树莓派终于能用了？ - Raspberry Pi 4 Model B (4 GB RAM)

曾经我有过两个树莓派： 3B 和 3B+ 。

首先买的是 3B ，我用得最多的也是它。除手机外，这是我第一次接触这种小巧的 ARM 机器，还是很新奇的。我试遍了我知道的所有能运行在树莓派上的操作系统，最后觉得比较有意义的用法是装个 OpenWrt 作个便携软路由、兼 NAS 、兼挂睿思（“睿思”在这里是指西电一个校内 BT 站）。

后来 3B+ 出了之后我就买了 3B+ ，把 3B 卖给了我的一个室友，后来这个 3B 又被借给了我另一个室友做毕设，转来转去也算是发挥了它的价值。

3B+ 对于我来说最有意义的升级第一个是从 3B 的百兆位以太网升级到了“千兆位以太网”，第二个是支持了 IEEE802.11ac 。但是我后来才知道这个“千兆位以太网”是从 USB2.0 分出来的，相当于一个 USB2.0 的集线器分出 4 个 USB 接口和一个“千兆位以太网”口。就算撇开 USB 会跟以太网抢带宽这事不谈，把实际传输速率最高只有 300Mbps 左右（因为 USB2.0 理论上限是 480Mbps ）而且还是半双工的东西叫做“Gigabit Ethernet”我也是没法接受。 IEEE802.11ac 的 5GHz 速率也很一般。 3B+ 还有很多别的升级，比如支持更新的蓝牙标准、更高的 CPU 频率、支持 PoE 、 … 但是我都不是很感兴趣。

小巧、低功耗、通用性和可拓展性是树莓派的优点，意味着你可以把它放进口袋带出去，可以只用一个手机移动电源给它供电，可以运行你编写的各种程序，可以接上各种传感器、可以驱动外设。它比单片机容易使用太多，应用场景也更广泛，但是在体积和功耗上也没有比单片机差很多。

但是在我希望能用到它的应用场景中，我常常觉得它的 IO 性能太弱。 4 个 USB2.0 、不能达到 1000Mbps 传输速率的以太网、不太快的 WiFi 和读速不到 90MB/s 的 Micro SD 卡，这些跟不上时代的规格成为了它很大的瓶颈。我常常觉得它就是个玩具，有点鸡肋，所以我的 3B 和 3B+ 多数时候都是在吃灰的。

后来我的 3B+ 被我不小心短接了 GPIO 的 3.3V 和 5V 针脚，就坏了，送修之后催了几次也没个结果，再后来就不想管了。之后也没有再买，因为一直觉得没什么意思，虽然偶尔会遇到“这时如果有个树莓派就好了”的情况，但是多数也不是很重要的，也有其它解决方法。像软路由这种应用场景，我后来找了一个 x86 的工控主板做了一个，具体可以看这篇文章 软路由与NAS(1) - 硬件平台搭建 。

但是最近一两个月因为 COVID-19 疫情，呆在家没事干。毕设实现完了，一些环节卡在导师那也没法继续。我的个人项目更新了一些，但暂时也没什么好的想法要补充的。博客又给我换了一个主题，我还把这个主题我不满意的地方都给改了（本来我想完全自己写一个但是不知道怎么设计，感觉想要的就跟别人做的也差不多，那我不如直接改现成的）。游戏买了几个但是不想玩（果然还是买比玩更有趣）。 B 站关注的 50 多个 UP 主更新频率赶不上我看的速率，天天刷也没多少有趣的。

刚好我一个舍友的毕设跟树莓派有点关系（就是我那个 3B 目前的使用者），聊着聊着就让我有点怀念起树莓派。刚好树莓派 4B 已经在我的购物车里躺了很久了，经过半年实习也有了一点闲钱，就买了一个来玩玩。

树莓派 4B

我买的这个是 4GB 内存的版本。

外形上， 4B 保持了和前代相似的布局风格，但是跟 3B 和 3B+ 又有明显不同。最大的一个区别就是一个全尺寸 HDMI 被换成了两个 Micro HDMI ，电源输入接口从 Micro USB 换成了 USB Type C ，这意味着给前代使用的外壳一般都不能兼容 4B 。

主要元件、接口如下图：

树莓派 4B 比起 3B+ 有什么升级？

其实我下单时是没有仔细研究有什么升级的，只是依稀记得 4B 刚出时听说过内存从 1GB 升级到了 1/2/4GB 可选，还有一个标准 HDMI 接口升级到了两个 Micro HDMI （据说还支持双 4K ）。然后我就买了一个 4GB 内存的版本。

