Raspberry Pi

Raspberry Pi là từ để chỉ các máy tính bo mạch đơn (hay còn gọi là máy tính nhúng) kích thước chỉ bẳng một thẻ tín dụng, được phát triển tại Anh bởi Raspberry Pi Foundation với mục đích ban đầu là thúc đẩy việc giảng dạy về khoa học máy tính cơ bản trong các trường học và các nước đang phát triển.
Raspberry Pi gốc và Raspberry Pi gốc 2 được sản xuất theo nhiều cấu hình khác nhau thông qua các thỏa thuận cấp phép sản xuất với Newark element14 (Premier Farnell), RS Components và Egoman. Các công ty này bán Raspberry Pi trực tuyến. Egoman sản xuất một phiên bản phân phối duy nhất tại Đài Loan, có thể được phân biệt với các bản Pi khác bởi màu đỏ của chúng và thiếu dấu FCC/CE. Phần cứng là như nhau đối với tất cả các nhà sản xuất.
Raspberry Pi ban đầu được dựa trên hệ thống trên một vi mạch (SoC) BCM2835 của Broadcom, bao gồm một vi xử lý ARM1176JZF-S 700 MHz, VideoCore IV GPU, và ban đầu được xuất xưởng với 256 MB RAM, sau đó được nâng cấp (model B và B +) lên đến 512 MB. Board này cũng có socket Secure Digital (SD) (model A và B) hoặc MicroSD (model A + và B +) dùng làm thiết bị khởi động và bộ lưu trữ liên tục.
Trong năm 2014, Raspberry Pi Foundation đã phát hành "Mô-đun Compute", đóng gói một BCM2835 với 512 MB RAM và một flash chip eMMC vào một module để sử dụng như một phần của hệ thống nhúng.
Tổ chức này cung cấp Debian và Arch Linux ARM để người dùng tải về. Các công cụ có sẵn cho Python như là ngôn ngữ lập trình chính, hỗ trợ cho BBC BASIC (thông qua RISC OS image hoặc Brandy Basic clone cho Linux), C, C++, Java, Perl và Ruby.
Tính đến ngày 08/06/2015, khoảng 5-6.000.000 mạch Raspberry Pi đã được bán. Khi đã trở thành máy tính cá nhân bán chạy nhanh nhất của Anh, Raspberry Pi là thiết bị được giao nhiều thứ hai sau Amstrad PCW, "Personal Computer Word-processor", bán được 8 triệu chiếc.
Vào đầu tháng 2 năm 2015, thế hệ tiếp theo của Raspberry Pi, Raspberry Pi 2, đã được phát hành. Board máy tính mới này đầu tiên chỉ có một cấu hình (model B) và trang bị SoC Broadcom BCM2836, với một nhân ARM Cortex-A7 CPU 4 lõi và một VideoCore IV dual-core GPU; 1 GB bộ nhớ RAM với thông số kỹ thuật còn lại tương tự như của các thế hệ model B+ trước đó. Raspberry Pi 2 vẫn giữ nguyên giá $35 so với model B, với model A+ giá $20 vẫn còn được bán.
Hầu hết các mạch Pi được sản xuất tại một nhà máy Sony tại Pencoed, Wales; một số được sản xuất tại Trung Quốc hoặc Nhật Bản.
Phần cứng.
Phần cứng Raspberry Pi qua nhiều phiên bản được trang bị cấu hình khác nhau, về dung lượng bộ nhớ, vi xử lí, thiết bị ngoại vi...
Sơ đồ khối trên mô tả cấu tạo của các model A, B, A+, B+. Model A và A+ không có cổng Ethernet và USB. Bộ chuyển đổi Ethernet phải kết nối qua một cổng USB. Trong model A và A+, cổng USB kết nối trực tiếp đến SoC. Trên model B+, chip này có chứa một hub USB với 5 đầu ra, trong đó có 4 cổng, model B chỉ cung cấp 2 cổng.
Bộ vi xử lý.
SoC được sử dụng trong Raspberry Pi thế hệ đầu tiên khá giống với chip được sử dụng trong những chiếc điện thoại thông minh đời cũ (như iPhone 3G / 3GS). Raspberry Pi dựa trên SoC BCM2835 của Broadcom, trong đó gồm một bộ xử lý ARM1176JZF-S 700 MHz, GPU VideoCore IV và RAM. Nó có bộ nhớ cache cấp 1 16 KB và bộ nhớ cache cấp 2 128 KB. Cache cấp 2 này được sử dụng chủ yếu bởi GPU. SoC được xếp chồng lên nhau dưới chip RAM, vì vậy ta chỉ thấy được cạnh của nó.
