树莓派自主开发芯片,开发板仅售4美元

电子工程世界 2021-01-22
日前,树莓派宣布推出首款MCU级产品: 树莓派 Pico,售价仅为4美元,基于RP2040 MCU构建,这是树莓派开发的全新芯片。 无论您是要寻找用于深层开发的独立开发板还是树莓派计算机的配套产品,还是要使用微控制器迈出第一步,这都是适合您的开发板。

现在已经可以从授权经销商在线购买树莓派 Pico。

微型计算机和微控制器




我们最喜欢的许多项目,从黄瓜分拣机到高空气球,都将树莓派连接到了物理世界:树莓派上运行的软件读取传感器,执行计算,网络对话及驱动执行器。这种桥接软件和硬件世界的能力为树莓派持久流行做出了贡献,迄今为止已售出3700万台。

但是树莓派也有局限性:即使在最低功率模式下,树莓派Zero功耗约100毫瓦;树莓派本身不支持模拟输入。尽管可以在树莓派上运行“裸机”软件,但是在像Linux这样的通用操作系统下运行的软件却不太适合单个I/O引脚的低延迟控制。

许多业余爱好者和工业应用程序都将树莓派与微控制器配对使用。其中树莓派负责繁重的计算、网络访问和存储,而微控制器则处理模拟输入和低延迟I / O,有时还提供低功耗的待机模式。

到目前为止,我们还无法找到一种方法来制作自己的引人注目的微控制器级产品。要制造我们真正想要制造的产品,首先我们必须学习制造自己的芯片。

如今,似乎每个水果公司都在制造自己的芯片,我们也不例外。RP2040建立在我们从产品Sense HAT到树莓派400使用其他微控制器的经验教训的基础上,这是我们内部芯片团队多年努力的结果。

RP2040芯片介绍




RP2040有三个主要设计目标:高性能,尤其是整数工作负载;灵活的I/O,使我们可以与几乎所有外部设备进行通讯;以及低成本,以消除进入壁垒。我们最终获得了一个功能强大的芯片,Die面积仅为2平方毫米,采用40 nm工艺,封装尺寸为7×7 mm QFN-56封装中。

RP2040具有:
  • 双核Arm Cortex-M0+ @133MHz

  • 264KB片上RAM

  • 通过专用QSPI总线支持多达16MB的片外闪存

  • DMA控制器

  • 内插器和整数除法器外设

  • 30个GPIO引脚,其中4个可用作模拟输入

  • 2个UART,2个SPI控制器和2个I2C控制器

  • 16×PWM通道

  • 1个USB 1.1控制器和PHY,具有主机和设备支持

  • 8个树莓派可编程I / O(PIO)状态机

  • 具有UF2支持的USB大容量存储启动模式,支持拖放式编程

这不仅是一个功能强大的芯片,它还可以帮助您充分利用这一强大功能。凭借六个独立的RAM组以及位于其总线结构核心的完全连接的交换机,您可以轻松地安排内核和DMA引擎并行运行而不会产生争用冲突。

对于高级用户,我们提供了完整的C SDK,基于GCC的工具链和Visual Studio Code集成。

由于Cortex-M0 +缺少浮点单元,因此我们委托了流行的Qfplib库的作者Mark Owen调试了优化的浮点函数。它们比同等的GCC库要快得多,并且在任何基于RP2040的产品上都获得了许可。

RP2040具有两个快速内核和大量片上RAM,是机器学习应用程序的绝佳平台。

对于初学者和其他喜欢高级语言的用户,我们与MicroPython的创建者Damien George合作,为RP2040构建了一个完美接口。它展示了芯片的所有硬件功能,包括创新的PIO子系统。我们的朋友Aivar Annamaa向流行的Thonny IDE添加了RP2040 MicroPython支持。

树莓派Pico



树莓派Pico是基于RP2040设计的低成本开发板。 它包括RP2040、2MB闪存和一个支持1.8-5.5V输入电压的电源芯片。 这使您可以从多种来源为Pico供电,包括两种三个串联的AA电池,或单个锂离子电池。

Pico提供了一个按钮和一个LED,该按钮可在引导时进入USB大容量存储模式(也可作为常规输入)。RP2040上30个GPIO引脚中的26个(包括四个模拟输入中的三个)在0.1英寸间距的焊盘上。可将接头连接器焊接到这些焊盘上,或者利用其cast形边缘将Pico直接焊接到载板上。量产型客户还可以购买到卷带型产品。

Pico PCB布局是与RP2040芯片和封装共同设计的,我们对它的结果感到非常满意:两层PCB带有坚固的接地层和GPIO分支。


树莓派 Pico文档


我们对RP2040的期望不仅是生产最好的芯片,而且是用最好的文档支持该芯片。一年前加入我们的Alasdair Allan监督了整个工程团队的巨大努力,以简单,易于理解的示例记录设计的各个方面,以帮助您充分利用Raspberry。

