BeagleBone Black 开发笔记：串口 TCP 数据采集与 GPIO 告警控制

BeagleBone Black（以下简称 BBB）是一款功能强大的单板计算机，尽管用户群体较树莓派小，但其响应速度和灵活性在特定场景下颇具优势。本文记录了我近期使用 BBB 开发一个项目的经历：通过 TCP 协议采集串口服务器数据，输出到屏幕并标记告警信息，同时通过 GPIO 控制红黄绿三色告警灯。以下分享开发过程中的踩坑经验和解决方案，希望对使用 BBB 的开发者有所帮助。

项目背景与硬件选择

项目目标是从串口服务器接收 TCP 数据，实时显示并标记告警，同时通过 GPIO 输出控制三色灯。BBB 搭载 AM3358 处理器，内置 4GB eMMC 和 512MB 内存。虽然树莓派的 2GB 内存和更强 GPU 更为主流，但 BBB 在实时响应上表现更优。考虑到我对树莓派和 CentOS 较熟悉，对 Debian 了解有限，BBB 的开发过程充满挑战。

以下是开发中的关键关注点与解决方案。

关注点一：按键误标与 MicroSD 引导误区

初次接触 BBB 时，我误以为其未预装系统，尝试按树莓派方式从 MicroSD 卡引导。下载了 TDA4VM Debian 11.3（2022-06-14）镜像，参照网上资料按住 S2 键（Boot 键）启动，却发现四个状态灯未同时亮起，表示未从 SD 卡引导。反复尝试无果，甚至怀疑板载系统有问题。

问题分析：

按键误标：网上部分资料将 S2（Boot）键误标为 S3，导致混淆。实际板上印刷清晰，S1=Reset，S2=Boot，S3=Power。
镜像不匹配：TDA4VM 镜像是为 BeagleBone AI-64 设计的，与 BBB 的 AM3358 硬件不兼容，引导失败。

解决方案：下载正确的 AM3358 Debian 10.3（2020-04-06）IoT 镜像，确认硬件匹配后，BBB 板载系统（Debian 10.3）可正常启动，MicroSD 卡并非必需。

关注点二：镜像烧录与版本选择

烧录镜像时，我最初直接使用 .xz 文件通过 Win32DiskImager 写入 SD 卡，导致引导失败。

问题分析：

.xz 文件需解压为 .img 文件再烧录。
BBB 镜像分为“Recommended”和“Flasher”版本：
- Recommended：可通过 SD 卡引导运行，修改 /boot/uEnv.txt（取消 cmdline=init=/opt/scripts/tools/eMMC/init-eMMC-flasher-v3.sh 的注释）后可烧录到 eMMC。
- Flasher：自动将镜像烧录到 eMMC，适合快速部署。

解决方案：

下载 AM3358 Debian 10.3（2020-04-06）4GB SD IoT 镜像，解压 .xz 为 .img。
使用 Win32DiskImager 烧录至 MicroSD 卡。

插入 SD 卡，按住 S2 键启动，烧录至 eMMC：

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cd /opt/scripts/
git pull
sudo ./update_kernel.sh
sudo reboot

使用阿里云镜像源加速更新：

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sudo vim /etc/apt/sources.list

添加以下内容到文件头部：

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deb https://mirrors.aliyun.com/debian/ buster main non-free contrib
deb-src https://mirrors.aliyun.com/debian/ buster main non-free contrib
deb https://mirrors.aliyun.com/debian-security buster/updates main
deb-src https://mirrors.aliyun.com/debian-security buster/updates main
deb https://mirrors.aliyun.com/debian/ buster-updates main non-free contrib
deb-src https://mirrors.aliyun.com/debian/ buster-updates main non-free contrib
deb https://mirrors.aliyun.com/debian/ buster-backports main non-free contrib
deb-src https://mirrors.aliyun.com/debian/ buster-backports main non-free contrib

然后执行：

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sudo apt-get update
sudo apt-get upgrade

注意：eMMC 容量仅 4GB，建议使用 32GB 以上 MicroSD 卡运行生产环境，以避免空间不足。

关注点三：系统登录与网络配置

BBB 默认无 WiFi 模块，需通过 USB 或网线连接。

登录方式：

USB 连接：连接电脑后约 10 秒，系统识别为移动设备，可通过 SSH 访问 192.168.7.2，使用 debian/temppwd 登录（root 账户默认禁用）。也可通过浏览器访问 http://192.168.7.2。
网线连接：插入网线后，系统通过 DHCP 分配 IP（如 192.168.3.180），可通过路由器查询。

网络问题：USB 供电联网时，更新常失败。插入网线后，网络稳定，更新顺畅。

关注点四：系统初始化与软件更新

进入系统后，需进行初始化配置以确保稳定运行。

设置时区：

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sudo timedatectl set-timezone 'Asia/Shanghai'

更新脚本与内核：

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cd /opt/scripts/
git pull
cd tools/
sudo ./update_kernel.sh
sudo reboot

更新软件包：

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sudo apt-get update
sudo apt-get upgrade

升级过程中，c9-core-installer 包可能无法更新，需卸载后重装：

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sudo apt-get purge c9-core-installer
sudo apt-get install c9-core-installer

LSB 模块问题：执行 lsb_release -a 显示 No LSB modules are available，虽无大碍，但可通过 lsb_release -cdir 避免提示。不建议安装过时的 lsb-core 包。

关注点五：MicroHDMI 输出问题

板载系统无法通过 MicroHDMI 输出视频信号，尝试调整分辨率、安装驱动、修改 EDID 配置均无效。

解决方案：刷写官方 AM3358 Debian 10.3 镜像后，MicroHDMI 输出正常，甚至在树莓派 10.1 寸屏上无需额外驱动即可显示。不同显示器可能因分辨率不匹配导致显示不全，建议测试前确认兼容性。

项目进展与建议

目前，BBB 已成功配置为接收串口服务器的 TCP 数据并通过 GPIO 控制三色灯。后续需编写 Python 或 C 程序处理 TCP 数据流、解析告警信息并驱动 GPIO。具体实现代码将在后续开发中补充。

建议：

优先使用官方镜像：确保硬件与镜像版本匹配，避免引导失败。
选择合适存储：eMMC 容量有限，生产环境推荐 MicroSD 卡。
优化网络环境：使用网线连接以确保更新稳定，阿里云镜像源可显著提升速度。
调试 HDMI 输出：如遇显示问题，直接刷官方镜像，避免无效调试。

结语

BeagleBone Black 的开发充满挑战，从按键误标到镜像烧录，每一步都可能踩坑。但通过耐心试错和查阅资料，这些问题都能迎刃而解。这次经历让我重新拾起嵌入式开发的乐趣，也提醒我：技术探索需要细心与坚持。

本文改编自2023年3月25日的个人技术记录。

BeagleBone Black 开发笔记：串口 TCP 数据采集与 GPIO 告警控制#

项目背景与硬件选择#

关注点一：按键误标与 MicroSD 引导误区#

关注点二：镜像烧录与版本选择#

关注点三：系统登录与网络配置#

关注点四：系统初始化与软件更新#

关注点五：MicroHDMI 输出问题#

项目进展与建议#

结语#