树莓派 5 - 入门教程_树莓派5

本文翻译自官网

前言

我们重新定义了 Raspberry Pi 的使用体验，它的速度是上一代产品的 2-3 倍，并采用了自主设计的芯片，以实现最佳性能。

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一、介绍

今天，我们非常高兴地宣布 Raspberry Pi 5 将于 10 月底上市。4GB 版本的售价为 60 美元，8GB 版本的售价为 80 美元（另加当地税费），该平台的几乎每个方面都进行了升级，为用户提供了不折不扣的用户体验。Raspberry Pi 5 配备了新功能，速度是前代产品的两倍多，而且是首款采用英国剑桥内部设计的芯片的 Raspberry Pi 计算机。

上市时间：10月底
价格：4G 为 60 美元，8G 为 80美元

二、主要参数功能

1. 2.4GHz 四核 64 位 Arm Cortex-A76 CPU
2. VideoCore VII GPU，支持 OpenGL ES 3.1 和 Vulkan 1.2
3. 双 4Kp60 HDMI® 显示输出
4. 4Kp60 HEVC 解码器
5. 双频 802.11ac Wi-Fi®
6. 蓝牙 5.0 / 低功耗蓝牙 (BLE)
7. 高速 microSD 卡接口，支持 SDR104 模式
8. 2 × USB 3.0 端口，支持 5Gbps 同步运行
9. 2 × USB 2.0 端口
10. 千兆以太网，支持 PoE+（需要单独的 PoE+ HAT，即将推出）
11. 2 × 4 通道 MIPI 摄像头/显示器收发器
12. 用于快速外设的 PCIe 2.0 x1 接口
13. Raspberry Pi 标准 40 引脚 GPIO 接头
14. 实时时钟
15. 电源按钮

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2.1 新平台，新芯片组

三款新芯片，每款都是专为 Raspberry Pi 5 计划设计的，共同带来性能上的飞跃。

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2.1.1 BCM2712

BCM2712 是 Broadcom 新推出的一款 16 纳米应用处理器 (AP)，源自为 Raspberry Pi 4 提供动力的 28 纳米 BCM2711 AP，在架构上进行了大量改进。它的核心是一个四核 64 位 Arm Cortex-A76 处理器，主频为 2.4GHz，每核二级缓存为 512KB，共享三级缓存为 2MB。Cortex-A76 在微体系结构上比 Cortex-A72 进步了三代，每时钟指令数（IPC）更多，每指令能耗更低。更新的内核、更高的时钟速度和更小的工艺几何尺寸相结合，使 Raspberry Pi 的速度更快，在给定的工作负载下功耗更低。

我们更新、更快的 CPU 与更新、更快的 GPU 相辅相成： 博通公司的 VideoCore VII 在剑桥开发，Igalia 的朋友提供了完全开源的 Mesa 驱动程序。更新的 VideoCore 硬件视频缩放器 (HVS) 能够同时驱动两台 4Kp60 HDMI 显示器，比 Raspberry Pi 4 上的单路 4Kp60 或双路 4Kp30 有所提高。由 Raspberry Pi 开发的 4Kp60 HEVC 解码器和新的图像传感器管道（ISP）完善了多媒体子系统。为了保证系统的内存带宽，我们采用了 32 位 LPDDR4X SDRAM 子系统，运行速度为 4267MT/s，高于 Raspberry Pi 4 上的 2000MT/s。

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2.1.2 RP1

前几代 Raspberry Pi 是基于单片式 AP 架构构建的：虽然某些外设功能由外部设备提供（Raspberry Pi 4 上的 Via Labs VL805 USB 控制器和集线器，以及早期产品上的 Microchip LAN951x 和 LAN7515 USB 集线器和以太网控制器芯片），但基本上所有的 I/O 功能都集成在 AP 本身中。在 Raspberry Pi 发展史的早期，我们就意识到，随着 AP 逐步迁移到更新的工艺节点，这种方法最终将在技术和经济上难以为继。