其实 4B 相比于 3B+ 的升级还是蛮多的，主要升级如下：

1. Soc 从博通 BCM2837B0 的 4 核 Cortex-A53 升级成了博通 BCM2711 的 4 核 Cortex-A72 ，主频也从 1.4GHz 升级到了 1.5GHz ；
2. 内存从 1GB 的 LPDDR2 SDRAM 升级到了 1/2/4GB 可选的 LPDDR4-3200 SDRAM ；
3. 以太网从基于 USB2.0 的 300Mbps “千兆位以太网”升级成了真正的千兆位以太网；
4. 蓝牙从低功耗蓝牙 4.2 升级到了低功耗蓝牙 5.0 ；
5. USB 从 4 个 USB2.0 升级到了 2 个 USB2.0 加 2 个 USB3.0 ；
6. HDMI 从 1 个全尺寸 HDMI 接口升级成了 2 个 Micro HDMI 接口，最高支持单屏 4K 60p 或双屏 4K 30p ；
7. 电源输入从 Micro USB 的 5V/2.5A 输入升级成了 USB Type C 的 5V/3A 输入，原有 PoE (Power over Ethernet) 保留，新增了通过 GPIO 的 5V/3A 输入。

以上都是纸面参数，到底有多少水分还要试一下才知道：

1. 以太网通过 iperf 测试，双向同时传输平均速率能达到 900Mbps ，符合千兆位以太网的要求。

2. USB3.0 的测试，由于内置 SD 卡读写速率过低，所以挂载了一个 tmpfs （在内存中），在 USB3.0 接一个顺序读取速率可达 500MB/s 的 SSD ，测试通过从 SSD 拷贝文件到内存的方式进行。测试传输一个 1.1GB 的文件耗时 6.003s ，传输速率达到 189.33MB/s 。用同样的方式测试 USB2.0 接口传输速率可以达到 33.35MB/s 。（作为参考，我电脑的 USB3.0 在这个测试下可以得到 438.94MB/s 的成绩。）也就是说实际使用时 USB3.0 接口传输速率离理论值距离较大，但至少肯定是高于 USB2.0 的理论速率的。

3. 还有一个测试是看看 USB3.0 与以太网是否会竞争。在 USB3.0 拷贝文件的同时用 iperf3 测试网速，看看 USB3.0 和以太网有没有明显掉速。实际测试结果： USB3.0 和以太网同时工作时都有一点掉速， USB3.0 掉到 114MB/s 左右，以太网也掉了 100Mbps 左右（不要弄混单位， 1MB = 8Mb ）。从结果来看它们应该没有竞争带宽（不然不会只掉这么一点），少量掉速应该是由于 CPU 的瓶颈，因为测试时 CPU 占用一度高达 80%。

   上面提到的以太网的传输速率掉了 100Mbps 是平均速率，但实际上以太网测速和 USB3.0 测速不是完全重叠的，看平均速率不太合适，而且以太网也没有进行双向同时传输。所以我改成双向同时传输又重复了几次，看 Windows 任务管理器的曲线图， USB3.0 传输时，以太网上行速率（相对树莓派上行）掉了 300Mbps ，下行速率没有太大变化：（纵向 1 格是 100Mbps ）

   

   USB3.0 传输速率掉到 114MB/s 这个结果是基本正确的。也就是说以太网掉速的情况比我最开始想的要大很多，而且不像是 CPU 瓶颈，因为从曲线图可以看出以太网下行速率没有跟随上行速率下降。

   然后我又做了两个测试。一个是在以太网测速时做 7zip 压缩解压测试（ CPU 占用 100% ），发现以太网双向传输速率都有所下降，但是是波动较大的，而且下降幅度没有 300Mbps 。第二个测试时在以太网测速时从 SD 卡拷贝文件到内存（速率在 90MB/s 左右），发现以太网几乎没有掉速。

   所以感觉以太网和 USB3.0 还是有比较大竞争的，估计是会竞争一些内部总线。

4. WiFi 声称支持 IEEE802.11ac ，也就是所谓 WiFi5 ，但是没有说支持到什么规格。连接到网件 R7000 的 5GHz 频段上测试得到速率 95Mbps 左右，也就是比较菜的水平（作为参考，我的手机可以达到 470Mbps ）。

所以总的来说，这一次 IO 的升级算得上基本靠谱。

因为我没有支持通过 HDMI 达到 4K 60p 的显示器，也没有两个 4K 显示器，所以没法测试其外接显示能力，但至少带起单个 4K 30p 是可以的。

由于性能提升，树莓派的电源要求也从原来的 5V/2.5A 提升到 5V/3A 。但是实测不接 USB 设备时用 2A 的手机充电器也能带得动，而且运行稳定。官方的说法是这样的：

A good quality 2.5A power supply can be used if downstream USB peripherals consume less than 500mA in total.
译：如果下游 USB 外设的总耗电量小于 500mA ，则也可以使用质量好的 2.5A 电源。

