?　　樹(shù)莓派（Raspberry Pi，RasPi/RPi）是由英國(guó)的慈善組織“Raspberry Pi 基金會(huì)”開(kāi)發(fā)，基于A(yíng)RM的微型電腦主板，只有信用卡大小，但卻具備一部個(gè)人計(jì)算機(jī)的基本功能?；饡?huì)開(kāi)發(fā)樹(shù)莓派的最初目的是為了提升學(xué)校計(jì)算機(jī)科學(xué)及相關(guān)學(xué)科的教學(xué)水平，培養(yǎng)青少年的計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)興趣和能力，同時(shí)期望能有更多的應(yīng)用被不斷開(kāi)發(fā)出來(lái)，并應(yīng)用到更多領(lǐng)域。然而，樹(shù)莓派自問(wèn)世以來(lái)就受到眾多計(jì)算機(jī)發(fā)燒友和創(chuàng)客的追捧，曾經(jīng)一“派”難求。目前，具有樹(shù)莓派生產(chǎn)許可的制造商主要有：

• Pi Swag（http://swag.raspberrypi.org）
• Premier Farnell/Element 14，中文名：e絡(luò)盟，簡(jiǎn)稱(chēng)E14（https://www.farnell.com/）
• RS Components，RS（http://www.rs-components.com/raspberrypi）

?　　這幾家制造商都有在網(wǎng)上出售樹(shù)莓派，不同廠(chǎng)家銷(xiāo)售的樹(shù)莓派僅在外觀(guān)上有細(xì)微的區(qū)別，配置、性能和使用是完全一樣，大家可以隨便選擇購(gòu)買(mǎi)。在國(guó)內(nèi)，我們可以很容易的從各大購(gòu)物網(wǎng)站上購(gòu)買(mǎi)到。

2.1 樹(shù)莓派硬件

?　　圖2.1 展示的是樹(shù)莓派3B+型主板，樹(shù)莓派3B+型是當(dāng)前最新的版本，在所有已發(fā)行的版本中性能最好，功能和接口最多，但功耗也相對(duì)較大。接下來(lái)的章節(jié)中，我們將主要采用該版本的樹(shù)莓派進(jìn)行介紹，下面首先對(duì)樹(shù)莓派的主要部件及接口的功能進(jìn)行介紹：