Hiệu suất của các model thế hệ đầu tiên.
Khi hoạt động theo xung nhịp mặc định 700 MHz, thế hệ đầu tiên của Raspberry Pi có hiệu suất thực tế tương đương 0,041 GFLOPS. CPU đem lại hiệu suất tương đương một chiếc Pentium II 300 MHz của những năm 1997-1999. GPU cung cấp khả năng xử lý đồ họa 1 GPixel/s hoặc 1,5 Gtexel/s hoặc 24 GFLOPS của hiệu suất máy tính cho tác vụ chung. Khả năng đồ họa của Raspberry Pi tương đương với Xbox của năm 2001.
Kết quả benchmark tính toán đơn nút LINPACK trong hiệu suất chính xác đơn trung bình là 0.065 GFLOPS và Raspberry Pi Model-B có hiệu suất chính xác kép là 0,041 GFLOPS. Một nhóm 64 máy tính Raspberry Pi Model-B, có nhãn "Iridis-pi", đạt được kết quả LINPACK HPLlà 1,14 GFLOPS (n = 10.240) tại công suất 216 watt với c. US $ 4,000.
Raspberry Pi 2 dựa trên Broadcom BCM2836 SoC, gồm CPU Cortex-A7 lõi tứ chạy ở 900 MHz và 1 GB RAM. Nó được giới thiệu là mạnh gấp 4-6 lần so với bản tiền nhiệm. Hai phiên bản có GPU giống hệt nhau.
Ép xung.
Thế hệ chip đầu tiên của Raspberry Pi mặc định hoạt động ở 700 MHz và không quá nóng để cần một miếng tản nhiệt hoặc biện pháp làm mát đặc biệt nào khác, trừ khi con chip này được ép xung. Thế hệ thứ hai chạy ở 900 MHz theo mặc định, và cũng không đủ nóng để cần một miếng tản nhiệt hoặc biện pháp làm mát đặc biệt. Ép xung có thể làm SoC này nóng lên nhiều hơn mức bình thường.
Hầu hết các chip Raspberry Pi có thể được ép xung tới 800 MHz và một số thậm chí còn cao hơn đến 1000 MHz. Thế hệ thứ hai được người dùng cho rằng có thể ép xung tương tự như vậy, thậm chí đến 1500 MHz (loại bỏ tất cả các tính năng an toàn và vượt quá giới hạn điện áp). Trong Raspbian Linux distro, các tùy chọn ép xung khi khởi động có thể được thực hiện bởi lệnh "sudo raspi-config" mà không vô hiệu hóa chế độ bảo hành. Có những trường hợp Pi tự động tắt ép xung khi chip đạt đến 85 °C (185 °F), nhưng nó có thể bỏ qua tự động quá điện áp và các thiết lập ép xung (làm vô hiệu chế độ bảo hành). Trong trường hợp đó, người ta có thể thử đặt một tản nhiệt có kích thước thích hợp vào nó để giữ cho các chip không bị nóng lên đến quá 85 °C.
Phiên bản firmware mới hơn có chứa tùy chọn để lựa chọn giữa năm chế độ overclock ("turbo") để khi bật lên sẽ thử để có được hiệu suất tối đa của SoC mà không làm giảm tuổi thọ của Raspberry Pi. Điều này được thực hiện bằng cách theo dõi nhiệt độ bên trong lõi của chip, và tải CPU, và điều chỉnh động tốc độ đồng hồ và điện áp lõi. Khi nhu cầu trên CPU thấp, hoặc nó đang chạy quá nóng, hiệu suất sẽ được can thiệp, nhưng nếu CPU có nhiều việc phải làm, và nhiệt độ của chip là chấp nhận được, hiệu suất sẽ được tạm thời gia tăng, với tốc độ xung nhịp lên đến 1 GHz, tùy thuộc vào từng loại board, và trên đó các thiết lập Turbo được sử dụng. Năm thiết lập này là:
Trong chế độ cao nhất ("turbo") xung SDRAM ban đầu 500 MHz, nhưng sau đó đã được thay đổi đến 600 MHz vì 500 MHz đôi khi gây hư thẻ nhớ SD. Đồng thời trong chế độ "cao" tốc độ xung lõi đã được hạ xuống 450-250 MHz, và ở chế độ "trung bình "333-250 MHz.
