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《开源硬件创客——15个酷应用玩转树莓派》——第1章 初识树莓派 1.1 树莓派是什么

简介:
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本节书摘来自异步社区《开源硬件创客——15个酷应用玩转树莓派》一书中的第1章,第1.1节,作者 朱铁斌,更多章节内容可以访问云栖社区“异步社区”公众号查看。

第1章 初识树莓派

初识树莓派是一场美丽的邂逅。在本章中,作者将带领大家来认识树莓派。读者可通过本章了解树莓派的前世今生,掌握树莓派的来龙去脉,从而形成对树莓派的一个初步印象。

1.1 树莓派是什么

要想玩转树莓派,首先得知道树莓派是什么。在本节中,作者将带领大家揭开树莓派的神秘面纱,了解树莓派从最初诞生到现在发生的有趣故事,以及树莓派背后所蕴含着的深刻含义。

1.1.1 树莓派的“诞生”

2012年2月29日,一个载入开源史册的日子,本书的主角—树莓派正式发售了。热情的人们“刷爆”了树莓派订购网站的服务器,逼得网站站长在Twitter上恳求:“朋友,你能别如此频繁地按F5键进行刷新网页吗,将会使服务器瘫痪的。”从最初的设计构想到原型机,再到最终发售,树莓派走过了整整6个年头。

2006年树莓派的创始人厄普顿(Eben Upton)(见图1-1)在剑桥大学发出了这样的感叹:计算机专业学生的编程能力是一届不如一届啊!从前的学生在命令行下训练出来的编程能力都很过硬,而现在的学生都被“舒适”的图形界面惯坏了。在图形界面下,年轻人的注意力很容易被网络中的各种“诱惑”吸引,如网络游戏、网络视频、社交网络等。同时,图形界面的易用性也使得他们不再去记忆各种烦琐的命令。此外,计算机的多功能性和复杂性也使它不再适合入门学习。上述的这些原因,导致了年青人编程能力和创造力下降。正所谓“生于忧患,死于安乐”。厄普顿开始思考怎样才能改变这一现状,他认为青少年需要一个廉价、简洁、好玩、高效并能充分发挥他们创造力的开发平台。因此,厄普顿以20世纪80年代英国的一种家用电脑BBC Micro为蓝本,提出了树莓派的最初设想。


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2006年到2008年期间,厄普顿设计了许多版本的树莓派原型机。但这些原型机的性能都达不到他的要求,比如使用Atmel的ATmega644控制器原型的主频仅有22.1MHz,内存更是只有可怜的512KB。直到2008年,廉价而性能足够强劲的移动处理器芯片开始逐渐面世,智能手机的发展标志了一个新的时代—移动时代的来临。在2008年7月11日苹果公司推出了第二代iPhone—iPhone 3G,而10月22日第一款Android操作系统的智能手机—HTC Dream G1开始正式销售,树莓派也终于找到了它的好“基友”—ARM芯片,如图1-2所示。

在这之后厄普顿成立了树莓派基金会,并宣布树莓派的目标为“造价25美元,运行Linux,信用卡尺寸,可以连接电视机,有高清视频播放能力”。2011年8月,基金会制造出第一批Alpha电路板(共50片),成功运行了Debian系统。2012年的第一周,10个原型机的电路板在eBay上进行拍卖,出人意料的,这10个电路板共筹集了超过16000英镑的资金。2012年2月份,首批1万个电路板在中国开始生产。就这样,树莓派在人们的期待与支持中慢慢孕育成长……

2012年2月29日,树莓派—正式诞生了!


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1.1.2 树莓派的“成长”

了解了树莓派诞生的整个过程后,接下来作者将讲述树莓派诞生后的故事。


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先来说说树莓派硬件上的“成长”。 2012年发行之初,树莓派分为Model A和Model B两个版本,主版本代号为Revision 1.0,如图1-3所示。A型的售价为25美元,B型的售价为35美元。得益于树莓派开源的特性,在2012年10月树莓派又在第1版(Revision 1.0)的基础上推出了第2版(Revision 2.0)。第2版树莓派将原来的内存从256MB升级到了512MB,同时PCB主板也做了一些修整,比如,增加了定位孔,去除了USB供电的限流保险丝以及USB HUB芯片的电源控制功能,对GPIO接口也进行了一定程度的调整。

2013年2月1日,红色中国版的树莓派诞生了。红色版的树莓派由深圳市韵动电子有限公司获得授权生产,其技术参数与目前生产的B型一致,都是512MB的Revision 2.0版本。

2014年7月份,树莓派的第三款型号Model B+正式面市。在硬件上Model B+虽同样采用了BCM2835处理器和512MB内存,但新增了2个USB 2.0接口和14个GPIO引脚,使USB 2.0接口和GPIO的数量分别达到了4个和40个,具有更好的扩展性。此外,Model B+上的SD卡插槽也被换成了更小巧的推入式Micro SD卡插槽,而视频接口和音频接口也被整合成了一个混合接口,并且采用了低噪供电的形式,音效表现更好。同时它在电源方面也进行了升级,其将线性式稳压器换成了开关式稳压器,拥有了更好的供电以及更低的功耗。最关键的是“加量不加价”—Model B+售价依旧是35美元。