相比之下，Raspberry Pi 5 采用的是分解式芯片组架构。在这里，只有主要的快速数字功能、SD 卡接口（出于电路板布局的考虑）和最快的接口（SDRAM、HDMI 和 PCI Express）由 AP 提供。所有其他 I/O 功能都卸载到一个单独的 I/O 控制器上，该控制器在一个更旧、更便宜的工艺节点上实现，并通过 PCI Express 与 AP 相连。

RP1 是我们为 Raspberry Pi 5 设计的 I/O 控制器，由 Raspberry Pi 提供 RP2040 微控制器的同一团队设计，与 RP2040 一样采用台积电成熟的 40LP 工艺实现。它提供两个 USB 3.0 和两个 USB 2.0 接口、一个千兆以太网控制器、两个用于摄像头和显示器的四通道 MIPI 收发器、模拟视频输出、3.3V 通用 I/O (GPIO)，以及常用的 GPIO 多路复用低速接口（UART、SPI、I2C、I2S 和 PWM）。一个四通道 PCI Express 2.0 接口可提供每秒 16Gb 的速度连接 BCM2712。

RP1 自 2016 年开始开发，是 Raspberry Pi 有史以来开发时间最长、最复杂、（耗资 1500 万美元）最昂贵的项目。这些年来，随着我们的预计需求发生变化，它也经历了实质性的演变：Raspberry Pi 5 上使用的 C0 步骤是该芯片的第三次重大修订。虽然其接口在细节上与 BCM2711 有所不同，但从功能角度来看，它们的设计非常相似，从而确保了与早期 Raspberry Pi 设备的高度兼容性。

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2.1.3 DA9091

BCM2712 和 RP1 由该芯片组的第三个新元件 Renesas DA9091 "Gilmour "电源管理 IC (PMIC) 提供支持。它集成了八个独立的开关模式电源，可产生电路板所需的各种电压，包括一个四相内核电源，能够提供 20 安培的电流，为 BCM2712 中的 Cortex-A76 内核和其他数字逻辑供电。

与 BCM2712 一样，DA9091 也是多年合作开发的成果。与爱丁堡的瑞萨团队紧密合作，使我们能够生产出精确满足我们需求的 PMIC。此外，我们还加入了两项我们经常要求的功能：实时时钟（RTC），可由外部超级电容器或可充电锂锰电池供电；PC 式电源按钮，支持硬、软关机和开机事件。

Raspberry Pi 4 还保留了芯片组的另外两个元素。英飞凌 CYW43455 组合芯片提供双频 802.11ac Wi-Fi 和蓝牙 5.0 以及低功耗蓝牙 (BLE)；芯片本身没有变化，但提供了专用的开关电源轨以降低功耗，并通过升级的 SDIO 接口与 BCM2712 连接，该接口支持 DDR50 模式以提高潜在吞吐量。与以前一样，以太网连接由 Broadcom BCM54213 千兆位以太网 PHY 提供；现在，它的位置呈 45 度角，这在 Raspberry Pi 上尚属首次，也令正交布局爱好者兼首席技术官（软件）Gordon Hollingworth 感到失望。

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2.2 外形演变

从外观上看，Raspberry Pi 5 与前代产品非常相似。不过，在保留信用卡大小的整体尺寸的同时，我们也借此机会更新了一些设计元素，以适应新芯片组的功能。

我们取消了电路板上的四极复合视频和模拟音频插孔。复合视频现在由 RP1 生成，仍可从电路板底部边缘的一对 0.1 "间距焊盘上获得。

现在，我们在以前由四极插孔和摄像头连接器占据的位置上安装了一对 FPC 连接器。它们是四线 MIPI 接口，采用与各代计算模块 I/O 板上相同的高密度引脚布局；它们是双向（收发器）接口，这意味着每个接口既可以连接 CSI-2 摄像头，也可以连接 DSI 显示器。电路板左侧以前由显示器连接器占据的空间现在包含一个较小的 FPC 连接器，为高速外设提供单通道 PCI Express 2.0 连接。

千兆以太网插孔在 Raspberry Pi 4 的右上角短暂停留后，又回到了它在电路板右下角的经典位置。它还带来了四针 PoE 连接器，简化了电路板布局，但代价是与现有 PoE 和 PoE+ HAT 的兼容性断裂。

