树莓派作为物联网硬件：优势和劣势外文翻译资料

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树莓派作为物联网硬件：优势和劣势

MirjanaMaksimović，VladimirVujović，NikolaDavidović，VladimirMiloscaron;ević和BrankoPeriscaron;ić

摘要 -物联网(iot)可以看作是一个由大量可识别智能对象组成的高度动态的、完全分布式的网络系统。这些对象能够进行通信和相互之间的相互作用，与最终用户或网络中的其他实体。进入物联网时代，利用小型、廉价和灵活的计算机硬件，让最终用户编程成为现实。其中之一，本文考虑的是树莓PI，完全可定制和可编程的小型计算机板。与现有的一些现有的物联网原型平台的关键要素和性能的比较分析表明，尽管有一些缺点，树莓PI仍然是一个廉价的计算机，其非常成功地使用在各种各样的研究应用在物联网视觉。

关键词 -树莓派; 物联网; Arduino;BeagleBone; Phidg​​ets; Udoo。

I. 简介

物联网--物联网，可以看作是一个高度动态的、完全分布式的网络系统。换句话说，它是一个系统组成的一个非常大的数量的智能对象是可识别的，能够沟通和互动，无论是在他们自己，建立网络互连的对象，或与最终用户或其他实体在网络[ 1 ]。智能设备的存在能够感知物理现象，并翻译成信息流的数据，以及设备能够触发动作的存在，最大限度地提高安全性，安全性，舒适性，方便性和节约能源[ 1，2 ]。由于物联网系统将被设计，管理和使用由多个利益相关者，由不同的商业模式和各种利益驱动，这些系统应该具有[ 3 ]：

bull;允许新应用程序建立在现有的应用程序之上系统，

bull;允许新系统与之并行部署现有系统，

bull;允许适当的互操作性水平，以便创新和有竞争力的跨域系统和

应用程序可以开发。

MirjanaMaksimović，VladimirVujović和NikolaDavidović都在

东萨拉热窝大学电气工程系，Vuka

Karadžića 30, 71123 Istočno Sarajevo, Bosnia and Herzegovina (电邮: mirjana@etf.unssa.rs.ba, vladimir_vujovich@yahoo.com, nikola.davidovic@gmail.com).

VladimirMiloscaron;ević和BrankoPeriscaron;ić与技术学院合作科学，诺维萨德大学，Trg DositejaObradovića6，21000 Novi悲伤，塞尔维亚（电邮：tlk_milos@uns.ac.rs，perisic@uns.ac.rs）。

用户编程的新趋势给非专业最终用户增加产品的机会，根据他们的具体需求。今天有数百种产品可供最终用户编程。使用廉价的硬件和开源软件，它可以以编程方式控制许多设备，以这样一种方式，自己的解决方案满足用户的需求。此外，提供技术给最终用户和根据他们的需要来塑造产品的可能性是有利的用户和产品开发人员。在这项工作中，一个原型平台，使最终用户编程将被认为是。一个重点将是树莓PI电脑板，其性能和制约因素的比较研究，目前流行的原型平台[ 2 ]。本研究的主要目的是定义和呈现树莓Pi和它的使用能力，在下一代物联网的发展的优点和缺点。

本文的其余部分组织如下。树莓PI的描述，其核心部件，并与其他可用的物联网平台的详细比较，在第2节。最后一节提供总结意见总结树莓派作为物联网硬件的优点和缺点。

II。树莓派与其他物联网硬件平台的比较

智能对象在物联网中发挥核心作用。配备了信息和通信技术，这些对象可以存储他们的背景下，他们是联网的，他们能够访问互联网服务，他们之间的相互作用和人类[ 3 ]。

树莓派是一个小的，功能强大，价格便宜，容易被破解、教育型电脑板引入2012（图1）。它的工作方式和标准PC一样，需要键盘输入命令、显示单元和电源。这种信用卡大小的计算机有许多性能和实惠是许多25-35美元的设备接口的完美平台。该系统的大部分组件-它的中心和图形处理单元，音频和通信硬件以及256 MB（模型A）- 512 MB（型号B）内存芯片，是建立在单一组件。图1和图2所示的树莓PI板包含必需的（处理器、图形芯片、程序存储器、RAM）和其它可选设备（外围设备的各种接口和连接器）。树莓派的处理器是32位，700 MHz的系统芯片，它是基于ARM11架构和可超频更多的权力[ 4 ]。SD闪存作为一个硬盘驱动器树莓派的处理器。单位是由微型USB连接器在互联网连接可以通过以太网/局域网电缆或通过一个USB适配器（无线连接）[ 5，6 ]。

图1 树莓Pi模型A（左）和B型（右）板

图2 树莓派的核心组件

像任何其他计算机一样，树莓派使用操作系统。 对于树莓派来说，名为Raspbian的Linux选项是一个很棒的匹配，因为它是免费的，开源的，保持平台的低价格，使其更容易被破解。也有一些非Linux操作系统选项可用[ 5 ]。关于树莓派的一个伟大的事情是，它具有广泛的使用。什么使它，以及表演和约束的树莓派将在其余的文件中描述。树莓PI性能将与下面的物联网原型平台（图3）：

bull;Arduino–开源物理计算平台的一个简单的基于单片机的板，和一个写板的软件开发环境（图3）。它可以接收来自各种传感器的输入，并可以影响其周围的控制灯，电机，和其他执行器。在硬件板的单片机可以使用Arduino编程语言和Arduino集成开发环境（IDE）程序。Arduino支持两种工作模式，独立或通过USB电缆连接到计算机的[ 3 ]。

bull;BeagleBone Black–基于德克萨斯仪器低功耗处理器的单板计算机，采用ARM Cortex-A8核心（图3）。它是一个小型的信用卡大小的计算机，可以运行的操作系统，如Linux /安卓4.0。它和Arduino之间的主要区别是，它可以运行一个小的操作系统，从而切实转换为计算机可以在这些操作系统中运行的程序。BeagleBone设计的功能在一个更高的水平，它比Arduino [ 7更多的处理能力]。

bull;Phidgets- 一套“即插即用”积木，通过低成本连接物理和虚拟世界

USB传感和PC控制。 Phidg​​et包括USB-用于输入的硬件板（例如温度，运动，光强度，RFID标签，开关等）和输出执行器（例如伺服电机，LED指示灯，LCD文字显示）（图3 d）。 它的架构和API让

