树莓派、 Arduino 、传统单片机开发板该如何选择？

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2016-10-31 16:41 | 《无线电》杂志

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

△ 传统单片机

△ 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**源硬件的比较图。
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**。 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**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**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**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！