 安装

通电时，Raspberry Pi 固件从 SD 卡槽启动。Java SE Embedded 在 Linux 上运行，因此首先要在 SD 卡上安装 Linux。

下载适合 Raspberry Pi 的 Debian Squeeze Linux 映像

注：这些说明适用于 Debian Squeeze。其他适用于 Raspberry Pi 的 Linux 实现也可以使用，但必须 针对 ARM 芯片的软件浮点计算进行了构建。Raspberry Pi 网站上链接的映像可能已针对硬件浮点计算进行了构建；不适用于 Java SE for Embedded。

可以在此处找到适用于 Raspberry Pi 的压缩 Debian Squeeze 映像：http://elinux.org/RPi_Distributions#Debian_ARM。文件大小约 450MB。以下说明假定已下载到新目录 ~/RaspberryPi/。要验证下载的文件，请遵循下载开始时显示的页面上的 SHA-1 校验和说明。

按如下所示解压缩映像：

$ cd ~/RaspberryPi
$ unzip *.zip

解压缩过程创建一个名称类似 debian6-19-04-2012 的子目录。

将 Debian Squeeze 映像复制到 SD 卡

在主机上找出 SD 卡设备句柄，如下所示（如果您愿意，也可以采用其他方式）：

  • 在 Linux 终端窗口中，运行 dmesg | tail，这将显示与设备挂载有关的消息。我们只对消息的末尾部分感兴趣。
  • 将 SD 卡插入读写器。
  • 在另一个终端窗口中，再次运行 dmesg | tail。与第一个窗口相比，此窗口多出一些与新挂载的 SD 卡有关的行。具体细节可能不尽相同，但应如下所示：

    [ 110.084625] sdb:detected capacity change from 0 to 3963617280
    [ 118.055249] sd 2:0:0:0:[sdb] 7741440 512-byte logical blocks:(3.96 GB/3.69 GiB)
    [ 118.059409] sd 2:0:0:0:[sdb] Assuming drive cache:write through
    [ 118.064547] sd 2:0:0:0:[sdb] Assuming drive cache:write through
    [ 118.066015] sdb:sdb1

    线索是 sdb，它表示设备句柄为 /dev/sdb。sdb1 指示例卡的单个分区。您的卡可能有多个分区。

在以下说明中，假定 SD 卡设备句柄为 /dev/sdb，它只有一个分区：sdb1。如果需要，可根据您的环境调整说明。

  • 卸载 SD 卡分区：

    $ sudo umount /dev/sdb1
  • 使用 dd 将 Debian 映像复制到 SD 卡。
    注：在以下命令中，确保 正确输入 of（输出文件）参数值。您将调用低级磁盘复制，这将覆盖所有数据。指定错误的设备会破坏数据。

    $ cd ~/RaspberryPi/debian6-19-04-2012
    $ sudo dd if=yourDebian.img of=/dev/sdb bs=1M
    1859+1 records in
    1859+1 records out
    1950000000 bytes (2.0 GB) copied, 212.344 s, 9.2MB/s

    dd 到 SD 卡是一个缓慢的操作。4GB 4 类卡可能需要 5-10 分钟。dd 不提供进度指示，因此请耐心等待它慢慢完成工作。

如果现在想确定 SD 卡 Linux 已起作用，请跳到首次启动一节，然后返回调整 SD 卡分区大小。

调整 SD 卡分区大小

SD 卡现在包含三个分区和未分配空间。现在我们将未分配空间添加到 Linux 文件系统，为 Java SE Embedded 和应用程序提供更多空间。为了向文件系统分配未分配空间，我们修改 SD 卡上的分区，删除并重新创建一个分区，然后调整另一个分区的大小。

  • 启动 GParted：

    $ sudo gparted
    Gparted 首先显示主机磁盘的分区。您不 希望更改这些分区。
  • 选择 GParted -> Devices 显示 /dev/sdb 上的分区和未分配空间：

    图 2. 初始 SD 卡分区

    图 2. 初始 SD 卡分区

三个分区分别是：

  • /dev/sdb1：引导分区
  • /dev/sdb2：Linux 根文件系统。它分配的 1.5GB 空间大部分已使用。
  • /dev/sdb3：Linux 交换区。

大约一半的卡空间未分配。最大一块可用空间跟在 /dev/sdb3 分区后面。为了将此空间添加到 /dev/sdb2（文件系统），我们临时删除 /dev/sdb3，扩展 /dev/sdb2，然后重新创建 /dev/sdb3。