树莓派 Pico辅助书籍


为了帮助您充分利用Pico,Gareth Halfacree和Ben Everard编写了“树莓派Pico上的MicroPython入门”指南,对于初次接触微控制器的初学者来说是理想的选择。

树莓派 Foundation的同事还制作了一个教育项目,以帮助简化树莓派Pico的开发难度。


合作伙伴


在过去的几个月中,我们一直与Adafruit,Arduino,Pimoroni和Sparkfun的朋友合作,为树莓派 Pico以及在RP2040平台上构建的各种其他电路板创建配件。以下这些只是今天可以购买或预订的一些产品。

Adafruit Feather RP 2040


Feather RP 2040开发板可以将RP 2040融入数百种开发板的Feather生态系统中。开发板尺寸为2″ × 0.9″,具有USB C,电池充电,4MB QSPI闪存,STEMMA QT I2C连接器和可选的SWD调试端口。大量的GPIO可与任何Feather Wing配合使用,以及数百个可即插即用的Qwiic / QT / Grove传感器。


Adafruit Itsy Bitsy RP 2040


Itsy Bitsy RP 2040是超小型开发板,但是它仍然具有许多GPIO,4MB的QSPI闪存,启动和重置按钮,内置的RGB NeoPixel,甚至还有5V输出逻辑引脚,因此非常适合Neo Pixel项目。


Arduino Nano RP2040


Arduino是市场上最受欢迎的产品之一,现在也引入了RP2040系列:Arduino Nano。Arduino Nano RP2040 Connect将RP2040的功能与高质量的MEMS传感器(9轴IMU和麦克风),高效的电源管理,强大的WiFi /蓝牙模块和ECC608加密芯片相结合,使任何人都能创建安全的物联网应用。


Pimoroni PicoSystem


PicoSystem是基于RP2040的手柄模型开发板。它带有一个简单,快速的软件库,以及一些游戏Demo。或者只是将其插入USB,然后将树莓派Verse中的软件直接移植过来。


Pimoroni Pico Explorer Base


Pico Explorer通过提供更多的周边,减少硬件学习者的负担。它提供了轻松的扩展功能。


SparkFun Thing Plus–RP2040


Thing Plus–RP2040是一款低成本、高性能的板卡,具有灵活的数字接口。该板具有Feather兼容的Thing Plus外形尺寸和18个GPIO引脚,提供SD卡插槽,16MB闪存,JST单电池连接器(带有充电电路和电量计传感器),可寻址的WS2812 RGB LED,JTAG PTH引脚,安装孔和Qwiic连接器,用于添加来自SparkFun快速连接的I2C设备。


SparkFun MicroMod RP2040


MicroMod RP2040是SparkFun的MicroMod模块化接口系统的一部分。MicroMod M.2连接器可轻松地将RP2040开发板与MicroMod载板连接,从而为项目提供所需的输入和输出。


SparkFun Pro Micro–RP2040


Pro Micro RP2040支持USB,它具有WS2812B可寻址LED,启动按钮,重置按钮,Qwiic连接器,USB-C和带齿垫。


致谢名单




可以说,我们在创建树莓派 Pico方面已经走了很长的路。芯片开发是一项复杂的业务,需要许多不同人才的支持。以下是为RP2040和树莓派 Pico项目做出贡献的人员的不完整列表:

Dave Akerman, Sam Alder, Alasdair Allan, Aivar Annamaa, Jonathan Bell, Mike Buffham, Dom Cobley, Steve Cook, Phil Daniell, Russell Davis, Phil Elwell, Ben Everard, Andras Ferencz, Nick Francis, Liam Fraser, Damien George, Richard Gordon, F Trevor Gowen, Gareth Halfacree, David Henly, Kevin Hill, Nick Hollinghurst, Gordon Hollingworth, James Hughes, Tammy Julyan, Jason Julyan, Phil King, Stijn Kuipers, Lestin Liu, Simon Long, Roy Longbottom, Ian Macaulay, Terry Mackown, Jon Matthews, Nellie McKesson, Rod Oldfield, Mark Owen, Mike Parker, David Plowman, Dominic Plunkett, Graham Sanderson, Andrew Scheller, Serge Schneider, Nathan Seidle, Vinaya Puthur Sekar, Mark Sherlock, Martin Sperl, Mike Stimson, Ha Thach, Roger Thornton, Jonathan Welch, Simon West, Jack Willis, Luke Wren, David Wright.

我们还要感谢Sony Pencoed和Sony Inazawa,Microtest和IMEC的朋友为这一项目得以实现所提供的帮助。
本文作者:树莓派COO James Adams

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