程序员发现，观察和控制所有的手势，连接到一台电脑。 在软件方面，全部所需的组件作为ActiveX COM打包零件。 每个Phidg​​et组件都需要一个相应的视觉组件，提供视觉效果用于交互式终端用户控制的屏幕界面。 该系统有一个广泛的API库，可以使用与大量的应用程序，甚至与其他在某些情况下工具包。 使用Phidg​​ets启用程序员无需快速开发物理接口在电子设计问题上需要扩大知识面[3,8]。

bull;Udoo - 可以与Android和Android一起使用的迷你电脑Linux操作系统，嵌入式Arduino兼容板。 它是用于软件开发的强大的原型开发板和设计。 Udoo嵌入了最多的微型计算机通用通讯端口（以太网，WiFi，USB，HDMI，SATA，数字和模拟输入/输出）和a具有标准引脚排列的微控制器，用于快速原型制作应用。 因此，Udoo是一种开放的硬件，成本低廉平台搭载了ARM i.MX6飞思卡尔处理器和基于Arduino Due兼容部分，ATMEL SAM3X ARM处理器。 可以总结Udoo试图带来树莓派的最佳元素和Arduino一起成为一台迷你PC。 Udoo设计师声称这块板子相当于四块树莓派，Udoo零售系列共有三款模型，共享大部分功能，仅针对不同连接和i.MX6处理器使用[9]：Udoo Quad，Udoo Dual和Udoo Dual Basic。

A.尺寸和成本

平台部署的轻松和成本直接受每个平台的物理尺寸和成本的影响。 在换句话说，较小的组件，用作传感器节点，可以放置在更多的位置，并在更多的场景中使用。 上另一方面，每个网络的主要目标之一就是从尽可能多的位置收集数据，而不需要超过固定预算。 每平台成本的降低将会降低，导致能够购买更多的部署，部署收集网络密度较高，并收集更多数据[7]。 表I列出了树莓派与上述原型平台在大小，重量和成本放方面的对比。

表I 平台尺寸、重量和成本的比较

*（值越小越好）

B. 电源和存储器

该平台的主要目标是低功耗，以满足多年的应用要求。超低功耗操作只能通过结合低功耗硬件组件和低占空比操作技术实现。此外，算法和协议必须被开发，以尽可能减少无线电活动，可以通过使用本地化的计算，以减少由传感器产生的数据流，并通过特定于应用程序的协议，可以实现。的解决方案之一是结合从多个传感器节点由一组本地节点的事件，然后发送一个单一的结果横跨传感器网络[ 10 ]。

树莓PI的主要组成部分是CPU，负责执行的计算机程序的指令，通过数学和逻辑运算。 基于ARM的BCM2835处理器，便宜，功能大，它不消耗大量的电力的原因是树莓派能够在5V 1A电源上工作由板载微型USB端口提供。

树莓派有四种不同的功率模式[12]：

bull;运行模式 - CPU和ARM11的所有功能核心可用并通电。

bull;待机模式 - 处理的CPU组件电源电路虽然关闭，核心依然活跃。 在这种模式下，核心可以很快的，通过向CPU发出特殊呼叫的进程唤醒

称为中断。 在这种模式下，称为等待中断，任何当前处理将被停止并询问，将执行进程。

bull;关机模式 - 没有电源。

bull;休眠模式 - 核心已关闭，所有缓存被打开。

1. 一块Arduino Uno板 b)一块BeagleBone Black板

c) 一块Phidgets板 d) 一块Udoo板

图3. 物联网原型硬件平台

正如已经说过的，树莓派的操作需要电流高达700mA [11]。树莓派的单位可以供电使用一系列电源（假设他们能够提供足够的电流〜700mA）像[6]：

bull;计算机USB端口或电源USB集线器（将取决于功率输出），

bull;带USB端口的特殊插座，

bull;手机备用电池（取决于电源输出），

bull;手机太阳能充电器，

bull;碱性电池（六节可充电AA电池和一个电压调节器[11]）。

树莓派的最大局限在于供电，外部设备在它的任何USB端口供电应该在100mA以上[4]。

关于存储，设备应该有足够的存储器以存储收集的数据。 除了存储量，程序内存也应该是足以执行简单的计算并仅传输，如果设备是一部分，则需要数据和路由信息网络。 请注意，没有硬盘驱动器Ras树莓派的一切都存储在安全数（SD）卡。 SD卡所需的最小尺寸为2 GB，32 GB，64 GB或更多的SD卡可用同时他们经常是昂贵的。 这个可以通过使用提供的设备来扩展存储，使用USB端口时需要额外的硬盘驱动器。 被称为USB大容量存储（UMS）设备，这些可以是物理硬盘，固态驱动器（SSD）或甚至便携式袖珍大小的闪存驱动器[11]。 表2给出了平台CPU、内存和功率的比较分析。

表二 平台CPU、内存和电源的比较