  • 在 Partition 列中，选择 /dev/sdb3（linux 交换区），右键单击并选择 Delete。分区显示为已删除，但是 GParted 将此操作加入队列中，稍后运行。

    图 2. 将 Delete 操作加入队列后的 SD 卡分区

    图 3. 将 Delete 操作加入队列后的 SD 卡分区

  • 在 Partition 列中，选择 /dev/sdb2（Linux 文件系统），右键单击并选择 Resize/Move。在出现的对话框中，拖动右箭头，直至 Free space following 约为 512（或者您希望留作交换分区的空间大小）。您可能无法准确地拖到 512，但这并不重要。

    图 4. 512MB 用作交换分区

    图 4. 512MB 用作交换分区

  • 单击 Resize/Move 将更改加入队列。在出现的 Moving a partition 警告对话框中，单击 OK。
  • 现在文件系统分区已经增大，我们重新创建一个交换分区。选择 512MB 未分配分区，右键单击并选择 New。
  • 在 Create new Partition 对话框中，在 File system 下拉列表中选择 linux-swap。

    图 5. 新的交换分区

    图 5. 新的交换分区

  • 单击 Add。
  • 在 GParted 主窗口中，选择 Edit > Apply All Operations，这将执行排队的操作。在 Are you sure 对话框中，单击 Apply。重新分区是另一个耗时的操作，动辄运行数分钟。将出现一个对话框显示进度。完成后单击 Close。
    新的分区图如下所示：

    图 6. 新的分区图

    图 6. 新的分区图

  • 退出 GParted，弹出 SD 卡，以便尝试首次启动。

首次启动

注：针对这些步骤，以下组件必须连接到 Raspberry Pi：监视器、键盘以及确知有效的以太网电缆。

  • 断开 Raspberry Pi 电源，将 Linux SD 卡插入插槽，然后接通电源。数秒钟后，监视器上应显示启动进度消息。如果未出现，可能是 SD 卡类型错误或格式不正确。

    首次启动过程中出现错误消息很正常，因为有些服务尚未配置。首次启动还可能看似挂起，等待端口映射关闭。正如控制台消息所指示的，可以任其运行（通常需要数分钟），也可以断开 Raspberry Pi 电源，还可以选择重新启动。后续启动相对较快。
  • 收到登录提示后，使用 Raspberry Pi 用户名和密码登录。撰写本文时，用户名和密码分别为“pi”和“raspberry”。
    注：不兼容的键盘可能会妨碍登录，例如，因为重复字符。如果无法登录，可尝试其他键盘。
    如果使用“pi”和“raspberry”不能登录，请咨询 Linux 发行网站。
  • 获取并记录 Raspberry Pi 的 IP 地址，如下所示：
    $ sudo /etc/rc.local
    RaspberryIP
     
  • 使用以下命令允许 ssh 登录：
    $ sudo update-rc.d -f ssh defaults 20
     
  • 重新启动以实际启用 ssh 登录：
    $ sudo sync; sudo shutdown -r now
    如果关闭耗时过长，可以关闭 Raspberry Pi 电源，然后再打开。

现在，我们可以通过网络从主机读写 Raspberry Pi SD 卡。

Java SE Embedded 安装

在本节中，我们使用主机下载 Java SE Embedded，通过网络将其复制到 Raspberry Pi 的 Linux 文件系统。然后，还是通过远程方式解压缩下载文件并启动 Java。

获取 Java SE Embedded 评估版软件

  • 在主机的 Web 浏览器中，转到 http://www.oracle.com/technetwork/java/embedded/downloads/javase/index.html。网页细节在本文撰写后可能已改变。

    图 7. 第一个下载链接

    图 7. 第一个下载链接

  • 在 Java SE Embedded 7 列中，单击 EABI, VFP, SoftFB ABI, Little Endian。
    将出现一个调查页面。
  • 填写调查表，单击 Submit。将出现一个验证页面。
  • 检查验证页面，看是否正确（尤其是电子邮件地址），然后单击 Submit。
    不久，您的收件箱中将收到一封来自 JavaSE-Embedded-LinkNotify 的电子邮件。
  • 单击电子邮件中的链接。将出现另一个下载页面（有些细节可能在本文撰写之后发生更改）：

    图 8. 第二个下载链接

    图 8. 第二个下载链接

  • 选择 Accept License Agreement，然后单击 ARMv6/7 Linux - Headless 行中的链接。

    注：本文撰写时，尚未在 Raspberry Pi 上测试 ARMv7 Linux - Headful 软件。ARMv7 Linux - Headless - Server Compiler 软件不能在 Raspberry Pi 上工作，因为它需要 ARM v7 芯片。
  • 将 .gz 文件保存到 Downloads 目录。
     
