樹莓派桌面套件組裝設定與效能最佳化

將 Raspberry Pi 打造成桌面電腦需要一些額外硬體和設定步驟。首先，準備 mSATA SSD 硬碟、充足的電源供應（建議 5V 2.5A），以及選配的 Pi Camera。組裝 Element 14 的 DIY Pi 桌面套件時，需先準備好 microSD 卡並完成系統安裝及基本設定，例如網路和顯示器。連線 DVI 或 VGA 螢幕時，需要使用對應的轉接器；使用複合視訊螢幕時，則需調整 /boot/config.txt 中的解析度設定。此外，螢幕大小也可透過桌面設定工具或修改 /boot/config.txt 中的 overscan 設定來調整。效能方面，可以透過過度時脈設定提升運算速度，但需注意功耗和溫度控制。安全性方面，務必修改預設密碼，並可透過效能測試指令碼評估系統效能。

Raspberry Pi 桌面套件組裝與設定

為了將您的 Raspberry Pi 變成一個完整的桌面電腦，您需要一些額外的配件和設定。以下是您需要的步驟和建議。

硬體需求

• 1.8 英寸 mSATA 硬碟：建議使用 SSD，因為它們更耐用，耗能更低。
• 良好的電源供應：由於您需要同時供應 Raspberry Pi 和 USB 硬碟，因此您可能需要升級電源供應。建議使用 5V 2.5A 電源供應。
• 選擇性：Pi Camera（如果您想要您的 Pi 桌面有攝像頭功能）。

組裝套件

Element 14 的 DIY Pi 桌面套件提供了一個方便的解決方案。然而，在組裝硬體之前，請務必遵循以下步驟：

1. 準備 microSD 卡：在將 Raspberry Pi 固定在外殼之前，請確保您已經準備好 microSD 卡，並且已經安裝了所需的作業系統。
2. 設定 Raspberry Pi：在將 Raspberry Pi 固定在外殼之前，請確保您已經設定好了 Raspberry Pi 的基本設定，包括網路連線和顯示器設定。

連線 DVI 或 VGA 監視器

如果您的監視器沒有 HDMI 聯結器，您可以使用介面卡來連線您的 Raspberry Pi。

• DVI 介面卡：您可以購買 HDMI male 到 DVI female 介面卡，價格約為 5 美元。
• VGA 介面卡：VGA 介面卡需要電子元件來將數位訊號轉換為類別比訊號，因此請注意選擇具有這些元件的介面卡。官方的 Pi-View 介面卡是可用的，並且已經過測試，證明與 Raspberry Pi 相容。

使用複合影片監視器/電視

如果您使用的是低解析度的複合影片監視器，文字可能會不清晰。您需要調整 Raspberry Pi 的解析度以適應小螢幕。

1. 編輯 /boot/config.txt：您需要編輯 /boot/config.txt 檔案來調整解析度。您可以使用 nano 編輯器在 Raspberry Pi 上編輯此檔案，或將 microSD 卡插入電腦並使用文字編輯器編輯。
2. 設定解析度：找到檔案中的兩行，開始於 #framebuffer_width=1280，並設定解析度為您的螢幕大小（例如 320 x 240 畫素）。

請注意，這些設定可能需要根據您的具體螢幕大小和解析度進行調整。同時，也請注意 Element 14 的 DIY Pi 桌面套件不支援 Raspberry Pi 4。

調整螢幕大小以適應您的監視器

當您第一次將Raspberry Pi連線到監視器時，您可能會發現有些文字超出了螢幕邊緣，或者圖片沒有充分利用螢幕的空間。這個問題可以透過調整Raspberry Pi的設定來解決。

解決方案

如果您的問題是螢幕周圍有一個大黑色邊框，您可以使用Raspberry Pi的桌面設定工具（如圖1-18所示）來使螢幕填滿整個監視器區域。要開啟這個工具，請前往Raspberry Pi選單（帶有Raspberry Pi圖示的選單），選擇「偏好設定」，然後點選「Raspberry Pi設定」。

