樹莓派、Arduino、傳統(tǒng)單片機(jī)開發(fā)板該如何選擇

　　2015年貼片技術(shù)的不斷普及，讓面包板不再那么有用武之地，經(jīng)濟(jì)的發(fā)展也讓現(xiàn)成的板卡價(jià)格降到了一個(gè)合理的范圍，購買現(xiàn)成的電路板，甚至自己打樣電路板來使用，已經(jīng)成為了一個(gè)趨勢(shì)。

　　現(xiàn)在，我們面前的選擇就空前的豐富，一方面，是以Arduino和樹莓派為首的開源硬件陣營，另一方面，則是以STM32、51和S3C2440為首的傳統(tǒng)單片機(jī)開發(fā)板陣營。本文主要跟隨小編來詳細(xì)的了解樹莓派、Arduino、傳統(tǒng)單片機(jī)開發(fā)板該如何選擇。

　　樹莓派、Arduino、傳統(tǒng)單片機(jī)簡介

　　1、樹莓派

　　樹莓派由注冊(cè)于英國的慈善組織“RaspberryPi基金會(huì)”開發(fā)，Eben·Upton/?！ざ蚱疹D為項(xiàng)目帶頭人。2012年3月，英國劍橋大學(xué)埃本·阿普頓（EbenEpton）正式發(fā)售世界上最小的臺(tái)式機(jī)，又稱卡片式電腦，外形只有信用卡大小，卻具有電腦的所有基本功能，這就是RaspberryPi電腦板，中文譯名‘樹莓派’。這一基金會(huì)以提升學(xué)校計(jì)算機(jī)科學(xué)及相關(guān)學(xué)科的教育，讓計(jì)算機(jī)變得有趣為宗旨?；饡?huì)期望這一款電腦無論是在發(fā)展中國家還是在發(fā)達(dá)國家，會(huì)有更多的其它應(yīng)用不斷被開發(fā)出來，并應(yīng)用到更多領(lǐng)域。在2006年樹莓派早期概念是基于Atmel的ATmega644單片機(jī)，首批上市的10000“臺(tái)”樹莓派的“板子”，由中國***和大陸廠家制造。

　　樹莓派就是將你電腦機(jī)箱里的大部分東西都集成到了一塊電路板上的微型電腦，接上顯示器鼠標(biāo)鍵盤等等東西和你的電腦沒啥實(shí)質(zhì)的區(qū)別，操作系統(tǒng)不一樣這個(gè)是基于linux的系統(tǒng)。

　　2、Arduino

　　Arduino是一款便捷靈活、方便上手的開源電子原型平臺(tái)，包含硬件（各種型號(hào)的Arduino板）和軟件（ArduinoIDE）。它適用于愛好者、藝術(shù)家、設(shè)計(jì)師和對(duì)于“互動(dòng)”有興趣的朋友們。

　　通俗的講：arduino就是主要以以AVR單片機(jī)為核心控制器的單片機(jī)應(yīng)用開發(fā)板（當(dāng)然也有其他核心的例如STM32版本的但是不是官方的，還有intel的伽利略），或者是學(xué)習(xí)板啥的，但是Arduino開發(fā)人員開發(fā)了簡單的函數(shù)，還有許多應(yīng)用庫，這樣就不用直接去操作寄存器了，使得沒有很好的單片機(jī)基礎(chǔ)的人員也可以使用Arduino做出自己想要的東西。Arduino的開發(fā)人員還開發(fā)了一個(gè)簡潔的IDE（集成開發(fā)環(huán)境）也就是寫代碼，編譯，調(diào)試，下載的上位機(jī)軟件。

　　3、傳統(tǒng)單片機(jī)