那树莓派终于能用了吗？

IO 性能翻倍，基本算是补齐了一块短板，内存也从 1GB 升级到了最高 4GB ，性能超过了一些最低配的 VPS ，能干的事情自然是多了很多。 4B 带来这些升级的同时，还很好地保持了大小和功耗基本不变，它仍然是一张银行卡大小的通用计算机。

如果问“树莓派终于能用了吗？”，我觉得回答是“是的！”。单是 IO 的提升，我觉得我就突然很有意愿去用它或者玩它，哪怕只是作一个便携软路由或者 NAS 或者挂一下睿思，也比过去好用太多。更何况它有 4GB 的内存，我完全可以跑一个 GitLab 作为我的私有仓库，甚至觉得买 4 、 5 个组一个 Hadoop 集群也完全是可行的，很多脑洞都变得比过去更有实现的可能。

价格的话， 1GB 版本现在停产了，但是记得跟 3B+ 价格差不多（ 3B+ 我买的时候是 215 元）， 2GB 版本 268 元， 4GB 版本 405 元，可以说是十分良心了。如果没有树莓派，想买一个来玩玩，绝对推荐买 4B 。如果已经有了 3B 或者 3B+ ，纠结要不要升级，我觉得值得升级，旧的 3B 或者 3B+ 还可以半价咸鱼卖掉。

一些问题

树莓派 4B 在我看来已经非常不错，物超所值了，但使用上还是有一些问题。

HDMI

显示规格升级到 4K 60p 我用不到，但是可以理解，但是我不能理解为什么接口要从单个全尺寸 HDMI 接口换成 2 个 Micro HDMI 接口。

全尺寸 HDMI 就是上图的 A ， Micro HDMI 就是上图的 D 。

这意味着你首先需要买一根下图这样的 Micro HDMI （公）转 HDMI （母）的转接线，或者如果不想转多一次可以直接买需要长度的公对公转接线。由于是直连转接线，所以也不太贵，我这根 25 元，但如果要接两个屏幕就需要买两根。

多一根转接线意味着在便利性、体积、连接的可靠性等方面的牺牲。而且 Micro HDMI 比全尺寸 HDMI 插头要脆弱，更容易断裂或弯折，接口连接可靠性也要低很多。

而且树莓派也并不是没有空间放下全尺寸 HDMI ，放一个全尺寸 HDMI 加一个 Micro HDMI 看起来空间是足够的，这样可以像以前一样很方便地接一个显示器，如果要接两个也可以转接一下加上。即使维持原来的单个全尺寸 HDMI 我也觉得比现在这样两个 Micro HDMI 要好。

散热

树莓派 4B 的发热量明显是比 3B 和 3B+ 都要多的。 3B+ 还能不贴任何散热片直接放在官方外壳里维持可以接受的温度。但是到了 4B ，像这样放在官方外壳里的话：

即使什么都不做，盖上上盖温度会慢慢上升到 70°C 以上，打开上盖温度也在 60°C 左右，整个 PCB 板都烫得不能碰，更别提在较重负载情况下了。

所以可能在 SoC 、内存、网卡上贴一些散热鳍片是有必要的。不过我觉得官方外壳就是一个闷罐，不通风，即使有散热鳍片效果也不会怎样。所以我买了这样一个带风扇的铝制外壳：

上下两面黑色的铝制散热鳍片，带双风扇，看起来非常“酷”（ “cool” 双关）。

因为它在 PCB 板背部对应 SoC 和内存中间、 SoC 、内存、 USB 控制器上都有散热柱通过导热硅胶跟元件或 PCB 板接触，所以散热效果非常好。

实测静息时开风扇温度在 40°C 左右，不开风扇温度在 50°C 左右。

（风扇电源线插在 GPIO 第 4 脚（ 5V ）和第 6 脚（ GND ）之间）

一些期待

现在的树莓派已经能用了，但是对于树莓派的未来，我也还有一些期望改进或者提升的地方。

首先 HDMI 真的希望能够给回我一个全尺寸 HDMI 接口，哪怕只有一个显示接口也好。

USB3.0 最好能提升到满速 5Gbps ， WiFi 最好能支持到 2 * 2 MIMO 。

如果可能的话，能否多加一个千兆以太网口？哪怕砍掉两个 USB2.0 接口。

最后， SD 卡现在成为了最大的 IO 瓶颈。现在普通价格的 SD 卡读速只有 90MB/s 左右，写速更是低到 15MB/s 左右，已经明显低于树莓派上的 WiFi 、以太网、 USB3.0 的传输速率。未来如果能够用 eMMC 作为启动盘或者同时支持 eMMC 和 SD 卡启动就最好不过了。