开源硬件平台(3)――Raspberry Pi.演示稿

开源硬件平台——RASPBERRYPI随着嵌入式软硬件的发展，各项技术的集成度越来越高。软硬件结合开发的门槛越来越高，工程师学习的周期也越来越长。这两年，以Arduino为代表的开源硬件运动在世界范围内越来越普及，用户群体开始从工程师扩散到大学生，然后到中学生，甚至小学生。各种开源硬件平台的出现，通过全球网络社区的驱动共享资源，极大的降低了学习门槛，刺激了创新，加速了各种创意从构思到实现的落地。开源软件和开源硬件都在于共享，分享。不管是开源软件也好，开源硬件也好，都有四个维度：第一：人人可用（任何人可以任何目的自由的使用）；第二：人人可探（任何人可以探知其原理）；第三：人人可改（任何人可以按照自己的方式自由修改）；第四：人人可再分发（任何人可以把自己修改过成果自由地再次发布）。RaspberryPi概述•RaspberryPi，价格约￥280（512MB内存，版本B）。•RaspberryPi是英国RaspberryPi基金会2012年推出的一个迷你电脑，简称RPi，中文名字叫做“树莓派”，只有信用卡大小，连接显示器或电视（RPi拥有电视机的模拟显示接口，可以使用电视当作显示器使用降低使用成本）、键盘后即可使用。它就像一台小型个人计算机可以做任何桌机可做的事情，譬如电子表格、文字编辑、游戏、等等，它还能播放高画质的视讯影片。•RPi推出的初衷是针对贫困国家的计算机教育而设计的，售价仅25~35美元。不过RPi推出后在全球销售相当火爆，多次售罄，客户大多都是爱折腾的电脑爱好者，许多客户常常在预定后几个月才能收到产品。•RPi推出后，迅速形成了庞大的开源社区及相应的生态系统，大量爱好者在其上开发各种各样的应用项目，大量不断完善的库函数简化了开发工作，便于快速开发及实现创意，而规范的编程接口和架构也便于开发者之间的交流共享，毕竟开源的目的就是为了共享。•RPi推出后，全球出现了许多类似的平台系统，而且硬件配置都比RPi高一个档次。树莓派的强处在于其主流的系统Raspbian已经有了超过3.5万个软件包以及预编译的软件，其软件资源也就是应用环境的生态系统更加成熟完善。RaspberryPi概述RaspberryPi概述RaspberryPi概述RPi的硬件是典型的SoC（系统单芯片），采用Broadcom（博通公司）的解决方案，为BCM2835，即CPU、GPU、DSP、SDRAM等器件集成到一个芯片中。设备按配置不同分A、B两种型号：项目A型B型上市价格$25$35SoCBroadcomBCM2835（内含CPU、GPU、DSP、SDRAM）CPUARM1176JZF-S核心（ARM11系列）700MHzGPUBroadcomVideoCoreIV，OpenGLES2.0，1080p30帧/sH.264/MPEG-4AVC高清解码器内存256MByte512MByteUSB2.0接口个数12（支持USBhub扩展）影像输出CompositeRCA（PAL&NTSC），HDMI（rev1.3&1.4），rawLCDPanelsviaDSI14HDMIresolutionsfrom640x350to1920x1200plusvariousPALandNTSCstandards.音源输出3.5mm插孔，HDMI板载存储SD/MMC/SDIO卡插槽网络接口无（需通过USB外接）10/100以太网接口（RJ45接口）外设8个GPIO、UART、I2C、带两个选择的SPI总线，+3.3V，+5V，Ground（负极）额定功率300mA(1.5W)700mA(3.5W)电源输入5V/通过MicroUSB或GPIO头总体尺寸85.60×53.98mm重量45g操作系统DebianGNU/Linux，Fedora，ArchLinuxARM，RISCOS，FreeBSD，Android和多媒体中心XBMCRaspberryPi软件系统•官方主推的操作系统是Rasbian系统，这个系统基于DebianWheezy的ARM内核版本，跟Debian的操作基本一样。操作界面默认是命令行，但可以设置成默认开机就进入X-window，自带的桌面环境是LXDE，一个轻量级的桌面环境。•应用程序方面，一些常用的工具，比如apt，vim，gcc都有，还预装了Python的开发环境，RPi下的许多应用都是用Python开发的，包括外围硬件如GPIO、串口、I2C等的控制都可以通过相应的Python库函数编程实现。RaspberryPi接口扩展RaspberryPi使用•RPi没有内部NANDFlash存储器存储操作系统，必须从外部的SD卡启动，这也是RPi运行速度慢的主要原因。树莓派的官网提供了三个版本的镜像文件，还有无数第三方的镜像，想要更换系统，只要把不同的系统烧入不同的SD卡，然后更换SD重新启动RPi，就可以使用不同的系统了。