最后，我们为散热片增加了一对安装孔，并为 RTC 电池（两个引脚）、Arm 调试和 UART（三个引脚）以及带 PWM 控制和转速反馈（四个引脚）的风扇增加了 JST 连接器。

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2.3 剑桥设计，威尔士制造

与所有 Raspberry Pi 旗舰产品一样，Raspberry Pi 5 也是在位于南威尔士 Pencoed 的索尼英国技术中心制造的。自 2012 年推出第一台 Raspberry Pi 电脑以来，我们一直与索尼合作，我们坚信在距离我们剑桥工程设计中心几小时车程的地方制造产品的好处：与索尼团队十年的频繁互动帮助我们了解了如何设计能够可靠、廉价和大规模制造的产品。

Raspberry Pi 5 标志着一系列制造创新的引入。其中之一是连接器的侵入式回流焊，它提高了产品的机械质量，增加了产量，并从生产流程中消除了成本高、能耗大的选择性焊接或波峰焊工艺。其他技术还包括可使电路板边缘更整洁的全布线面板单层焊接技术，以及从我们的 RP2040 微控制器规模测试经验中汲取灵感的全新生产测试方法。

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2.4 配件、配件、配件

每款新的旗舰 Raspberry Pi 产品都会配备新的配件，Raspberry Pi 5 也不例外。布局的变化、新的接口、更高的峰值性能（峰值功耗增加较小）促使我们重新设计了一些现有的配件，并开发了一些全新的配件。

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2.4.1 外壳

Raspberry Pi 5 的升级版机箱售价 10 美元，在其前身 Raspberry Pi 4 的美学基础上增加了大量新的可用性和热管理功能。

集成的 2.79（最大）CFM 风扇采用流体动力轴承，噪音低，使用寿命长，可连接 Raspberry Pi 5 上的四针 JST 连接器，提供温控冷却。空气通过盖子下方的 360 度槽吸入，吹过连接在 BCM2712 AP 上的散热片，然后通过底座上的连接器孔和通风口排出。

我们加长了机箱并调整了固定功能，这样就可以在不移除 SD 卡的情况下插入 Raspberry Pi 5 板。通过移除机箱顶部，现在可以堆叠多个机箱，还可以使用垫片和 GPIO 接头扩展器在风扇顶部安装 HAT。

与我们的所有塑料产品一样，新机箱由我们在英国西米德兰兹郡的朋友 T-Zero 生产。

2.4.2 主动冷却器

Raspberry Pi 5 设计用于在无外壳、无主动散热的情况下处理典型的客户端工作负载。如果用户希望在无外壳的情况下使用该电路板，以承受持续的大负载，而不出现节流现象，则可以选择加装一个价值 5 美元的主动散热器。它通过两个新的安装孔连接到电路板上，并与机箱风扇连接到相同的四针 JST 连接器上。

径向鼓风机同样是为了低噪音和延长使用寿命而选择的，它推动空气通过挤压和铣削的铝制散热片。在典型环境温度和最恶劣负载条件下，机箱和主动冷却器都能将 Raspberry Pi 5 控制在热节流点以下。Active Cooler 的散热性能略胜一筹，特别适合超频玩家使用。

2.4.3 27W USB-C 电源

在运行相同的工作负载时，Raspberry Pi 5 的功耗比 Raspberry Pi 4 低得多，运行温度也低得多。然而，更高的性能上限意味着，对于最密集的工作负载，特别是病态的 "功率病毒 "工作负载，峰值功耗会增加到 12W 左右，而 Raspberry Pi 4 只有 8W。

在 Raspberry Pi 5 上使用标准 5V 3A (15W) USB-C 电源适配器时，默认情况下我们必须将下游 USB 电流限制为 600mA，以确保有足够的余量支持这些工作负载。这比 Raspberry Pi 4 上的 1.2A 限制要低，但通常仍足以驱动鼠标、键盘和其他低功耗外设。

