GPIO của Beaglebone Black: Chi tiết kỹ thuật và So sánh với Raspberry Pi 4

GPIO (General Purpose Input/Output) là một trong những yếu tố cốt lõi của các bo mạch máy tính nhúng như: Beaglebone Black (BBB) và Raspberry Pi 4 (RPi4). GPIO cung cấp khả năng giao tiếp với các thiết bị ngoại vi, cảm biến và mô-đun khác trong các dự án nhúng. Bài viết này sẽ phân tích chi tiết GPIO của Beaglebone Black, so sánh với Raspberry Pi 4, và thảo luận về những ưu, nhược điểm của từng loại.

1. GPIO của Beaglebone Black

Beaglebone Black được thiết kế để phục vụ các ứng dụng đòi hỏi khả năng tương tác cao với phần cứng. Dưới đây là các đặc điểm chính của GPIO trên BBB:

Số lượng chân GPIO

• BBB có tổng cộng 65 chân GPIO có thể cấu hình trên hai đầu header (P8 và P9). Tuy nhiên, số lượng chân thực tế sử dụng được phụ thuộc vào việc cấu hình chức năng của từng chân.
• GPIO trên BBB hỗ trợ cả ngõ vào (input) và ngõ ra (output).

Điện áp và dòng điện

• Điện áp logic: 3.3V. Các chân GPIO không hỗ trợ mức điện áp 5V (không tương thích trực tiếp với các thiết bị 5V).
• Dòng điện tối đa: Khoảng 6mA mỗi chân. Nếu cần điều khiển các thiết bị tiêu thụ dòng lớn hơn, bạn cần sử dụng thêm bộ điều khiển hoặc transistor.

Cấu hình GPIO

• Mỗi chân GPIO có thể được cấu hình để thực hiện nhiều chức năng khác nhau, như:
  • UART (giao tiếp nối tiếp)
  • SPI (Serial Peripheral Interface)
  • I2C (giao tiếp hai dây)
  • PWM (điều khiển độ rộng xung)
  • GPIO cơ bản (ngõ vào/ngõ ra)
• Việc cấu hình được thực hiện thông qua file hệ thống Linux tại /sys/class/gpio/ hoặc bằng các thư viện hỗ trợ như Adafruit_BBIO.

Thời gian đáp ứng và tính năng thời gian thực

• BBB có một vi xử lý tích hợp là AM335x ARM Cortex-A8 với các module PRU (Programmable Real-time Units). PRU hỗ trợ xử lý thời gian thực với độ trễ thấp, điều này làm cho GPIO của BBB đặc biệt phù hợp với các ứng dụng thời gian thực.

Khả năng ADC

• BBB tích hợp sẵn bộ chuyển đổi ADC (Analog-to-Digital Converter) 12-bit, cho phép sử dụng trực tiếp các chân GPIO như đầu vào analog mà không cần thêm module ADC bên ngoài. ADC có thể đọc tín hiệu tương tự từ cảm biến điện áp hoặc nhiệt độ.

2. GPIO của Raspberry Pi 4

Raspberry Pi 4 là một bo mạch mạnh mẽ hơn về mặt xử lý đa năng, nhưng GPIO của nó có một số khác biệt đáng chú ý so với Beaglebone Black:

Số lượng chân GPIO

• Raspberry Pi 4 có 40 chân GPIO trên một header duy nhất.
• Các chân này hỗ trợ nhiều chức năng như GPIO cơ bản, I2C, SPI, UART, PWM.

Điện áp và dòng điện

• Điện áp logic: 3.3V, tương tự BBB.
• Dòng điện tối đa: Khoảng 16mA mỗi chân GPIO, cao hơn BBB, với tổng dòng tối đa từ tất cả các chân khoảng 50mA.

Cấu hình GPIO

• GPIO trên RPi4 dễ cấu hình thông qua các thư viện như RPi.GPIO hoặc gpiozero trên Python.
• Không hỗ trợ trực tiếp thời gian thực giống như PRU trên BBB, vì vậy việc xử lý các tác vụ đòi hỏi thời gian thực có thể bị hạn chế do phụ thuộc vào hệ điều hành Raspbian (Linux).

Khả năng ADC

• Raspberry Pi 4 không có bộ ADC tích hợp. Nếu cần đọc tín hiệu tương tự, người dùng phải sử dụng một module ADC bên ngoài, ví dụ như MCP3008.

Hỗ trợ phần mềm

• Raspberry Pi 4 có một hệ sinh thái phần mềm lớn, với nhiều tài liệu và thư viện hỗ trợ GPIO dành cho cả người mới bắt đầu và chuyên gia.

3. So sánh Beaglebone Black và Raspberry Pi 4 về GPIO

4. Khi nào nên chọn Beaglebone Black hoặc Raspberry Pi 4?

Chọn Beaglebone Black nếu:

• Bạn cần xử lý các tác vụ thời gian thực.
• Dự án yêu cầu sử dụng nhiều chân GPIO và ADC tích hợp.
• Bạn đang phát triển ứng dụng công nghiệp hoặc nhúng phức tạp.

Chọn Raspberry Pi 4 nếu:

• Bạn muốn một bo mạch mạnh về xử lý đa năng và giao diện đồ họa.
• Bạn là người mới bắt đầu và cần một hệ sinh thái tài liệu phong phú.
• Dự án của bạn không yêu cầu thời gian thực hoặc sử dụng ADC.

5. Kết luận

Beaglebone Black và Raspberry Pi 4 đều là những bo mạch máy tính nhúng tuyệt vời, nhưng chúng phục vụ các mục đích khác nhau. Nếu tập trung vào khả năng GPIO, Beaglebone Black có lợi thế về tính linh hoạt và khả năng xử lý thời gian thực, trong khi Raspberry Pi 4 lại phù hợp hơn với các ứng dụng học tập, xử lý đồ họa và dự án không yêu cầu thời gian thực.

Hy vọng bài viết giúp bạn hiểu rõ hơn về GPIO của hai bo mạch này và lựa chọn thiết bị phù hợp cho dự án của mình!