  • 通过网络以 pi 用户身份登录 Raspberry Pi，创建一个用于下载 Java 的目录：
    $ ssh pi@RaspberryIP mkdir /home/pi/java
  • 将 Java 下载复制到 Raspberry Pi 上的新目录：
    $ scp ~/Downloads/*.gz pi@RaspberryIP:/home/pi/java
  • 解压缩 Java 下载文件：
    $ ssh pi@RaspberryIP
    $ cd /home/pi/java
    $ tar -zxvf *.gz
    ...
  • 启动 Java：
    $ ls ejre*
    ejre1.7.0_04
    $ cd ejre*
    $ ./bin/java -version
    java version "1.7.0_04-ea"
    Java(TM) SE Runtime Environment for Embedded (build 1.7.0_04-ea-b20, headless)
    Java Hotspot(TM) Embedded Client VM (build 23.0-b21, mixed mode)
    有些细节（如版本号和内部版本号）可能在本文撰写后发生更改。
  • 也可以删除下载文件：
    $ rm /home/pi/java/*.gz
     

可选的 Linux 调优和调整

本节中的命令可以让您的 Raspberry Pi 系统运行地可靠、响应更即时、更方便。根据自己的喜欢进行选择，然后在 Raspberry Pi 上运行。为了简化诊断问题，请在每次更改后重新启动。

在本节中：

设置静态 IP 地址

如果您的网络重用动态 IP 地址，您可以跳过更改静态 IP，因为 Raspberry Pi 的 IP 地址实际上将保持不变。如果每次启动时 Raspberry Pi 的动态 IP 地址可能不同，对于 ssh 来说，使用静态 IP 地址会更方便。在以下说明中，假定希望为 Raspberry Pi 分配主机名 raspberrypi。

首先以超级用户身份在文本编辑器中打开 /etc/hosts（例如，sudo vi /etc/hosts）。为 Raspberry Pi 添加一行，包括网络中的有效静态 IP 地址、可选的域名以及别名。以下是一个假设示例，其中将 Raspberry Pi 指定为 raspberrypi：

127.0.0.1 localhost?192.168.0.100	raspberrypi.yourDomain raspberrypi loghost

保存文件，退出编辑器。

以超级用户身份在文本编辑器中打开 /etc/hostname。添加一行，如下所示：

raspberrypi

保存文件，退出编辑器。

以下说明可以防止过载网络中导致操作系统更改 Raspberry Pi 静态 IP 地址的问题。这一问题会使 ssh 或其他使用静态 IP 地址的操作停止工作。

发现以太网端口的硬件地址，如下所示。

首先，确定以太网控制器的名称（x 代表地址数字）：

$ ip a
1: lo: <LOOPBACK,UP,LOWER_UP> mtu 16436 qdisc noqueue state UNKNOWN
   link/loopback 00:00:00:00:00:00 brd 00:00:00:00:00:00
   inet 127.0.0.1/8 scope host lo
2: eth0: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1488 qdisc pfifo_fast state UNKNOWN qlen 1000
   link/ether b8:27:eb:b5:e8:90 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
   inet xx.xxx.xxx.xx/xx brd xx.xxx.xxx.xxx scope global eth0
在此例中，名称为 eth0。硬件地址是 link/ether 之后的十六进制数字，本例中为 b8:27:eb:b5:e8:90。

得到以太网控制器的硬件地址之后，以超级用户身份在文本编辑器中打开 /etc/network/interfaces，并添加（替代网络详细信息）类似下面所示 # New entries 注释之后的内容。

# Used by ifup(8) and ifdown(8). See the interfaces(5) manpage or?
# /usr/share/doc/ifupdown/examples for more information.
auto lo
iface lo inet loopback
#
# New entries to support static IP follow: 

auto eth0
iface eth0 inet static
hwaddress ether b8:27:eb:b5:e8:90
address 192.168.0.100
network 192.168.0.0
netmask 255.255.255.0255.255.255.0
broadcast 192.168.0.255
gateway 192.168.0.1

启用交换和优化文件系统访问时间

默认情况下，Debian Linux 中禁用交换。如果操作超出 Raspberry Pi 的 256KB RAM 大小，系统就会崩溃。还有一种情况没这么严重，即默认情况下，文件系统要花时间维护每个文件的上次访问时间，这对嵌入式应用程序基本没有用处。维护上次访问时间还可能缩短 SD 卡的生命周期。这两种默认行为均在 /etc/fstab 文件中指定。