对于希望驱动硬盘驱动器和固态硬盘等高功率外设，同时为峰值工作负载保留裕量的用户，我们提供了一款价值 12 美元的 USB-C 电源适配器，它支持 5V 5A (25W) 工作模式。如果 Raspberry Pi 5 固件检测到该电源，就会将 USB 电流限制提高到 1.6A，从而为下游 USB 设备提供 5W 的额外功率和 5W 的额外板载功率预算：这对那些想尝试对 Raspberry Pi 5 进行超频的用户来说是一大福音。

值得注意的是，用户可以选择覆盖电流限制，即使在使用 3A 适配器时也可以指定更高的值。在我们的测试中，我们发现在这种模式下，Raspberry Pi 5 在典型配置的高功率 USB 设备和最严重的工作负载下都能完美运行。

2.4.4 相机和显示屏电缆

新的、密度更高的 MIPI 连接器引脚布局意味着需要一个适配器才能将我们自己的相机和显示器以及第三方产品连接到 Raspberry Pi 5。

为了支持现有的摄像头和显示器用户，我们提供了 FPC 摄像头和显示器电缆，可将高密度格式（现称为 “迷你”）转换为旧的低密度格式（现称为 “标准”）。这些电缆有 200 毫米、300 毫米和 500 毫米三种长度，售价分别为 1 美元、2 美元和 3 美元。

照相机模块 3、高质量照相机、全局快门照相机和触摸屏显示器都将随附标准到标准和 200 毫米微型到标准电缆。

2.4.5 PoE+ HAT

从 2024 年初开始，我们将提供新的 PoE+ HAT。该产品支持四针 PoE 接头的新位置，采用 L 型外形，可安装在 Raspberry Pi 5 外壳内，不会造成机械干扰或影响气流。

PoE+ 帽子原型。我们还不知道量产版会是什么样子，但我们知道它不会是这个样子。
新型 PoE+ HAT 将平面变压器集成到 PCB 布局中，并利用优化的反激式转换器架构，在整个 0 至 25W 输出功率范围内保持高效率。

2.4.6 M.2 HATs

Raspberry Pi 5 最令人兴奋的新增功能之一是单通道 PCI Express 2.0 接口。该接口用于支持快速外设，位于电路板左侧的一个 16 针、0.5 毫米间距的 FPC 连接器上。

从 2024 年初开始，我们将提供一对机械适配器板，在该连接器和 M.2 标准子集之间进行转换，使用户能够连接 NVMe 固态硬盘和其他 M.2 格式配件。第一个转接板符合标准的 HAT 外形尺寸，用于安装较大的设备。第二种与新的 PoE+ HAT 一样采用 L 形外形，支持在 Raspberry Pi 5 外壳内安装 2230 和 2242 格式的设备。

2.4.7 《Raspberry Pi 入门指南》第 5 版

这本畅销书《Raspberry Pi 入门指南》的新版本采用了全新的外观和风格，RRP 为 19.99 英镑（24.99 美元），是 Raspberry Pi 计算机和配件的权威手册。它已全面更新，涵盖了 Raspberry Pi 5 和即将发布的基于 Debian Bookworm 的 Raspberry Pi 操作系统。

2.4.8 RTC 电池

最后，但并非最不重要的是，我们采购了一个松下锂锰可充电纽扣电池，预装了一个两针 JST 插头和一个安装胶垫。该电池售价 5 美元，适合在主电源断开时为 Raspberry Pi 5 实时时钟 (RTC) 供电。

2.4.9 更新、更好的 Raspberry Pi 操作系统

在 Raspberry Pi 5 计划进入最后阶段的同时，我们的软件团队一直忙于开发新版本的 Raspberry Pi OS，这是 Raspberry Pi 设备的官方第一方操作系统。该版本基于 Debian（及其衍生版本 Raspbian）的最新版本，代号为 “Bookworm”，并集成了大量增强功能，特别是在 Raspberry Pi 4 和 5 上从 X11 过渡到 Wayfire Wayland 合成器。

Raspberry Pi OS 将于 10 月中旬发布，是 Raspberry Pi 5 唯一受支持的第一方操作系统。请继续关注这里：我们将向你介绍新操作系统的更多信息，你将能在 Raspberry Pi 5 于 10 月下旬上架前不久下载到它。

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