Tổng Quan Về Các Công Cụ Phát Triển Raspberry Pi, Arduino Và MCU

1- Giới thiệu chung

Đối với những người đam mê công nghệ điện tử, kỹ thuật lập trình thì chắc chắn rằng họ đã rất quen thuộc với Raspberry Pi, Arduino và MCU (bộ vi điều khiển) . Raspberry Pi là từ dùng để chỉ các máy tính bo mạch đơn, chúng có thể được sử dụng như một chiếc máy tính tí hon. Nó sử dụng chip vi điều khiển ARM và chạy trên hệ điều hành Linux hoặc hệ điều hành Windows.

Arduino là một công cụ phát triển dựa trên mã nguồn mở, không phải chip, cũng không phải bảng mạch. Nó có thể hỗ trợ tích hợp phát triển với nhiều loại chip xử lý và bên trong nó có rất nhiều thư viện. MCU là một máy tính nhỏ trên một chip bán dẫn tích hợp dùng để chỉ lõi bộ xử lý trung tâm với một số mạch ngoại vi, hay còn được gọi là SOC (hệ thống trên một vi mạch). 

Raspberry Pi 3

2- Ban phát triển cho con người

Một vài thập kỷ trước, những tính đồ đam mê điện tử thích nhất là máy hàn chì, bảng mạch và radio. Trong hơn một thập kỷ gần đây, máy tính chip đơn đã xuất hiện và bắt đầu thu hút những người đam mê. Đến năm 2015, sự phát triển liên tục của công nghệ vá đã làm cho bảng mạch trở nên ít hữu dụng hơn và giảm giá thành của bảng mạch xuống mức hợp lý.

Làm cho việc mua các bảng mạch làm sẵn đó dần dần trở thành một xu hướng và chúng ta có một sự lựa chọn vô cùng phong phú. Một mặt, nó là phần cứng mã nguồn mở do Arduino và Raspberry Pi dẫn đầu; mặt khác, nó là hội đồng quản trị phát triển MCU truyền thống được dẫn đầu bởi STM32, chip đơn 51 (Intel 8051) và S3C2440. 

Bất kể chúng thuộc bên nào, thì CPU mà các bo mạch đó sử dụng được chia hai loại: MCU (vi điều khiển hoặc máy tính vi mạch đơn) và MPU (vi xử lý). Sự khác biệt cơ bản của các bo mạch là nằm ở MMU (đơn vị quản lý bộ nhớ), tức là hỗ trợ không gian bộ nhớ. Raspberry Pi và S3C2440 thuộc loại MPU, trong khi Arduino và STM32 thuộc loại MCU. Chúng khác nhau rất lớn về khả năng tính toán. Hiệu suất tính toán trên thực tế của Raspberry Pi có thể đạt gấp 100 lần so với Arduino.

     Arduino Uno

3- Sự khác nhau

Xét về khả năng hiệu suất, bạn sẽ có thể phân vân không biết nên lựa chọn Raspberry Pi, MCU hay Arduino, nhưng trên thực tế đó là sự lựa chọn MPU và MCU. Ở đây có hai tình huống được đề cập. Một là dành cho những người chưa học gì và muốn bắt đầu trực tiếp với Raspberry Pi và hai là dành cho những người muốn vận dụng với nền tảng cao cấp hơn sau khi đã sử dụng Arduino hoặc Intel 8051.

Đối với vấn đề đầu tiên, nếu bạn chưa biết gì hay đã biết cơ bản về nền tảng lập trình, bạn có thể thử tiếp xúc với Raspberry Pi để sử dụng chúng như một PC nhỏ hoặc máy chủ công suất thấp. Đối với những người có trình độ lập trình tốt hơn, có thể tiếp xúc thử với CubieBoard CC80 hay Jetson TK1, vì chúng ta có thể thoải mái sử dụng do chúng có hiệu suất mạnh hơn rất nhiều. Nếu bạn chỉ muốn đơn giản, không vận dụng sâu đến lập trình hoặc muốn chơi kết hợp giữa phần mềm và phần cứng thì nên bắt đầu học từ lập trình PC hoặc Arduino và MCU.