以超级用户身份在编辑器（如 vi）中打开 /etc/fstab。该文件如下所示：

proc            /proc           proc    defaults        0       0 
/dev/mmcblk0p1  /boot           vfat    defaults        0       0 
#/dev/mmcblk0p3  none            swap    sw              0       0

要启用交换，请取消第三行的注释。

注：SD 卡上的交换很慢。对于嵌入式应用程序，您可能希望管理内存以避免出现此问题。

为避免维护上次访问信息产生的开销，请在 p1 与 p3 之间插入一个 p2 挂载点。noatime 和 nodiratime 选项可完成此任务。当文件如下面所示时，保存文件，退出编辑器：

proc            /proc           proc    defaults        0       0 
/dev/mmcblk0p1  /boot           vfat    defaults        0       0 
/dev/mmcblk0p2  /               auto    rw,noatime,nodiratime,errors=remount-ro 0 1
/dev/mmcblk0p3  none            swap    sw              0       0

现在，为交换空间分配 p3（在主机上创建的交换分区 /dev/sdb3）：

$ sudo mkswap /dev/mmcblk0p3

设置时区和语言环境

默认情况下，Raspberry Pi 配置为使用欧洲/伦敦时区和 en_GB_UTF-8 语言环境。要实现计算机本地化，请遵循以下说明。

要更改时区，请输入以下命令：

$ sudo dpkg-reconfigure tzdata
将出现一个伪图形界面。

图 9. 时区用户界面

图 9. 时区用户界面

使用上下箭头键在地区和城市间移动选择光标。使用左右箭头键选择 <Ok> 或 <Cancel>。按 Return 输入选择。

按如下所示设置语言环境：

$ sudo dpkg-reconfigure -p low locales

用户界面与设置时区的界面类似。

设置时间服务器

许多操作（包括软件包更新）依赖于正确的日期和时间。要自动设置日期和时间，请了解网络时间服务器的身份，然后运行以下命令：

$ sudo ntpdate yourNTPServer
要在每次启动时设置时间，请以超级用户身份编辑 /etc/rc.local，并在脚本退出前添加以下代码行： 
ntpdate yourNTPServer

设置互联网代理

Ping 某个知名的互联网主机，如 www.lego.com。如果主机不响应，则确定网络是否位于代理后面，如有需要，还可根据网络约定设置环境变量 http_proxy，例如（假设）：

$ sudo export http_proxy =’http:192.168.0.1:3128’

要在每次登录时设置代理，请在 ~/.bash_profile 中添加 export 命令，或等效命令（如果使用其他 shell）。

重新映射键盘

如果键盘键解释错误或者希望更改键盘布局，请使用以下命令：

$ sudo dpkg-reconfigure keyboard-configuration

用户界面类似于本文设置时区和语言环境一节中描述的内容。

更新 Debian 软件包

更新随 Debian 发布的软件包之前，以超级用户身份在文本编辑器中打开 /etc/apt/sources.list。此文件包含新/更新软件包的信息库位置。发行时，位置 URL 中含 ftp.uk。如果您不在英国，将这些条目更改为物理上离您更近的位置可以提高性能。例如，如果您在美国，可以将 ftp.uk 全局更改为 ftp.us。以下站点包含有关 Debian 信息库位置的信息：http://ftp.debian.org/debian/README.mirrors.html。

要更新已安装的软件包，请在验证 Raspberry Pi 可以连接到互联网连接之后，输入以下命令：

$ sudo apt-get update 
$ sudo apt-get upgrade

如果收到消息，指示软件包列表中有重复项，则在编辑器中再次打开 /etc/apt/sources.list，注释掉其中一个重复的条目。通常最好保留包含信息较多的条目。

自动启动图形用户界面

如果希望窗口系统在您本地登录 Raspberry Pi 时自动启动，则需更改默认的运行级别，如下所示。以超级用户身份在文本编辑器中打开 /etc/inittab。找到以下条目：

# The default runlevel.	
id:2:initdefault:
将它更改为 5： 
# The default runlevel.	
id:5:initdefault:
注：图形会使用大量 Raspberry Pi RAM，大约 90MB。

 

添加其他 Web 浏览器

如果使用默认 midori 浏览器遇到困难，可以尝试 iceweasel：

$ sudo apt-get update
$ sudo apt-get install iceweasel

启用声音

默认情况下，Raspberry Pi 声音输出不起作用。要想启用，以超级用户身份在文本编辑器中打开 /etc/modules。在文件末尾添加以下代码行：

snd_bcm2835

保存并关闭文件。重新启动 Raspberry Pi 时就会启用声音。