树莓派由英国的Raspberry Pi基金会开发,是一款基于ARM架构微处理器和Linux操作系统的微型计算机开发板(单板计算机)。它外形小巧,尺寸仅有信用卡大小,却具备完整计算机的基本功能。用户可根据需求添加内存卡、电源、键盘、鼠标和显示器等外围设备,将其打造成一台完整可用的计算机。它具有丰富的外部接口,如GPIO(通用输入输出)接口、USB接口、HDMI接口等。
2012年2月,树莓派发布了初代开发板Model B,它搭载了700MHz处理器,512MB内存。经过近十年的发展,树莓派更新推出了多个版本,目前主要市售的版本有Raspberry Pi 4B和最新发布的Raspberry Pi 5。
Raspberry Pi 5(树莓派5代)由树莓派基金会2023年10月23日正式推出。与前代产品Raspberry Pi 4相比,它在许多方面都进行了显著的升级。Raspberry Pi 5采用了博通Broadcom新推出的一款四核64位Arm Cortex-A76处理器BCM2712,主频2.4GHz,每核二级缓存为512KB,共享三级缓存为2MB。这使得Raspberry Pi 5的CPU性能提高了2~3倍WhatsApp网页版,GPU性能也大幅提升。同时,Raspberry Pi 5还配备了VideoCore VII GPU,支持OpenGL ES 3.1和Vulkan 1.2,进一步提升了图形处理能力。Raspberry Pi 5支持通过HDMI实现双4K的显示输出,并通过全新的图像信号处理器(ISP)提供更先进的相机支持。这使得树莓派不仅在桌面计算方面表现更加流畅,还为工业应用场景提供了更广阔的可能性。
在存储方面,Raspberry Pi 5提供了4GB和8GB两种版本的LPDDR4X-4267 SDRAM。SD卡性能也通过支持SDR104高速模式提升了一倍。
在连接性方面,Raspberry Pi 5提供2.4 GHz和5.0 GHz 802.11ac Wi-Fi以及蓝牙5.0/低功耗蓝牙(BLE)功能。平台还首次引入了单通道PCI Express 2.0接口,为高带宽外设提供支持。
此外,Raspberry Pi 5采用了树莓派自主研发的RP1芯片,带来了大量I/O接口,并显著增强了外设的性能。其USB总带宽提升了一倍以上,支持更快的外部USB驱动器和其他高速设备的传输速度。早期型号中的双通道1Gbps MIPI摄像头和显示接口升级为四通道1.5Gbps MIPI收发器,带宽提升三倍,最多可支持两个摄像头或显示屏。
树莓派开发板的软件开发方法和流程如下:
1.硬件准备:购买树莓派开发板、电源适配器、SD卡(建议至少8GB容量)、读卡器、HDMI 线、鼠标、键盘、显示器。以开发板为核心连接所有硬件配件。
2.软件准备:安装操作系统:即将操作系统镜像写入SD卡,这样开发板中的微处理器从SD卡启动时,能自动加载并运行其中的操作系统,这和我们为电脑的硬盘中安装windows操作系统一样。树莓派支持多种操作系统,最常用和常见的是Raspberry Pi OS(基于Debian的Linux发行版),也就是Raspberry Pi Imager工具中携带的操作系统。电脑连接SD卡读卡器,插入SD卡,再从树莓派官方网站(
https://www.raspberrypi.com)下载Raspberry Pi Imager工具到电脑并运行:根据你的需求选择不同的Raspberry Pi OS版本(如带桌面环境或无桌面的轻量级版本),再选择操作系统写入的存储装置路径为SD卡,最后点击“写入”按钮,待写入过程完成即完成操作系统的安装,将SD卡从读卡器中取出,放入到开发板上的SD卡插槽,后续给开发板加电,开发板就能运行SD卡中的Raspberry Pi OS操作系统,并在连接的显示器中显示操作系统启动过程(Raspberry Pi OS安装到SD卡后,开发板首次从SD卡加载Raspberry Pi OS操作系统启动的时间有点长,请保持耐心)。
3.软件开发:开发板配有鼠标、键盘、显示器,和一台运行Linux的电脑编程一样,你可以在开发板操作系统上再简单安装个编译环境,即可使用Python、C、C++等多种编程语言直接在上面进行简单的应用程序开发,包括编辑、编译、链接、运行调试等,调试完成即可在开发板上直接运行开发好的软件代码。当然,树莓派开发板的ARM架构CPU和内存资源相对有限,编译大型项目可能会非常慢。而电脑通常性能更强,编译速度更快。因此当一些复杂的项目(如大型C/C++项目、机器学习框架等)需要大量的计算资源来编译时,树莓派可能无法胜任。开发板上也无法像电脑那样可以运行更强大的IDE工具(如Visual Studio Code、Eclipse等)WhatsApp网页版,这些大型IDE工具可以提供代码补全、代码分析等功能,能够显著提高开发效率。因此,通常我们会在X86电脑中安装一套交叉编译环境,即在X86的电脑平台上运行编译ARM架构处理器可运行的Linux程序的交叉编译环境,就能在X86电脑中编译目标平台(ARM平台)的代码。当然,一般应保持X86电脑中的操作系统与树莓派开发板中的操作系统同源(使用虚拟机也是可以的),如都是源于Debian的操作系统,这样可以给交叉编译环境提供正确的头文件和库文件,可以减少后续编译、链接、调试可能遇到的问题。这样WhatsApp网页版,在X86电脑上就可以开发树莓派的应用程序,调试好后,即可通过网络将应用程序下载到树莓派开发板,你可以直接使用开发板连接的鼠标、键盘进入有关路径,运行刚下载的应用程序,也可以在X86电脑中通过SSH远程连接开发板,直接通过远程命令,让开发板运行刚下载的应用程序。如果在开发板中验证应用程序功能性能一切正常,就可以将该应用程序打包,配置成开发板开机后自动运行,以后开发板一加电运行,就能自动运行你开发的应用程序啦。