RAM.
Trên các bảng mạch model B beta cũ hơn, 128 MB đã được phân bổ theo mặc định cho GPU, để lại 128 MB cho CPU. Trên model B bản phát hành đầu tiên (và mô hình A) với 256 MB, có thể chia ba kiểu khác nhau. Sự phân chia mặc định là 192 MB (RAM cho CPU), đủ để giải mã video 1080p độc lập hoặc cho 3D đơn giản, nhưng có lẽ không phải cho cả hai cùng nhau. 224 MB chỉ dành cho Linux, chỉ với bộ đệm khung hình 1080p và có khả năng thất bại đối với bất kỳ video hoặc 3D nào. 128 MB dành cho 3D nặng, cũng có thể là giải mã video (ví dụ: XBMC). Nokia 701, để so sánh, sử dụng 128 MB cho Broadcom VideoCore IV. Đối với model B mới có RAM 512 MB lúc đầu, có các tệp phân chia bộ nhớ tiêu chuẩn mới được phát hành (arm256_start.elf, arm384_start.elf, arm496_start.elf) cho RAM CPU 256 MB, 384 MB và 496 MB (và 256 MB, 128 MB và RAM video 16 MB). Nhưng một tuần sau, RPF đã phát hành một phiên bản start.elf mới có thể đọc một mục mới trong config.txt (gpu_mem = xx) và có thể tự động gán một lượng RAM (từ 16 đến 256 MB trong 8 bước) đối với GPU, do đó phương pháp phân tách bộ nhớ cũ trở nên lỗi thời và một start.elf duy nhất hoạt động tương tự với Raspberry Pi 256 và 512 MB.
Mạng.
Mặc dù model A và A+ không có một cổng 8P8C ("RJ45") Ethernet, chúng có thể được kết nối với một mạng sử dụng một bộ adapter USB Ethernet hoặc Wi-Fi ngoại vi do người dùng cung cấp. Trên model B và B+ cổng Ethernet được cung cấp bởi một adapter USB Ethernet có sẵn.
Thiết bị ngoại vi.
Raspberry Pi có thể hoạt động với bất kỳ bàn phím máy tính và chuột thông qua kết nối với các cổng USB.
Video.
Bộ điều khiển video có khả năng phân giải chuẩn truyền hình hiện đại, chẳng hạn như HD và Full HD, và các độ phân giải màn hình và cao hơn hoặc thấp hơn và độ phân giải TV CRT chuẩn cũ hơn. Khi vận chuyển (tức là không có tùy chỉnh ép xung) nó có các khả năng như sau: 640 × 350 EGA; 640 × 480 VGA; 800 × 600 SVGA; 1024 × 768 XGA; 1280 × 720 720p HDTV; 1280 × 768 WXGA biến; 1280 × 800 WXGA biến; 1280 × 1024 SXGA; 1366 × 768 WXGA biến; 1400 × 1050 SXGA +; 1600 × 1200 UXGA; 1680 × 1050 WXGA +; 1920 × 1080 1080p HDTV; 1920 × 1200 WUXGA. Nó có thể tạo ra các tín hiệu video composite 576i và 480i cho PAL-BGHID, PAL-M, PAL-N, NTSC và NTSC-J.
Đồng hồ thời gian thực.
Raspberry Pi không được trang bị đồng hồ thời gian thực, có nghĩa là nó không thể theo dõi thời gian trong ngày, khi nó không hoạt động.
Thay vào đó, một chương trình chạy trên Pi có thể lấy thời gian từ một máy chủ thời gian mạnghoặc do người dùng nhập vào lúc khởi động.
Một đồng hồ thời gian thực (như DS1307) với pin dự phòng có thể được thêm vào (thường thông qua giao tiếp I²C).
Cổng GPIO.
RPi A+, B+ và 2B GPIO J8 có 40-chân pinout. Model A và B chỉ có 26 chân.
Model B rev 2 cũng có một pad (gọi là P5 trên board mạch và P6 trên sơ đồ) của 8 chân cung cấp truy cập đến một kết nối 4 GPIO bổ sung.
Model A và B quy định GPIO truy cập vào LED trạng thái ACT sử dụng GPIO 16. Model A+ và B+ và quy định GPIO truy cập vào các LED trạng thái ACT sử dụng GPIO 47, và LED trạng thái nguồn sử dụng GPIO 35.