　　單片機(jī)（Microcontrollers）是一種集成電路芯片，是采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器CPU、隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM、只讀存儲(chǔ)器ROM、多種I/O口和中斷系統(tǒng)、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器等功能（可能還包括顯示驅(qū)動(dòng)電路、脈寬調(diào)制電路、模擬多路轉(zhuǎn)換器、A/D轉(zhuǎn)換器等電路）集成到一塊硅片上構(gòu)成的一個(gè)小而完善的微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，在工業(yè)控制領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。從上世紀(jì)80年代，由當(dāng)時(shí)的4位、8位單片機(jī)，發(fā)展到現(xiàn)在的300M的高速單片機(jī)。

　　單片機(jī)在國外叫MCU微型控制器，就是將CPURAMROM等等集成到一塊芯片上構(gòu)成單片微型計(jì)算機(jī)。

　　性能天梯分析詳解

　　無論屬于哪個(gè)陣營，它們用的CPU都得分成MCU（微控制器，或者稱為單片機(jī)）和MPU（微處理器）兩類，它們的本質(zhì)區(qū)別在于MMU（內(nèi)存管理單元），也就是對(duì)于虛擬內(nèi)存空間的支持。樹莓派和S3C2440就屬于MPU類的，而Arduino和STM32就屬于MCU類的。它們?cè)谶\(yùn)算能力上有巨大的差距。

　　基于上面的分類，如果把它放到一個(gè)天梯圖內(nèi)，我們就能得到這樣一張開源硬件的比較圖。

　　性能天梯圖

　　需要注意的是，這張圖只比較了它們的純運(yùn)算性能，越靠上的，運(yùn)算性能越強(qiáng)，但是這張圖并不是按照比例畫的，實(shí)際上，樹莓派的運(yùn)算性能可以達(dá)到Arduino的100倍。接下來，我就根據(jù)上面的兩種分類方法來講講它們的區(qū)別。

　　性能的差距

　　廣大的電子愛好者可能一直有一個(gè)疑問，那就是樹莓派和單片機(jī)或者樹莓派和Arduino的選擇問題，其實(shí)也就是MPU和MCU的選擇問題。

　　這里又得分兩種情況討論，一類是沒有學(xué)過任何東西，想直接拿樹莓派入門的，另一類是在玩過Arduino或者51單片機(jī)之后想要玩玩更高端平臺(tái)發(fā)。

　　先講講第一類。對(duì)于第一類玩家，如果已經(jīng)有了編程基礎(chǔ)，可以直接試著玩樹莓派，如果只是把樹莓派當(dāng)成一個(gè)小型PC或者低功耗服務(wù)器，完全沒有問題。對(duì)于編程水平好的，我更推薦CubieBoardCC80或者JetsonTK1，因它們的性能會(huì)強(qiáng)大很多，玩起來會(huì)更加舒服。如果沒有編程基礎(chǔ)或者想要玩軟硬結(jié)合的，還是建議從PC編程或者Arduino、單片機(jī)開始學(xué)習(xí)。

　　對(duì)于第二類，選擇就不那么簡單了。首先要知道，在過去（其實(shí)拋開開源硬件，現(xiàn)在也是一樣），MPU是一種很復(fù)雜的東西，一般得熟練掌握單片機(jī)之后才能去接觸MPU。而且MPU通常涉及到Linux內(nèi)核的修改、Linux驅(qū)動(dòng)的開發(fā)、Linux軟件的編寫這類事情，需要的知識(shí)儲(chǔ)備很多。對(duì)于一般愛好者來說，玩MPU完全就是天方夜譚。但是MPU又是那么吸引人，數(shù)百兆的主頻，數(shù)十兆的存儲(chǔ)空間，是MCU根本無法想象的。MPU就像是一臺(tái)真正的PC，而MCU只能算個(gè)玩具。國外的開源硬件大佬自然也看見了這一點(diǎn)，于是就有了樹莓派這樣的產(chǎn)品。樹莓派就是融合了開源硬件易用性和MPU強(qiáng)大功能的產(chǎn)品?，F(xiàn)在，對(duì)于想要玩高端平臺(tái)的愛好者，最主要的選擇就是樹莓派和STM32（雖然它們根本不是一個(gè)量級(jí)的東西，但是由于2440類的東西開發(fā)難度太大，業(yè)余愛好者一般較少涉足）。那么我們就來對(duì)比下，樹莓派和STM32分別能做什么，都能做的東西開發(fā)起來有什么區(qū)別。

