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物联网系统平台开发,硬件开发板怎么选择?

2016-09-30 14:25:31

几十年前的电子爱好者,最喜欢的就是电烙铁、面包板和收音机;十几年前,出现了单片机,于是玩具就成了电烙铁、面包板和单片机;到了2015年,贴片技术的不断普及,让面包板不再那么有用武之地,经济的发展也让现成的板卡价格降到了一个合理的范围,购买现成的电路板,甚至自己打样电路板来使用,已经成为了一个趋势。

现在,我们面前的选择就空前的丰富,一方面,是以Arduino和树莓派为首的开源硬件阵营,另一方面,则是以STM32、51和S3C2440为首的传统单片机开发板阵营。笔者根据自己的使用体验,与读者简单谈一谈它们在开发应用上的区别。

分类

无论属于哪个阵营,它们用的CPU都得分成MCU(微控制器,或者称为单片机)和MPU(微处理器)两类,它们的本质区别在于MMU(内存管理单元),也就是对于虚拟内存空间的支持。树莓派和S3C2440就属于MPU类的,而Arduino和STM32就属于MCU类的。它们在运算能力上有巨大的差距。

树莓派、 Arduino 、传统单片机开发板怎么选?

△ 树莓派

树莓派、 Arduino 、传统单片机开发板怎么选?

△ 传统单片机

树莓派、 Arduino 、传统单片机开发板怎么选?

△ Arduino

基于上面的分类,如果把它放到一个天梯图内,我们就能得到这样一张开源硬件的比较图。

树莓派、 Arduino 、传统单片机开发板怎么选?

性能天梯图

需要注意的是,这张图只比较了它们的纯运算性能,越靠上的,运算性能越强,但是这张图并不是按照比例画的,实际上,树莓派的运算性能可以达到Arduino的100倍。接下来,我就根据上面的两种分类方法来讲讲它们的区别。

性能的差距

广大的电子爱好者可能一直有一个疑问,那就是树莓派和单片机或者树莓派和Arduino的选择问题,其实也就是MPU和MCU的选择问题。

这里又得分两种情况讨论,一类是没有学过任何东西,想直接拿树莓派入门的,另一类是在玩过Arduino或者51单片机之后想要玩玩更高端平台发。

先讲讲第一类。对于第一类玩家,如果已经有了编程基础,可以直接试着玩树莓派,如果只是把树莓派当成一个小型PC或者低功耗服务器,完全没有问题。对于编程水平好的,我更推荐CubieBoard CC80或者Jetson TK1,因它们的性能会强大很多,玩起来会更加舒服。如果没有编程基础或者想要玩软硬结合的,还是建议从PC编程或者Arduino、单片机开始学习。

对于第二类,选择就不那么简单了。首先要知道,在过去(其实抛开开源硬件,现在也是一样),MPU是一种很复杂的东西,一般得熟练掌握单片机之后才能去接触MPU。而且MPU通常涉及到Linux内核的修改、Linux驱动的开发、Linux软件的编写这类事情,需要的知识储备很多。对于一般爱好者来说,玩MPU完全就是天方夜谭。但是MPU又是那么吸引人,数百兆的主频,数十兆的存储空间,是MCU根本无法想象的。MPU就像是一台真正的PC,而MCU只能算个玩具。国外的开源硬件大佬自然也看见了这一点,于是就有了树莓派这样的产品。树莓派就是融合了开源硬件易用性和MPU强大功能的产品。现在,对于想要玩高端平台的爱好者,最主要的选择就是树莓派和STM32(虽然它们根本不是一个量级的东西,但是由于2440类的东西开发难度太大,业余爱好者一般较少涉足)。那么我们就来对比下,树莓派和STM32分别能做什么,都能做的东西开发起来有什么区别。

  1. 只有树莓派能做的:机器视觉、视频解码、3D游戏等。

  2. STM32和树莓派都能做的:飞控、3D打印控制、音频解码、网络监控、物联网传感器等等。

  3. 只有STM32能做的:基本没有。

小结

STM32能做的,树莓派都能做树莓派能做的,STM32不一定能做。

再来看看对于都可以做的东西,两者开发上有什么区别。以网络视频监控为例吧。STM32的开发流程是这样的:硬件选型→设计PCB→焊接→调试硬件→编写DCMI和RMII驱动→移植TCP/IP协议栈→调整摄像头驱动→编写网页服务器程序→完成。其中涉及的代码量非常大,不过好在都比较基础,爱好者还能应付一下。而树莓派的开发流程则完全不一样:买一台树莓派和一个摄像头→把摄像头连接到树莓派上→在树莓派上安装一个监控软件→完成,简直就像玩一样,半个小时就能完成。

对于爱好者来说,树莓派确实是利器,不用很长的时间就能实现很棒的效果,自己写程序也不是太复杂,就参考PC上的Linux程序编写教程就可以,因为网络协议、图形库这些都是现成的,省去了很多麻烦。不过,有利也有弊,树莓派是个高度封装的东西,如果想要借此学习ARM Linux的基础开发,我还是劝你转投2440的怀抱,因为树莓派说是开源硬件,但是实际上它的底层Bootloader和核心数据手册是闭源的,对于应用开发没有影响,但是学习原理就要命了。另一点,就是成本。如果你做的这个东西要量产,那么成本就变得很重要,基于STM32的网络监控方案可以比基于树莓派的方案成本低一半以上,这可是十分吸引人的。当然我只是举个例子,实际上,目前市场上网络监控用的既不是STM32,也不是树莓派,而是专门定制的ARM9。

那么对于爱好者,STM32有什么意义呢?看起来似乎上面提到的两个弊端都没什么关系啊。让我说的话,STM32的优点就是更为基础,这个理由和上面对于51单片机的观点是类似的,玩STM32可以学到更多基础的知识,脚踏实地慢慢来,路上的风景也很精彩啊,从零开始,看着自己的作品一点点完善,难道不是一件很有趣的事情吗?功利地说,如果要从事电子工程师的工作,这些知识和经验将会十分有用,因为工作也是和基础的东西打交道,无论是MCU还是MPU都一样,将要面对的,是赤裸裸的原理图和源代码,而不是apt-get install。

总结

讲了那么多,不知道大家对于这些东西的区别有没有一个大概的了解。我写这篇文章,并不是想告诉你“STM32好”、“树莓派超级棒”这种观点,而是希望大家能根据自己的爱好和需要,选择合适的产品,而不是盲目跟风。最后,祝大家玩得开心!

 

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