Đối với vấn đề thứ hai, thì ít người lựa chọn hơn do đòi hỏi bạn phải có trình độ. Chúng ta phải biết rằng MPU là phần cứng mã nguồn mở, là một thứ vô cùng phức tạp. Bạn phải thành thạo lập trình vi điều khiển trước khi bạn muốn tiếp xúc với MPU. Hơn thế nữa, MPU đòi hỏi rất nhiều kiến thức vì chúng thường liên quan đến hệ điều hành Linux, phát triển trình điều khiển Linux và viết phần mềm Linux.

Đối với những người ít đam mê, muốn tiếp xúc với MPU là hoàn toàn khó khăn. Nhưng tiện ích mà MPU mang lại là quá hấp dẫn, nó giống như một chiếc PC thực sự với tốc độ xung nhịp hàng trăm MB và không gian lưu trữ hàng chục MB. 

4- So sánh Raspberry Pi với STM32

Hiện nay, các bo mạch phần cứng mã nguồn mở đều được làm sẵn, các gã khổng lồ về bo mạch đều nhận thấy điều này để cho việc sử dụng chúng trở nên đơn giản hơn, kết hợp giữa các phần cứng mã nguồn mở và các chức năng mạnh mẽ của MPU trở nên dễ dàng. Đối với những tính đồ đam mê điện tử muốn tiếp xúc với các nền tảng cao cấp thì Raspberry Pi và STM32 chính là sự lựa chọn tốt nhất.

 Bảng hạt nhân STM32

Cùng so sánh Raspberry Pi và STM32 để tìm ra sự khác biệt:

• Chỉ Raspberry Pi có thể làm: thị giác máy, giải mã video, trò chơi 3D,…
• Cả STM32 và Raspberry Pi đều có thể làm: điều khiển chuyến bay, điều khiển in 3D, giải mã âm thanh, giám sát mạng, cảm biến IoT,….
• Chỉ STM32 có thể làm: Về cơ bản không có gì.

Tóm lại: Những gì STM32 có thể làm, thì Raspberry Pi đều có thể làm được. Nhưng điều ngược lại thì chưa chắc đã đúng.

Chúng ta sẽ lấy giám sát video làm ví dụ để so sánh sự khác biệt giữa sự phát triển của hai bo mạch.

Quá trình phát triển của STM32: Lựa chọn phần cứng → Thiết kế PCB → Hàn → Gỡ lỗi phần cứng → Viết trình điều khiển DCMI và RMII → Ghép chồng giao thức TCP/IP → Điều chỉnh trình điều khiển máy ảnh → Viết chương trình máy chủ web → Hoàn tất. Số lượng thao tác thực hiện là rất lớn, nhưng chúng tương đối cơ bản và người lập trình có thể xử lý.

Quá trình phát triển Raspberry Pi là hoàn toàn khác: Mua một Raspberry Pi và một máy ảnh → Kết nối máy ảnh với Raspberry Pi → Cài đặt phần mềm giám sát trên Raspberry Pi → Hoàn tất. Raspberry Pi thực sự là một vũ khí cho người lập trình vì nó không mất quá nhiều thời gian nhưng vẫn đạt được những kết quả tuyệt vời.

Việc tạo ra các chương trình của riêng bạn cũng không quá phức tạp vì các thư viện đồ họa luôn có sẵn. Tuy nhiên, khuyết điểm của nó là chi phí sản xuất rất cao, giám sát dựa trên STM32 có thể rẻ hơn một nửa giá so với dựa trên Raspberry Pi, điều này cần phải quan tâm và cân nhắc.

5- Kết luận

Dựa vào các đặc điểm khi so sánh, mắc dù STM32 có nhiều nhược điểm, nhưng nó có ưu điểm đơn giản hơn, chúng ta có thể học những kiến thức cơ bản để tiếp xúc với STM32. Nó sẽ cũng cố cho bạn những kiến thức và kinh nghiệm hữu ích nếu bạn muốn trở thành một kỹ sư điện tử.

Tóm lại, bài viết này giúp các bạn hiểu sâu hơn về các bo mạch điện tử, và mong rằng các bạn sẽ có cách nhìn tổng quan có thể chọn được sản phẩm phù hợp theo sở thích và nhu cầu của mình chứ không nên chạy theo xu hướng một cách mù quáng.

B2bmart.vn vừa giới thiệu đến bạn đọc một số thông tin các về bo mạch vi điều khiển. Hi vọng qua bài đọc trên sẽ giúp bạn hiểu rõ hơn và có thể áp dụng chúng vào công việc của mình.