本文使用的Raspberry Pi Pico 2和Pico 2 W開發板由台灣樹莓派Sosorry先生贊助提供,特此感謝!
Raspberry Pi(樹莓派)和Arduino是電子DIY圈最知名的兩種開發板品牌。樹莓派基金會(Raspberry Pi Foundation)由 Eben Upton、Rob Mullins、Jack Lang、Alan Mycroft和Pete Lomas等人共同創立於2009年5月,其使命是促進電腦科學及相關主題的研究,尤其是在學校教育層面。該基金會於2012年2月推出一款售價35美元、信用卡大小的Raspberry Pi Model B單板微電腦,讓更多人得以接觸電腦資訊科技而聞名全球。
有別於非營利性質的基金會,樹莓派基金會創始人於 2012年成立Raspberry Pi Holdings plc,這是以商業實體的形式成立的公司,負責製造和銷售樹莓派產品,讓基金會能夠利用商業活動的收益來資助其教育計劃和公益項目。
2024年6月,Raspberry Pi Holdings plc在倫敦證券交易所首次公開募股上市(股票代號為RPI.L),為基金會的商業營運和慈善活動提供了額外的金援。該公司的最大股東是樹莓派基金會,持有約 49.08%的股份,其他主要股東包括Arm Holdings Plc(持股約 8.40%)、Lansdowne Partners LLP(約6.79%)、
樹莓派員工福利信託(約4.00%)、SW Investment Management LLC(約 3.59%)、The Ezrah Charitable Trust(3.32%)和Sony Group Corp(約 1.66%)。Stock Analysis(股票分析)網站的數據顯示,Raspberry Pi Holdings目前市值約12.4億英鎊。
相較之下,Arduino是一家私有公司,未在證券交易所公開交易。Arduino官網的簡介頁面,提到Arduino的使命是將電子和程式設計教育平民化,專注於提供簡單易用的開源軟硬體,滿足各種應用和技術層級的需求,讓藝術家、設計師、業餘愛好者以及任何有興趣創造互動裝置的人,不論其背景或專業知識為何,都能將想法付諸實行。根據LATKA網站的數據,Arduino公司共有435位員工,在2013年創下1.425億美元的營收。
附帶一提,一間名為Next Thing Co.的公司,於2015年透過Kickstarter募資活動成功推出一款9美元的單板微電腦,名為C.H.I.P.,具備1GHz ARMv7處理器、Wi-Fi、藍牙、512MB主記憶體和4GB快閃記憶體,可執行Debian Linux系統。不幸的是,因為供應鏈出了問題,該公司最終於2018年停止營運。
Raspberry Pi Pico 2和Pico 2 W開發板
樹莓派和Arduino的市場定位,原本沒有明顯交集,但2021年6月,樹莓派基金會發佈了自行研發的RP2040微控器(以下簡稱MCU),以及搭載此MCU的Raspberry Pi Pico微控制板(以下簡稱 Pico 1),並維持其一貫的親民定價,4美元,正式跨足微控器市場。但由於供不應求,加上疫情影響,實際難以用4美元買到Pico 1。
包括Arduino公司在內,其他廠商也有推出採用RP2040晶片,不同尺寸樣式和功能的微控制板,例如Arduino公司的Nano RP2040 Connect。
2024年8月,樹莓派基金會發表了第二款MCU產品RP2350,以及搭載此MCU的Pico 2微控制器板(這是原廠的技術規格書,PDF格式)。RP2350有兩個處理器核心,相當於兩個大腦,一個是ARM(安謀)架構,另一個是RISC-V架構。Pico 1的RP2040晶片,只有一個基於Cortex-M0+架構的ARM核心;RP2350採用Cortex-M33核心。
Cortex-M0+和Cortex-M33都是ARM專門為嵌入式系統開發的“Cortex-M”系列處理器核心;Cortex-M0+基於ARMv7-M架構,Cortex-M33基於ARMv8-M。用建設房屋來比喻,ARMv7-M和ARMv8-M相當於房屋的施工藍圖,提供建設公司一套建造標準;Cortex-M則是依造藍圖製造出來的房屋,建設公司(或屋主)可依照需要,在規範之內調整一些設計,例如,採用更好的建材或調整隔間。
也就是說,ARM設計了微處理器的標準(藍圖),而IC設計公司支付權利金給ARM,取得設計藍圖的使用權,然後根據自己的需求,開發出各種功能的ARM架構處理器。
Arduino UNO R4的瑞薩RA4M1微控器,也是一款採用Cortex-M4核心(基於ARMv7E-M架構)的ARM處理器。
RISC-V是完全開源的指令集架構(處理器藍圖),任何人都可以免費使用、修改和分發RISC-V的設計,因而降低處理器的開發成本。Arduino UNO R4 WiFi開發板的ESP32-S3晶片,其內部的超低功耗(ULP)協同處理器,也是採用RISC-V架構。雖然ARM沒有開放核心技術,但ARM公司提供了開發工具、大量的程式庫和參考設計等資源,方便廠商開發ARM架構的處理器,形成龐大的ARM生態系。
搭載 RP2350的Pico 2開發板也將快閃記憶體的容量從 Pico 1的2 MB擴充至 4 MB,結合倍增的內建主記憶體容量,可執行比Pico 1更複雜的程式和更先進的嵌入式作業系統。
2024年11月,樹莓派公司發布搭載RP2350微控器以及W-Fi 4和藍牙5.2晶片的Pico 2 W,也就是在Pico 2開發板加上一個無線通訊晶片,適合IoT物聯網應用。
RP2040和RP2350微控器
RP2530晶片有40隻腳的QFP-40封裝和I/O數更多的60腳版本(QFP-60封裝),Pico 2微控制板搭載的是與RP2040晶片相同的 QFP-40 封裝。下表列舉QFP-40封裝的RP2350與RP2040的一些異同。
RP2350 | RP2040 | |
CPU核心 | Cortex-M33處理器 × 2 或 Hazard3 RISC-V處理器 ×2 運作時脈:150MHz |
Cortex-M0+處理器 × 2 運作時脈:125MHz(上限:133MHz) |
浮點運算 | 內建雙精度加速器 | 硬體單精度(軟體為雙精度) |
晶片內建SRAM | 520KB | 264KB |
外部快閃記憶體 | 最高16 MB的QSPI 匯流排連線與 16 KB 的晶片內建快取記憶體(on-chip cache) | QSPI匯流排連線,最高16MB。 |
GPIO | 最多30腳 | 最多30腳 |
ADC | 4通道(FIFO 8) | 4通道(FIFO 4) |
PWM | 24通道 | 16通道 |
UART | 2組 | 2組 |
I2C | 2組 | 2組 |
SPI | 2組 | 2組 |
可程式IO(PIO) | 12個 | 8個 |
安全加密功能 | Arm TrustZone | 無 |
如上表所示,RP2350內部有兩個處理器核心,分別是Arm Cortex-M33,以及開源RISC-V架構,名為 Hazard 3的處理器。開機時,可選用其中一種處理器來執行程式。
Raspberry Pi Pico 2和Pico 2 W開發板的接腳
Pico 1和Pico 2開發板的接腳完全相容,可以互換,底下是Pico 2開發板的接腳圖,Pico 1的接腳和說明,請參閱「Raspberry Pi Pico微控制板(一):重磅出擊」。
第一代的Pico W和Pico 2 W開發板的接腳也完全相容,底下是Pico 2 W開發板的接腳圖,Pico W的接腳和說明,請參閱「搭載Wi-Fi與藍牙通訊晶片的Raspberry Pi Pico W微控制板(一)」。