本节书摘来异步社区《BeagleBone开发指南》一书中的第1章,第1.3节,作者:【爱】Derek Molloy(莫洛伊),更多章节内容可以访问云栖社区“异步社区”公众号查看。
1.3 BeagleBone硬件
作为核心部件,BeagleBone Black使用的是德州仪器公司的Sitara AM335x Cortex A8 ARM微处理器。而BeagleBone Black是本书的核心,多种主板已经被BeagleBoard.org开发出来,包括BeagleBoard、BeagleBoard XM、BeagleBone、BeagleBone Black和Arduino Tre(BeagleBoard和Arduino组合到一个块板上)。下面将详细介绍BeagleBone,以下是不同主板(按照历史顺序)的简介。
(2008)BeagleBoard(125美元):基于ARM开源的硬件设计原型开发的具有高清视频支持功能的开发板。它具有720MHz ARM A8处理器,但没有板载以太网。
(2010)BeagleBoard xM(149美元):除了具有1GHz ARM(AM37x)处理器、512MB内存、4个USB接口和以太网支持外,其他与BeagleBoard类似。尽管新的BeagleBone主板成本较低,但BeagleBoard xM的C64+TMDSP核对数字信号处理(digital signal processing,DSP)应用是非常流行的。
(2011)BeagleBone(89美元):比BeagleBoard引脚封装更小。它具有720MHz处理器和256MB内存,支持以太网和低电位/输出(例如,模拟到数字的转化),但没有板载视频支持。
(2013)BeagleBone Black(45~55美元):这是增强型的BeagleBone,具有1GHz处理器,512MB的DDR3内存,支持以太网和eMMC存储以及HDMI(高清晰度多媒体接口)。
本书以BeagleBone Black平台为核心进行介绍,主要是由于它的特征集和价格点与其他产品相比具有优势。但是,本书中的绝大部分讨论内容一般可以应用到所有的平台中。
1.3.1 BeagleBone版本
就像刚刚提到的,目前BeagleBone有两个版本可用:早期的版本BeagleBone White(BBW)(或者叫BeagleBone)和新的版本BeagleBone Black(也称BBB)。两种主板都具有非常小的规格,恰好适合装在Altoids 铸造的锡盒内部,如图1-2(a)所示。传统的Altoids锡盒已被工程师升级改造成为电子工程项目的低成本外壳。考虑BeagleBone主板的复杂性,它适合装在锡盒的内部——这也是BeagleBone主板采用圆弧角设计的原因。在需要提供访问主板连接器的情况下,还需要打一些过孔,当然在将连接器连接到主板前还需要使用电绝缘铝锡进行绝缘。
为了实现如此小的外形, BeagleBone上密布着各种元件,并且采用6层的PCB板进行内部互连。举个例子, BeagleBone平台上使用的AM335x(ZCZ)处理器是带有324针的球栅阵列封装(BGA),引脚间距仅有0.80mm。
表1-1列出了BeagleBone Black板和BBW板的主要区别。第1个显著的区别就是价格。尽管BeagleBone Black在特定方面有所改进,但其价格仅是BBW价格的一半多,并且与其他嵌入式Linux板的价格相比,如树莓派(Model B+),也非常具有竞争力。
表1-1 BBB板(BeagleBone Black)与BBW板(BeagleBone White)对比
通过移除BBW的某些特定功能,可以降低BeagleBone Black的制造成本,如USB转串行连接、USB转JTAG调试仿真器和一个电源扩展接头。然而,BeagleBone Black板提升了一些功能,其中包括板载eMMC存储、HDMI视频输出、两倍的内存空间以及更快的处理器等,但仅以刚刚超过一半的价格进行销售,这些突显出其可观的经济价值。很显然,具有超高性价比的BeagleBone Black板,将成为一个非常流行的平台。eLinux.org是一个记录单板配送信息的网站,该网站显示目前每月从CircuitCo运来13000个板子。尽管如此,其仍然是供不应求,最近一些新的厂商也开始进行生产,以便满足市场的巨大需求。
1.3.2 BeagleBone Black硬件
图1-3和图1-4详细介绍了BeagleBone Black板的核心系统。第1组插图的编号是1到8,列出并描述了BeagleBone Black板的核心系统。BeagleBone Black板的微处理器采用德州仪器Sitara AM335x Cortex A8 ARM处理器。2该板的微处理器采用的是精简指令集RISl处理器,运行于1000MHz时,该处理器每秒执行20亿条指令。该处理器待机功耗为1W,满负荷功耗为2.3W。
下一组插图的编号是9~19,列出了BeagleBone Black的各种连接器及它们的物理特性和功能。对于18号连接器及JTAG连接器,预留了20个镀锡点。为此需要购买一个连接器(例如FTR-110-03-G-D-06)并且仔细焊接到板子上。另外,还需要配置JTAG接口和相关的调试软件。BBW板提供板载的USB转JTAG支持。
如果你希望把这些图表作为参考,在本章网站www.exploringbeaglebone.com/chapter1/中,有图1-3~图1-5的高清晰的PDF文件,可以打印使用。
图1-5详细阐述了P8和P9接头中各种可用的IO端口。两个插头中共有92个引脚(2×46),但是,并不是所有的引脚都用作GPIO。其中一些连接用来进行固定的配置。
8个引脚连接到“数字”地。
9个引脚用于模拟信号输入(7个模拟信号输入、一个地和一个1.8V的参考电压输入)。
6个引脚分配给电压供电:3.3V(最大电流是250mA),5V系统供电(最大电流是250mA)和5V的VDD(如果电源插座能够提供的话,最大电流可以达到1A,也可以通过VDD_5V引脚直接给电路板供电)。
2个引脚分配给一个I²C总线。
2个引脚分配给电源和重置按钮。
其余保留的65个引脚可以在多个功能里进行复用,图1-5中列出了其中的一部分功能。每个I/O的功能将在第6章和第8章介绍。