在2014年11月份,树莓派的第4个小兄弟Model A+诞生了。如果说Model B+是Model B的升级版,那么Model A+就是Model A的升级版了。Model A+在外形、尺寸以及内在配置等方面都进行了升级。它的尺寸只有65 mm×56.5 mm,可以说是真正做到了与信用卡的大小相仿。它的重量为23g,耗电量则从1.5W降至1W。总得来讲,此时的树莓派变得更小更轻更省电了。此外与Model B+一样,它的GPIO的数量达到了40个,SD卡插槽也被换成了更小巧的推入式Micro SD卡插槽,视频接口和音频接口也被整合成了一个混合接口,并且采用了专门的低噪声电源,音质变得更好。当然,价格还是与Model A一样—20美元,如表1-1所示。


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2015年2月初,树莓派官方正式发布了第二代树莓派—Pi 2。不同于之前介绍的A型、B型、B+型和A+型树莓派。Pi2对一代产品中一直没变的处理器和内存等方面进行了升级。Pi 2配置了Broadcom四核ARM Cortex-A7处理器,频率为900MHz,GPU是VideoCore IV,内存升级到1GB,与Model B+一样支持4个USB2.0接口,同时依旧支持以太网、HDMI、MicroSD和显示接口,以及一个3.5mm音频视频复合接口。在价格方面与1代的Model B和Model B+一样,依然以35美元的价格出售,而Model A+的价格则下调到20美元。最令人兴奋的是,这一版本的树莓派支持ARM兼容的全系列操作系统,包括Snappy Ubuntu Core和Windows 10 for IoT以及对Android更流畅的支持,在添加对新系统支持的同时,也百分百兼容以往的所有应用与系统,如图1-4所示。这也就意味着树莓派的应用空间进一步提升。


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说完了硬件上的“成长”,再来说说树莓派应用上的“成长”。媒体的广泛报道,让越来越多的人认识树莓派。树莓派的购买者也从早期的开源硬件爱好者扩展到了普通大众,越来越多的人开始在树莓派开源社区上分享自己创造的各式各样的应用。这使得玩转树莓派不再只是技术达人的专利,而变成了一场“全民参与”的狂欢盛宴。有许多教育机构也开始采购树莓派并将其用于课堂教学,这正符合了树莓派初衷—普及编程,服务大众!

从2012年诞生到现在,虽然说树莓派现在的配置比起普通的单片机高出不少,但与目前动辄双核甚至四核的智能机想比还是输了一筹。这也为树莓派未来进一步的升级预留了空间。相信随着技术升级,树莓派的配置在不久的将来必会更高、更快、更强。

1.1.3 树莓派的“理想”

讲完了树莓派的整个发展历程,我们来聊聊树莓派的内在精神。只有懂得了树莓派内在的精神,才能真正理解树莓派,明白树莓派为何会广受人们欢迎,并最终玩转树莓派。

作者在第一节树莓派的“诞生”中曾讲到,树莓派的创始人厄普顿针对计算机专业学生编程能力日渐下降的趋势而有了树莓派的最初构想。“在消费装置一统天下的今天,大部分装置是平板电脑、手机、游戏机、机顶盒、游戏机。这些都是你可以用来消费的机器,但是它们大多不能让你创造。”他在2011年接受《商业内幕》网站采访时如此说道。因此,他希望能利用树莓派打造一个廉价、简洁、好玩、高效并能充分发挥青少年创造力的开发平台。“普及编程,服务大众”是树莓派的一个理想。

树莓派中还蕴含着一种开源分享的精神。何谓“开源”?“开源”即“开放源代码”,与之相对的是“闭源”。举个例子来说,现在流行的操作系统中,Linux是开源的而Windows则是闭源的。开放源代码意味着你与大家分享你的代码,任何人都有权在开源协议的范围内修改并利用你的代码。“开源精神”象征着自由与分享,使更多人参与进来,一同推动事物的发展。在“开源精神”的推动下,我们享用到了许许多多的便利。同样,树莓派也代表了一种“开源分享精神”,其优秀的可扩展性给了人们极大的发挥空间,并衍生出各种各样缤纷多彩的应用,比如媒体中心、超级计算机、探空气球、无人机、智能机器人、智能家居等(更多内容请见1.2.3节树莓派的各种精彩应用)。我们每时每刻都在使用别人做的东西,也在每时每刻和别人进行着资源的共享。正是全世界众多开源社区和极客们把各种各样的资源无私地分享出来才使我们能够顺利、轻松地完成我们的工作。开源的力量,不是说我们可以免费享用他人的成果,而是说集合全世界的力量。这种力量也是推动树莓派兴起的重要原因。开源,将DIY(Do it yourself)变成了DIT(Do it together),使得树莓派有着无限可能。

最近,“创客”这个词语以越来越高的频率出现在了大众的眼前。《连线》杂志的前主编克里斯·安德森在新书《创客:新工业革命》中写道:“创客运动是一种具有划时代意义的新浪潮,将实现全民创造。而在线分享工具、3D打印技术、开源设计等高科技,都是实现全民创造的法宝。”同时,他给出了第三次工业革命全新的解读—“创客运动”的工业化,即数字制造和个人制造的合体。树莓派无疑是“创客运动”中一颗闪亮的明星。与以Arduino为代表的一类集成了单片机控制器的控制器板不同,树莓派有着更强劲的配置与动力,能适应更多复杂应用。树莓派强大的开源社区的支持,也使得普通大众也能更快地加入到这一场运动中来,一同创造,一同改变世界!人们无需将精力分散于各种琐碎的硬件或是编程知识,而应集中精力到创造本身,使得创造更加符合它原本的意义。

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