树莓派Ubuntu新系统开发环境开荒

本周我们每个人购置了一台崭新的树莓派5开发板，指导教师已经安装了Ubuntu 24.04系统，但并没有配置必要的开发环境。接下来，我们将自己搭建开发环境并测试。

而我们的开发环境主要是基于Python的开发工具和库，因此，本节课的主要任务如下：

本节课的任务目标

1. 为了在国内环境下更快速地安装软件、更新Ubuntu 24.04操作系统，我们需要把Ubuntu的更新源换成清华大学的更新源。
2. 为了更稳定、更快速地安装Python软件包，我们将Python软件仓库换成清华大学的镜像源。
3. 接下来，参考前面的课程ROS2的Python开发环境的搭建，安装配置Python开发环境。
4. 最后，为了使树莓派5的硬件能稳定运行，我们给它加装散热片、电风扇、机箱外壳。

更换国内的Arm版Ubuntu更新源

Ubuntu Ports是Arm64，Armhf等平台的Ubuntu软件仓库。 (参见Ubuntu Ports镜像)，而我们使用的树莓派5正是基于Arm芯片的架构。所以我们选择清华大学的Ubuntu Ports 软件仓库。

开树莓派5发板烧录的系统是Ubuntu 24.04，故需要使用DEB822格式的配置文件：

步骤1: 如下图勾选.

得到Ubuntu Ports更新源的配置文件：

Types: deb
URIs: https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/ubuntu-ports
Suites: noble noble-updates noble-backports
Components: main restricted universe multiverse
Signed-By: /usr/share/keyrings/ubuntu-archive-keyring.gpg

# 默认注释了源码镜像以提高 apt update 速度，如有需要可自行取消注释
Types: deb-src
URIs: https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/ubuntu-ports
Suites: noble noble-updates noble-backports
Components: main restricted universe multiverse
Signed-By: /usr/share/keyrings/ubuntu-archive-keyring.gpg

# 以下安全更新软件源包含了官方源与镜像站配置，如有需要可自行修改注释切换
Types: deb
URIs: https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/ubuntu-ports
Suites: noble-security
Components: main restricted universe multiverse
Signed-By: /usr/share/keyrings/ubuntu-archive-keyring.gpg

Types: deb-src
URIs: https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/ubuntu-ports
Suites: noble-security
Components: main restricted universe multiverse
Signed-By: /usr/share/keyrings/ubuntu-archive-keyring.gpg

# 预发布软件源，不建议启用

# Types: deb
# URIs: https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/ubuntu-ports
# Suites: noble-proposed
# Components: main restricted universe multiverse
# Signed-By: /usr/share/keyrings/ubuntu-archive-keyring.gpg

# Types: deb-src
# URIs: https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/ubuntu-ports
# Suites: noble-proposed
# Components: main restricted universe multiverse
# Signed-By: /usr/share/keyrings/ubuntu-archive-keyring.gpg

步骤2: 在主目录~/下创建文件ubuntu.sources，并用vs code打开.

# 关键步骤
touch ~/ubuntu.sources
code ~/ubuntu.sources

注：

1. 如果没有安装vs code请自行去官网下载：Download Visual Studio Code；
2. 选择Arm64版本的软件下载。

树莓派中软件架构的选择

树莓派系列设备基于ARM架构，特别是Cortex-A72或Cortex-A53处理器，支持64位ARM架构，即arm64。因此，在树莓派上安装Ubuntu系统时，应优先选择arm64架构的软件包。

步骤3: 将Ubuntu Ports关于Ubuntu 24.04更新源的配置内容写入~/ubuntu.sources文件.

然后保存，并退出vs code。

步骤4: 替换Ubuntu 24.04原本的系统更新源.

sudo cp  ~/ubuntu.sources  /etc/apt/sources.list.d/ubuntu.sources

步骤5: 更新系统，验7. 系统更新源是否替换成功.

sudo apt update
sudo apt upgrade

如果终端中的输出包含tsinghua字样，则表示我们已经替换清华大学的更新源成功。（让同学们现场试验、测试）

更换国内的Python镜像源

Python的软件仓库被称之为PyPI，是用来存储和分发Python软件包的地方，方便用户快速安装和更新所需的库和工具。如果我们将Python软件仓库换成清华大学的镜像源，可以加快软件包的下载速度。我们同样采用清华大学的PyPI软件仓库，其地址如下：清华大学开源软件镜像站：PyPI 软件仓库。

我建议大家先自行阅读官方的帮助，自己解决问题（即，将Ubuntu默认的官方PyPI软件仓库更新源换成清华源）。

下面我给出简明的操作步骤：

步骤1: 升级pip工具到最新版.

# 方法1:
python3 -m pip install --upgrade pip

当前Ubuntu默认禁止了使用pip安装用Python编写的软件工具，并建议我们直接使用apt直接安装Python编写的软件：

# 方法2:
sudo apt install python3-pip

步骤2: 使用命令将PyPI永久更换成国内源.

pip config set global.index-url https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/pypi/web/simple

步骤3: 确认PyPI已经更换为清华大学的镜像源.

pip config list
# 终端如下输出则表明成功：
# global.index-url='https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/pypi/web/simple'

步骤4: 测试从PyPI国内源安装一个包.

pip install dqrobotics

注： dqrobotics 是机器人建模与控制的开源工具库。

树莓派5的硬件组装

本小节以线下实际操作为主，具体方法流程请参照线下演示。具体步骤包括：

1. 安装被动散热片。
2. 安装主动散热风扇。
3. 装配机箱外壳用以加固、保护。

其中，在步骤2中，确保风扇的电源连接正确，并测试风扇是否正常运转。必要的树莓派5引脚图如下：

关于树莓派5的GPIO引脚定义参见： 树莓派引脚定义导航