圖 2.1 樹(shù)莓派3B+

?　　1：SOC芯片
?　　樹(shù)莓派采用博通（Broadcom）BCM283X系列芯片作為SOC芯片，芯片上集成了CPU、GPU、DSP及SDRAM內(nèi)存等，其中CPU和GPU共享內(nèi)存，可以在系統(tǒng)中手工修改內(nèi)存占比。不同版本的樹(shù)莓派所采用的SOC芯片在結(jié)構(gòu)和性能上存在一定的差異。
?　　2：以太網(wǎng)接口
?　　以太網(wǎng)接口讓樹(shù)莓派能以有線(xiàn)的方式接入計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，這讓我們能輕松的訪(fǎng)問(wèn)互聯(lián)網(wǎng)，或遠(yuǎn)程登錄到樹(shù)莓派。樹(shù)莓派的以太網(wǎng)接口是利用USB總線(xiàn)實(shí)現(xiàn)的，數(shù)據(jù)通過(guò)USB總線(xiàn)進(jìn)行傳輸，大部分型號(hào)的樹(shù)莓派都提供有以太網(wǎng)接口。
?　　3：USB接口
?　　通用串行總線(xiàn)（Universal Serial Bus, USB）接口是計(jì)算機(jī)上最常見(jiàn)的接口，您可以用它來(lái)連接鍵盤(pán)、鼠標(biāo)、U盤(pán)、無(wú)線(xiàn)網(wǎng)卡等設(shè)備。當(dāng)USB接口的數(shù)量不夠用時(shí)，我們還可以通過(guò)USB集線(xiàn)器增加USB接口數(shù)量。
?　　4：HDMI接口
?　　高清多媒體接口（High Definition Multimedia Interface，HDMI）是一種全數(shù)字化視頻和聲音發(fā)送接口，用于傳輸未壓縮的音頻及視頻信號(hào)。通過(guò)它連接到配備有HDMI接口的顯示器（或電視機(jī)）上，就能顯示樹(shù)莓派的內(nèi)容。HDMI接口能夠同時(shí)傳輸視頻和音頻信號(hào)，因此我們使用的時(shí)候不需要在樹(shù)莓派的音頻接口連接揚(yáng)聲器，確實(shí)需要通過(guò)音頻接口播放聲音的，則需對(duì)操作系統(tǒng)的配置做相應(yīng)的修改。
?　　5：音頻及復(fù)合視頻接口
?　　音頻接口（3.5mm耳機(jī)插孔）在沒(méi)有用到HDMI連接的時(shí)候，可以使用標(biāo)準(zhǔn)3.5mm耳機(jī)插孔的揚(yáng)聲器或耳機(jī)播放音頻。同時(shí)，該接口還集成了復(fù)合視頻接口，具有復(fù)合音視頻輸出功能，一般用于連接舊型號(hào)的電視機(jī)，當(dāng)前已經(jīng)很少使用。
?　　6：DSI顯示器接口
?　　可以將LCD顯示器連接到樹(shù)莓派上，一般用于嵌入式產(chǎn)品開(kāi)發(fā)。通常情況下，HDMI接口已經(jīng)能滿(mǎn)足需求。
?　　7：CSI攝像頭接口
?　　利用CSI接口可以通過(guò)一條排線(xiàn)將CSI攝像頭連接到樹(shù)莓派上，輕松的進(jìn)行視頻錄制和圖像拍攝。與USB攝像頭相比，這種攝像頭模塊的性能更為出色。
?　　8：通用輸入輸出接口（General Purpose Input Output，GPIO）
?　　通用輸入輸出接口（General Purpose Input Output，GPIO）在樹(shù)莓派主板上被設(shè)計(jì)成具有兩排引腳的插槽。GPIO可以用于連接各種外圍電子設(shè)備和傳感器，通過(guò)輸入/輸出電平信號(hào)，以控制或監(jiān)控這些設(shè)備。例如，可以使用GPIO控制直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速，或是讀取超聲波傳感器的測(cè)量距離等。GPIO的這些功能特性使得樹(shù)莓派有別于普通計(jì)算機(jī)主板，因?yàn)樗o予開(kāi)發(fā)人員手工操作的自由。我們將在后續(xù)章節(jié)中對(duì)GPIO做進(jìn)一步介紹，并大量的使用它們。
?　　9：SD卡插槽
?　　SD卡插槽位于樹(shù)莓派主板背面。SD/MicroSD卡是樹(shù)莓派必備的存儲(chǔ)部件，用于安裝操作系統(tǒng)和存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，SD卡的容量應(yīng)在2GB以上。為了能有更好的使用體驗(yàn)，建議為您的樹(shù)莓派配備大容量（16G以上）的高速（Class10以上）的SD卡。
?　　10：Micro USB供電接口
?　　 Micro USB供電接口是樹(shù)莓派主要的供電方式之一，額定電壓5V，不同版本的樹(shù)莓派的標(biāo)準(zhǔn)電流要求略有區(qū)別，例如：1B型只要700mA，而3B+型則需要2.5A，很多安卓（Android）手機(jī)的充電器都能為樹(shù)莓派提供必要的電壓和電流。樹(shù)莓派的電流需求還與其連接的外部設(shè)備有關(guān)，建議在使用的時(shí)候應(yīng)事先計(jì)算好，為樹(shù)莓派選擇合適電流（功率）的電源，當(dāng)外接設(shè)備功率較大時(shí)，應(yīng)該采用獨(dú)立的電源為外部設(shè)備供電。
?　　11：WiFi及藍(lán)牙模塊
?　　 WiFi功能讓樹(shù)莓派能夠以無(wú)線(xiàn)的方式接入計(jì)算機(jī)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通，藍(lán)牙功能則讓樹(shù)莓派能與具備藍(lán)牙功能的設(shè)備（如鼠標(biāo)、鍵盤(pán)、手柄等）進(jìn)行連接使用。目前，僅3B型、3B+型和Zero W型樹(shù)莓派自帶WiFi和藍(lán)牙功能（兩者集成在一個(gè)芯片上），對(duì)于其他型號(hào)的樹(shù)莓派，您可以通過(guò)外接USB WiFi（藍(lán)牙）適配器實(shí)現(xiàn)。我們將在后續(xù)章節(jié)對(duì)WiFi和藍(lán)牙的使用作進(jìn)一步介紹。
?　　12：以太網(wǎng)供電（PoE）接口
?　　 有源以太網(wǎng)(Power Over Ethernet, PoE)是指利用以太網(wǎng)進(jìn)行電力傳輸?shù)囊环N技術(shù)。樹(shù)莓派3B+型在原有的Micro USB和GPIO供電的基礎(chǔ)上，新增了以太網(wǎng)供電方式，用戶(hù)可以使用網(wǎng)線(xiàn)為樹(shù)莓派供電，而不需要配置額外的電源，這為某些應(yīng)用場(chǎng)景提供了極大的便利。

