Raspberry Pi Pico 2, Pico W和RP2350微控器

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。

Raspberry Pi Pico 2

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。

ARM微控器架構

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。

Raspberry Pi Pico 2 W

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

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

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」。

Raspberry Pi Pico 2開發板的接腳

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)」。

Raspberry Pi Pico 2 W開發板的接腳

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