　　只有樹莓派能做的：機(jī)器視覺、視頻解碼、3D游戲等。

　　STM32和樹莓派都能做的：飛控、3D打印控制、音頻解碼、網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控、物聯(lián)網(wǎng)傳感器等等。

　　只有STM32能做的：基本沒有。

　　小結(jié)

　　STM32能做的，樹莓派都能做樹莓派能做的，STM32不一定能做。

　　再來看看對(duì)于都可以做的東西，兩者開發(fā)上有什么區(qū)別。以網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控為例吧。STM32的開發(fā)流程是這樣的：硬件選型→設(shè)計(jì)PCB→焊接→調(diào)試硬件→編寫DCMI和RMII驅(qū)動(dòng)→移植TCP/IP協(xié)議棧→調(diào)整攝像頭驅(qū)動(dòng)→編寫網(wǎng)頁服務(wù)器程序→完成。其中涉及的代碼量非常大，不過好在都比較基礎(chǔ)，愛好者還能應(yīng)付一下。而樹莓派的開發(fā)流程則完全不一樣：買一臺(tái)樹莓派和一個(gè)攝像頭→把攝像頭連接到樹莓派上→在樹莓派上安裝一個(gè)監(jiān)控軟件→完成，簡直就像玩一樣，半個(gè)小時(shí)就能完成。

　　對(duì)于愛好者來說，樹莓派確實(shí)是利器，不用很長的時(shí)間就能實(shí)現(xiàn)很棒的效果，自己寫程序也不是太復(fù)雜，就參考PC上的Linux程序編寫教程就可以，因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)協(xié)議、圖形庫這些都是現(xiàn)成的，省去了很多麻煩。不過，有利也有弊，樹莓派是個(gè)高度封裝的東西，如果想要借此學(xué)習(xí)ARMLinux的基礎(chǔ)開發(fā)，我還是勸你轉(zhuǎn)投2440的懷抱，因?yàn)闃漭烧f是開源硬件，但是實(shí)際上它的底層Bootloader和核心數(shù)據(jù)手冊(cè)是閉源的，對(duì)于應(yīng)用開發(fā)沒有影響，但是學(xué)習(xí)原理就要命了。另一點(diǎn)，就是成本。如果你做的這個(gè)東西要量產(chǎn)，那么成本就變得很重要，基于STM32的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控方案可以比基于樹莓派的方案成本低一半以上，這可是十分吸引人的。當(dāng)然我只是舉個(gè)例子，實(shí)際上，目前市場上網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控用的既不是STM32，也不是樹莓派，而是專門定制的ARM9。

　　那么對(duì)于愛好者，STM32有什么意義呢？看起來似乎上面提到的兩個(gè)弊端都沒什么關(guān)系啊。讓我說的話，STM32的優(yōu)點(diǎn)就是更為基礎(chǔ)，這個(gè)理由和上面對(duì)于51單片機(jī)的觀點(diǎn)是類似的，玩STM32可以學(xué)到更多基礎(chǔ)的知識(shí)，腳踏實(shí)地慢慢來，路上的風(fēng)景也很精彩啊，從零開始，看著自己的作品一點(diǎn)點(diǎn)完善，難道不是一件很有趣的事情嗎？功利地說，如果要從事電子工程師的工作，這些知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)將會(huì)十分有用，因?yàn)楣ぷ饕彩呛突A(chǔ)的東西打交道，無論是MCU還是MPU都一樣，將要面對(duì)的，是赤裸裸的原理圖和源代碼，而不是apt-getinstall。