?　　 自2011年12月第一款樹(shù)莓派問(wèn)世以來(lái)，樹(shù)莓派基金會(huì)已經(jīng)發(fā)布了多個(gè)版本的樹(shù)莓派主板，各版本的差異如表2.1所示。通常，功能較多、性能較高的版本，其體積和功耗也相對(duì)較大，我們應(yīng)該根據(jù)實(shí)際需求選擇合適的版本，而不是盲目的使用功能多、性能高的版本。根據(jù)實(shí)際需要，在后續(xù)的章節(jié)中我們將主要使用樹(shù)莓派3B+型進(jìn)行介紹。

表 2.1 樹(shù)莓派版本對(duì)照表

2.2 樹(shù)莓派軟件

2.2.1 操作系統(tǒng)

?　　 樹(shù)莓派支持多種操作系統(tǒng)，主要基于Liunx和Windows，大多可以在樹(shù)莓派基金會(huì)的官網(wǎng)（www.raspberrypi.org）找到，以下簡(jiǎn)單介紹兩款具有代表性的操作系統(tǒng)。

• Raspbian
  ?　　 Raspbian是樹(shù)莓派基金會(huì)的官方操作系統(tǒng)，基于Debian GNU/Linux定制，能運(yùn)行在所有版本的樹(shù)莓派主板上。根據(jù)使用經(jīng)驗(yàn)，Raspbian與樹(shù)莓派結(jié)合得最好，運(yùn)行穩(wěn)定、功能強(qiáng)大、使用方便，基本能滿(mǎn)足各種應(yīng)用需求，因此強(qiáng)烈建議將Raspbian作為樹(shù)莓派的首選操作系統(tǒng)。在后續(xù)的章節(jié)中我們將進(jìn)一步對(duì)Raspbian的使用作詳細(xì)的介紹，并在上面進(jìn)行各類(lèi)應(yīng)用開(kāi)發(fā)。
• Windows 10 IoT Core
  ?　　 Windows 10 IoT Core是微軟公司專(zhuān)門(mén)為物聯(lián)網(wǎng)生態(tài)打造的操作系統(tǒng)，Windows 10 IoT Core則是Windows 10 IoT操作系統(tǒng)的核心版本，功能相對(duì)精簡(jiǎn)，可以在2B型以上的樹(shù)莓派運(yùn)行。Windows 10 IoT Core的安裝和使用在此就不作詳細(xì)介紹，有興趣可訪(fǎng)問(wèn)微軟公司的網(wǎng)站獲取更多的資料。

?　　 除以上介紹的兩款操作系統(tǒng)，還有多款支持樹(shù)莓派的操作系統(tǒng)，如Ubuntu MATE、OSMC、LibreELEC、PiNet、RISC OS等，至于選擇那一種，則取決于您想要用樹(shù)莓派做什么。如果想將樹(shù)莓派作為普通的計(jì)算機(jī)使用，或用于電子項(xiàng)目開(kāi)發(fā)的話(huà)，那么Raspbian是個(gè)非常好的選擇。如果您打算將樹(shù)莓派作為媒體中心使用，那么可以考慮使用OSMC或LibreELEC。

2.2.2 編程語(yǔ)言

?　　 對(duì)于樹(shù)莓派來(lái)說(shuō)，有許多編程語(yǔ)言可用，事實(shí)上任何可以為ARM架構(gòu)編譯的語(yǔ)言（如C語(yǔ)言等）都可用于樹(shù)莓派，其中最流行的語(yǔ)言應(yīng)該算Python。事實(shí)上，樹(shù)莓派名字中的Pi就是受單詞Python的啟發(fā)而取的。Python是一種解釋型、面向?qū)ο?、?dòng)態(tài)數(shù)據(jù)類(lèi)型的高級(jí)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，功能強(qiáng)大、兼容性好、可靠性高，Python程序易于編寫(xiě)和閱讀。當(dāng)前，Python有兩個(gè)主要版本：Python 2和Python 3，兩個(gè)版本一直保持有更新維護(hù)，但人們對(duì)到底該使用哪個(gè)版本至今仍存在爭(zhēng)議，您可以訪(fǎng)問(wèn)Python的官網(wǎng)（www.python.org）了解更多的相關(guān)內(nèi)容，今后我們將主要使用Python 3進(jìn)行開(kāi)發(fā)介紹。另外，由于樹(shù)莓派的兼容性非常好，我們?cè)?B+型上寫(xiě)的程序幾乎不需要要修改就能在Zero W型上運(yùn)行。

2.3 本章小結(jié)

?　　 本章介紹了樹(shù)莓派主板的主要部件和功能，并對(duì)各版本的樹(shù)莓派進(jìn)行了比較，同時(shí)介紹了樹(shù)莓派的操作系統(tǒng)和編程語(yǔ)言，讓讀者對(duì)樹(shù)莓派有個(gè)基本的了解，為接下來(lái)的課程打基礎(chǔ)。