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ボード・コンピュータ・シリーズ900MHz×4コア知能炸裂!画像認識からハイパー計算まで遊び放題!コンピュータ電子工作の素 ラズベリー・パイ解体新書
ラズベリー・パイ2は, 900MHz動作のARM Cortex-A7プロセッサを4コア搭載する,5,000円のI/Oコンピュータです.画像認識やソフトウェア無線も行えるパワフルな基板です.このラズベリー・パイ2のコンピュータ性能やイーサネット伝送性能,拡張I/Oの実力を大解剖します.並列処理や128ビット高性能演算命令,GPU演算などの最新技術も試します.開発・製造の現場でも使われている実際の製作例も紹介します.
※本書はインターフェース2015年10月号をもとに加筆・再構成を行っています 目次
プロローグ 最新ラズベリー・パイ2誕生 6倍にパワーUP!Linux/Windows/Android組み換え自由! イントロダクション 900MHz 4コア!I/Oコンピュータ「ラズベリー・パイ2」 ラズベリー・パイは世界の定番 ハードウェア 演算性能は従来品の6倍 ご利益(1):重たいプログラムを動かし放題 ご利益(2):Linux/Windows/Android…OSを入れ替えて遊び放題 ラズベリー・パイ2の使いどころ 第1部 ラズベリー・パイ2の基礎知識 世界の定番!名刺サイズ・コンピュータ 第1章 「ラズベリー・パイ」の基本スペック 5,000円で全部入り! 基本仕様 ラズベリー・パイ2・のハードウェア 初代ラズベリー・パイの構成 I/Oコンピュータの拡張コネクタ さすがLinux!名刺サイズ・コンピュータ・スタートアップ! 第2章 ラズベリー・パイのセットアップ 準備…ハードウェアを準備する 標準Linux「Raspbian」のインストール方法 Raspbianの初期設定 RaspbianでWi-Fi USBドングルを使う 頻繁なアップデートにも即対応!Raspbianの更新 プログラミング環境 よく使うアプリ よく使うLinuxコマンド 便利ライブラリ/・アプリを追加インストール お手軽シリアル×Tera Term&LAN接続の高機能ソフトでササッとログイン 第3章 パソコンからリモート操作 実験向きの環境を作る 方法1 USB-シリアル変換モジュールで接続 方法2 ネットワーク名で接続する 方法3 高機能なリモート接続アプリを使う 第2部 大解剖!ラズベリー・パイ2 4コアCortex-A7/GPU/128ビット高性能NEON命令…最新テクノロジいじり放題! 第4章 ラズベリー・パイ2のコンピュータ性能を大実験 こんな実験 実験1:コンピュータ・ボード全体の基本性能を調べる 準備…並列処理性能を確認するために最新GCC5.1をビルドする 実験2:なんと最大128ビットを1命令で演算!NEONの性能 実験3:並列化の効果をOpenMPで味わう 実験4:並列化の威力をCilkで味わう マイコン的に使う前に基本性能を診断 第5章 実験! 三大I/O GPIO/I2C/SPI 実験内容 実験1:GPIOのON/OFF速度 実験2:I2C通信速度 実験3:SPIの転送速度 アセンブラ・レベルで最適化して全速力でON/OFF 第6章 レジスタ直接アクセスで50MHz!GPIO出力 GPIOを直接操作してみる レジスタに直接アクセスする方法 実験 最大4コア!機能全部入りで消費電力効率を追求した組み込み向け? 第7章 ラズベリー・パイ2の心臓部Cortex-A7アーキテクチャ大研究 Cortex-A7の特徴 なんと最大128ビット演算を1命令で!高性能SIMD命令NEON オプション機能1…セキュリティ用仮想CPUを使えるしくみTrustZone オプション機能2…複数のOS切り替え用仮想化機能 オプション機能3…マルチプロセッシング拡張機能 コード・サイズと命令の種類のバランスを両立!Thumb-2命令 Cortex-A7のマイクロ・アーキテクチャ マイクロ・アーキテクチャその(1)…命令読み出し部の特徴 マイクロ・アーキテクチャその(2)…実行部の特徴 メモリ・システムの特徴 レジスタ直たたき!Linuxコマンドだけで試せる 第8章 CPUアーキテクチャ Cortex-A7基本性能を調べる 実験内容 