點選「停用」按鈕，位於「Underscan」旁邊。請注意，變更將不會立即生效，直到您點選「確定」並重新啟動Raspberry Pi。

如果您遇到相反的問題，文字超出了螢幕邊緣，您可以啟用「Underscan」。

編輯設定檔

在第二步驟中，您需要編輯 /boot/config.txt 檔案。您可以使用 nano 編輯器來完成此操作。請在終端機中輸入以下命令：

$ sudo nano /boot/config.txt

尋找與overscan相關的部分。您需要修改的四行程式碼位於圖1-19中，每行以 #overscan 開頭。

要使這些行生效，您需要移除每行開頭的 # 字元。

要儲存並離開 nano，請按 Ctrl-X，然後按 Y（確認），然後按 Enter。

然後，透過試誤法，調整設定直到螢幕填滿監視器的空間。請注意，這四個數字應該為負數。您可以先嘗試將它們全部設為 -20。這將減少螢幕使用的區域。

討論

重複重新啟動Raspberry Pi以檢視變更的效果可能有一點麻煩。幸好，您只需要進行這個程式一次。大多數監視器和電視都可以在不需要underscanning的情況下正常工作。

過度時脈設定以提升樹莓派效能

當您遇到樹莓派執行速度過慢的問題時，過度時脈設定（Overclocking）可以是一個有效的解決方案。過度時脈設定是指提高樹莓派的時脈頻率，使其執行速度更快。但是，這也會增加樹莓派的功耗和溫度。

過度時脈設定方法

有兩種方法可以進行過度時脈設定：使用樹莓派組態工具（Raspberry Pi Configuration tool）或使用命令列工具（raspi-config）。

使用樹莓派組態工具

1. 啟動樹莓派組態工具：前往樹莓派選單，選擇「偏好設定」（Preferences），然後點選「樹莓派組態」（Raspberry Pi Configuration）。
2. 點選「效能」（Performance）標籤。
3. 選擇一個過度時脈設定選項。
4. 點選「確定」（OK）。

使用命令列工具

1. 連線到樹莓派的命令列介面。
2. 執行以下命令：sudo raspi-config
3. 選擇「過度時脈設定」（Overclock）選項。
4. 選擇一個過度時脈設定選項。

過度時脈設定的影響

過度時脈設定可以提高樹莓派的效能，但也會增加功耗和溫度。因此，需要注意樹莓派的溫度和穩定性。

測試過度時脈設定的效果

可以使用以下Python指令碼測試過度時脈設定的效果：

import time

def factorial(n):
    if n == 0:
        return 1
    else:
        return n * factorial(n-1)

start_time = time.time()
factorial(1000)
end_time = time.time()

print("執行時間：", end_time - start_time, "秒")

這個指令碼會計算1000的階乘，然後輸出執行時間。可以比較不同過度時脈設定下的執行時間，以評估過度時脈設定的效果。

最佳化Raspberry Pi效能及安全性設定

1.15 修改密碼

Raspberry Pi的預設密碼為"raspberry"，為了安全考量，修改密碼是必要的步驟。修改密碼可以透過Raspberry Pi Configuration工具實作。

修改密碼步驟：

1. 啟動Raspberry Pi Configuration工具：在Raspberry Pi選單中選擇"Preferences"，然後點選"Raspberry Pi Configuration"。
2. 切換到"System"標籤：在Raspberry Pi Configuration工具中，點選"System"標籤。
3. 修改密碼：在"System"標籤中，點選"Change Password"選項，輸入新的密碼和確認密碼，然後點選"OK"儲存變化。

