1.1　树莓派简介

树莓派（Raspberry Pi）是一款卡片式计算机，由英国一个非营利机构“树莓派基金会”开发，其最初的目的是用于对少年儿童进行计算机普及教育。2012年2月，这款信用卡大小的单板计算机横空出世，型号是树莓派B型，随后不久又发布了一款低配版的A型。25美元的价位、超高的性价比使树莓派迅速得到市场的回应，至此一发不可收拾，差不多每一两年就有一个新款发布，性能也在不断提高。树莓派基金会还专门成立了一个企业部门，由博通工程师Eben Upton任CEO。

迄今为止的历代树莓派都采用博通公司的SoC处理器。第一代处理器型号是BCM2835，基于Arm1176JZF-S架构，指令集为Armv6Z，属于Arm11系列，CPU主频为700MHz，采用博通VideoCore IV图形处理器（Graphics Processing Unit, GPU）。它的性能相当于20世纪末的300MHz Pentium II处理器，GPU的性能与2001年的家用游戏机Xbox相当。

第二代树莓派曾短暂使用BCM2836处理器，为4核Cortex-A7架构，主频为900MHz，指令集为Armv7-A。这仍然是一个32位的处理器，但从开发者Eben Upton在2015年2月2日发布于树莓派官网Blog的信息来看，其性能已比第一代产品提高了4∼6倍。从第二代的Pi 2Bv1.2版开始普遍采用BCM2837系列的处理器，它是一个四核的Cortex-A53处理器，支持64位指令集Armv8-A，主频也从900MHz提高到1.4GHz。

从第三代开始有了板载无线通信设备：蓝牙和WiFi。在Pi 3 B+上更是2.4G/5G双频802.11ac WiFi和千兆以太网。但由于这一代有线网是通过USB控制器LAN7515/LAN9514连接的，受USB 2.0限制，实际传输能力在300Mb/s左右。

第四代树莓派采用BCM2711处理器，和第二代、第三代相比，主要的变化有：1⃝将原有的一个标准HDMI （High Definition Multimedia Interface，高清晰度媒体接口）换成了两个microHDMI，扩展了显示能力；2⃝增加了USB 3.0接口，以太网不再受制于USB 2.0的传输能力；3⃝将电源接口从microUSB换成了USB Type-C，提高了供电能力。尤其重要的是，处理器架构从Cortex-A53升级到Cortex-A72，虽然主频仅比Pi 3 B+提高了0.1GHz，但性能有了大幅度的提升，GPU升级到VideoCore VI，主频也从400MHz提高到500MHz。原有的GPU支持OpenGL ES 2.0，新的GPU支持OpenGL ES 3.2。表1.1是截至2019年发布的各种型号的树莓派，图1.1是树莓派代表性型号的外观。

2020年12月，树莓派发布了装在键盘里的计算机Pi 400（见图1.2），它是在Pi 4的基础上包装了一个键盘，只要外接一个显示器就是一台完整的计算机。

到2019年底，各种型号的树莓派已累计售出3000万件。由于树莓派的成功，其他一些计算机开发商也仿照树莓派开发了类似的卡片式计算机产品（见图1.3）。

树莓派这类计算机结构简单、体积小、耗电低，却拥有与普通计算机几乎相同的功能和性能，可以很方便地植入各种应用系统中。这种具有计算机的基本结构但又不具备普通计算机形态的计算机，业界称为“嵌入式系统”。所谓的“嵌入式”是指它是嵌在产品中的，是面向产品的专用计算机。人们看到的只是产品本身，看不到计算机。目前大部分的计算机产品都属于嵌入式计算机。嵌入式系统广泛应用于工业控制、机电、航天、通信、环境监测、汽车电子、家用电器等各种使用微处理器系统的环境。