準備 実験1…CPU評価の定番DhryStoneで性能を測る 実験2…NEON命令による性能UP 実験3…分岐予測精度 実験4…データ・プリフェッチとL2キャッシュの効き目 実験5…高速メモリ読み出し 公開済みドキュメントから読み解く Appendix1 BCM2835/2836プロセッサの内部構造を考察する JPEGやH.264エンコーダ回路内蔵で画像処理をヘルプ Appendix2 シリーズ共通 ラズベリー・パイのGPU「VideoCore IV」機能 ラズベリー・パイ2に標準装備で画像処理をさらに性能UP 第9章 128ビットを一度に実行高速演算用NEON命令の使い方 実験 準備 使用した双二次補間プログラム 性能アップの鍵…固定小数点化 NEON命令への計算の割り当て NEONプログラミング 動かす手順 応用 OpenMP並列化記述から全自動並列化コンパイラまで Appendix3 マルチコアで実験 並列処理プログラミング入門 ファイル転送/ネットワーク負荷/リクエスト数/同時接続数…定番測定ソフトで試す 第10章 ネットワーク通信&サーバ性能の実力 実験内容 実験の準備 実験1:ファイル転送 実験2:ネットワーク負荷 実験3:ウェブ性能…リクエスト数 実験4:ウェブ性能…同時接続数 USBハブ機能やイーサMAC&PHY搭載!クロック同期機能付き! Appendix4 イーサネット/USB接続チップLAN9512/9514の研究 第3部 ラズベリー・パイ2活用術 GPIBとRS-232-CをPythonライブラリで制御 第11章 I/Oコンピュータ活用事例 オシロ&マルチメータ自動計測システム こんな装置 ハードウェア ソフトウェア GPIO&I2C制御プログラム RS-232-C制御プログラム GPIBによるオシロスコープ制御プログラム RS-232-CとGPIBを使うには事前準備が必要 評価用メイン・プログラムの作成 実行する 金属ケースとアースでノイズ・レス!ウォッチドッグ・タイマ&追加UPS機能で急なシャットダウンも安心! 第12章 ラズベリー・パイで組み込みコンピュータは作れる!? ラズベリー・パイと他のボードを比べる ラズベリー・パイを使うメリット ラズベリー・パイを使うデメリット 実用化へのアプローチ 耐環境性能を測ってみた スイッチ/入出力/A-Dコンバータ/D-Aコンバータ/センサ…拡張自在! 第13章 I/Oコンピュータ電子工作の素 定番シリアルSPI/I2Cを使うための設定 制御ライブラリあれこれ C言語用定番制御ライブラリWiringPiの使い方 LEDのPWM調光 スイッチを接続する 出力ピンを増やす I/Oピンを増やす 8ビットA-D/D-AコンバータICをつなぐ 3軸加速度センサをつなぐ 100kSps/12ビットA-Dコンバータをつなぐ 付録 1&2対応! ラズベリー・パイ便利アイテム カメラもディスプレイもI/Oもアナログもガチャッと挿すだけ ラズベリー・パイの拡張基板&ケース ラズベリ・パイ直結!・拡張ボードあれこれ 純正モジュールRaspberry・Piカメラ&赤外線カメラPiNOIR タッチ・パネル付き3.5インチ・カラー液晶ディスプレイ4DPi-32 2.2インチ小型カラー液晶ディスプレイ・キットPiTFT・Mini・Kit キャラクタLCD&スイッチ基板 16チャネルPWM出力!サーボモータ制御向け拡張基板Adafruit16チャネルPWM/サーボHAT for Raspberry Pi DCモータ&ステップ・モータ制御基板Gertbot 静電容量タッチ・センサ基板Adafruit静電容量センサHATキット ラズベリー・パイの電源管理モジュールRPi-PWR・mini-DCJ 小型リアルタイム・クロック・モジュール・ミニRTCモジュール ブレッドボード直挿しOK!・GPIO接続基板KSY-TB-002 24ビット/192kHzハイレゾ対応オーディオ用D-Aコンバータ基板SabreBerry+ 32ビット384K対応!・オーディオ用D-Aコンバータ基板RaspyPlay4 RS-232-CもRS-485も!・レガシ・シリアル通信アダプタPiComm モデル別!ラズベリー・パイ専用ケース 関連商品
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