•把HDMI线、鼠标、键盘、网线全部插上。RaspberryPi使用RaspberryPi使用•首次启动加电后，就会开始出现启动画面和Linux启动界面，但企鹅被替换成了树莓：RaspberryPi使用•进入LXDE的X-Window环境，图形化的操作界面比较容易掌握使用。RaspberryPi使用•绝大部分用X.264编码的1080p视频都可以正常流畅播放。RaspberryPi接口扩展•RaspberryPi的接口扩展板RaspberryPi接口扩展测量距离的超声波传感器PIR运动传感器，检测运动状态的被动式红外线传感器步进电机LED及蜂鸣器扩展板RaspberryPi编程——Scratch•Scratch是一个图形化的编程开发环境，类似于LabView。通过这一工具，不需要编写代码就可以创建交互式游戏、动画等应用，从中可以领会计算机编程的基本思想，如赋值、计算、分支、循环等。RaspberryPi中预装了Scratch开发环境，是其主要的计算机教学工具。RaspberryPi编程——ScratchRaspberryPi编程——ScratchRaspberryPi编程——Python•RaspberryPi中预装了Python，这是一种非常流行的跨平台的脚本语言，它是RaspberryPi的官方编程语言，还有IDLE3，一个Python的集成开发环境（IDE）。使用Python可以编写出许多功能强大的，RaspberryPi提供了许多功能丰富强大的Python扩展库，从简单数学计算和编写游戏，到网络通信，甚至可以直接控制RaspberryPi的硬件接口。RaspberryPi编程——Python•图形编程RaspberryPi编程——Python•网络编程——Web服务器RaspberryPi编程——Python•在Python中通过调用相关的库函数，如官方提供的RPi.GPIO库，可以非常方便地通过编程控制GPIO等硬件接口，避免了驱动开发的苦恼。RaspberryPi编程——Python•硬件扩展接口定义RaspberryPi编程——C/C++编程•RaspberryPi上预装有GCC编译器，可以进行C/C++编程开发。对于有经验的Linux开发者，如果把开发环境配置好，甚至可以直接用RaspberryPi编译Linuxkernel，只不过速度很慢，据尝试过的人称，需要大约5小时以上。•官方提供的RPi.GPIO库主要针对的是Python编程，除此之外还有一些第三方库也非常好用，比如WiringPi，这是一款模仿ArduinoWiring风格的函数库，而且支持C/C++、Ruby、Python、Perl、Java、TCL等多种语言编程，不局限于Python，使用起来非常简单，习惯C/C++编程的人可以通过这个库控制RaspberryPi的硬件接口。•此外，WiringPi还提供了附加的功能函数，如用于串口处理的shiftIn/shiftOut库（同时支持板载串口和USB转接的串口），用于控制LCD的库，简单的线程编程和进程优先级控制库，还完全支持PiFace扩展板。RaspberryPi与Arduino•Arduino是一个受欢迎的开放源硬体平台，使用的是微控制器，RaspberryPi使用的是应用处理器，两者之间的配合还可以极大扩展应用和创意丰富性，RaspberryPi甚至能够成为Arduino的开发平台。•SimonMonk的博客中提到了如何使用Python实现两者之间的通讯，Arduino会传送'HelloPi'的讯号，而RaspberryPi便会传送数字讯号给Arduino，Arduino便会根据该讯号闪耀LED特定的次数。•RaspberryPi方面，作者使用Python进行开发，使用特定的Python库——pySerial，这个库包含了Arduino的指令，可以存取串行口。RaspberryPi与Arduino经典应用——RaspberryPi超级计算机•在SimonCox的带领下，一群来自英国南安普敦大学的工程师用一堆RaspberryPi和乐高积木组装出了属于他们自己的超级计算机，总共六十四块RaspberryPi拥有近1TB的存储空间。•也许这不是传统认知上的超级计算机，但这些硬件组合足够让人们着手学习、理解超级计算机的工作原理。因为这套东西用MPI（TheMessagePassingInterface）来管理簇群上每个独立节点间的数据通信。用Cox的话说，当你学会如何使用MPI后，对于Hadoop的使用便能更得心应手，因为这正是超级计算机背后的基本处理思路之一。经典应用——RaspberryPi超级计算机经典应用——RaspberryPi云终端•所谓云终端，或者叫做瘦客户端。RaspberryPI能够满足作为一个瘦客户端的要求，能够输出1080p高清图像，具有丰富的接口可以满足用户输入输出的需要。谢谢！