注意事項：

• 修改密碼後，不需要重新啟動Raspberry Pi即可生效。
• 建議使用強密碼，以提高安全性。

1.16 最佳化Raspberry Pi效能

Raspberry Pi的效能可以透過超頻（Overclocking）來最佳化。超頻是指提高CPU的時脈頻率，以提高計算效能。

超頻步驟：

1. 啟動Raspberry Pi Configuration工具：在Raspberry Pi選單中選擇"Preferences"，然後點選"Raspberry Pi Configuration"。
2. 切換到"Performance"標籤：在Raspberry Pi Configuration工具中，點選"Performance"標籤。
3. 選擇超頻模式：在"Performance"標籤中，選擇所需的超頻模式（例如：700 MHz、1 GHz等）。
4. 儲存變化：點選"OK"儲存變化。

注意事項：

• 超頻可能會增加Raspberry Pi的功耗和溫度。
• 建議使用適當的散熱措施，以避免過熱。

效能測試

以下是使用Python指令碼測試Raspberry Pi效能的範例：

import time

def factorial(n):
    if n == 1:
        return 1
    else:
        return n * factorial(n-1)

before_time = time.clock()

for i in range(1, 10000):
    factorial(200)

after_time = time.clock()

print(after_time - before_time)

此指令碼計算200的階乘10000次，然後輸出執行時間。

效能比較

如表所示，超頻後的Raspberry Pi效能提高了，但也增加了功耗和溫度。

關於Raspberry Pi的重啟和關機

變更密碼

您可以透過終端機輕鬆地變更Raspberry Pi的密碼。只需輸入以下命令：

passwd

接著，系統會要求您輸入目前的UNIX密碼、新的UNIX密碼以及重新輸入新的UNIX密碼以進行確認。完成後，密碼將被更新。

關機和重啟

當您需要關機或重啟Raspberry Pi時，可以透過桌面環境中的Raspberry選單進行操作。點選選單後，會出現一個對話方塊，提供三個選項：關機、重啟和登出。

• 關機：完全關閉Raspberry Pi，您需要手動拔掉電源線並重新插入才能啟動裝置。
• 重啟：重新啟動Raspberry Pi，通常在安裝新軟體後需要進行重啟。
• 登出：登出目前的使用者帳戶，並要求您重新輸入登入憑據以登入。

或者，您也可以透過終端機使用以下命令進行重啟：

sudo reboot

這個命令會重新啟動您的Raspberry Pi。

重要提示

直接拔掉電源線來關閉Raspberry Pi並不是一個好習慣，因為當您這樣做時，裝置可能正在寫入microSD卡，這可能會導致檔案損壞。因此，建議您使用上述方法正確地關機或重啟您的Raspberry Pi。

圖表翻譯

  flowchart TD
    A[開始] --> B[點選Raspberry選單]
    B --> C[選擇關機或重啟]
    C --> D[確認操作]
    D --> E[關機或重啟Raspberry Pi]

圖表說明

此圖表展示瞭如何正確地關機或重啟Raspberry Pi。從點選Raspberry選單開始，選擇您想要的操作（關機或重啟），然後確認您的選擇，最後Raspberry Pi將會根據您的選擇進行相應的動作。

從使用者經驗視角來看，建構一個功能完善的 Raspberry Pi 桌面系統需要周全考慮硬體組裝、軟體設定和效能最佳化等多個導向。文章涵蓋了從硬體選型到軟體設定的完整流程，包括螢幕設定、效能調整、密碼變更等關鍵步驟，對於新手使用者具有很高的實務指導價值。然而，文章在部分細節上仍有提升空間，例如：更系統地比較不同硬碟（mSATA SSD、USB SSD、microSD 卡）在效能、成本、功耗上的差異；提供更精細化的效能調校建議，例如針對特定應用場景的超頻設定、記憶體分配最佳化等；進一步探討安全性議題，例如 SSH 設定、防火牆組態等。展望未來，隨著 Raspberry Pi 硬體效能的提升和軟體生態的持續發展，建構功能更強大、體驗更完善的桌面系統將成為可能。對於追求更高效能的使用者，可以關注未來更高階的 Raspberry Pi 型號以及更進階的軟體調校技巧。玄貓認為，Raspberry Pi 桌面系統仍有巨大的發展潛力，持續學習和探索將能更好地釋放其效能和應用價值。