イントロダクションRaspberry Pi ―仕様説明からセットアップまで 前編

※この記事は、書籍『Raspberry Piユーザーガイド』の内容を、Think IT向けに特別にオンラインで公開しているものです。詳しくは記事末尾の書籍紹介欄をご覧ください。記事の後半はこちら。

Rasberry Pi ボードは驚くほど小さく、クレジットカードほどの大きさにぎっしりと処理能力が詰め込まれている。Raspberry Pi はすばらしい能力を秘めているが、ラズベリー畑に飛び込む前に、頭に入れておかなければならないことがいくつかある。

ARM とx86

Raspberry Pi システムの心臓部は、Broadcom BCM2835 SoC（System-on-Chip）マルチメディアプロセッサである。つまり、ボードの中央にあるメモリチップの下に隠れたこのたった1 つのチップに、CPU やGPU、オーディオや通信ハードウェアを含めた、システムコンポーネントの大部分が組み込まれている（図1-1）。

ただし、BCM2835 がデスクトップPC やノートPC に搭載されているプロセッサと異なるのは、このSoC の設計だけではない。BCM2835 は、ARM と呼ばれるPC 向けCPU（x86）とは別の命令セットアーキテクチャ（ISA）を採用している。

1980 年代にAcorn Computers によって開発されたARM アーキテクチャは、PC 環境ではあまり見かけないISA だが、モバイルデバイスでは他を圧倒している。あなたのポケットに入っている電話には、ARM ベースの処理コアが少なくとも1 つは搭載されているはずだ。シンプルなRISC（Reduced Instruction Set Computer）アーキテクチャに省電力機能が組み合わされた結果、ARM は、消費電力が多いCISC（Complex Instruction Set Computer）アーキテクチャのチップを押し退けて、その地位を揺るぎないものにしている。

Raspberry Pi がオンボードのMicro-USB コネクタに提供される5V 1A の電源で稼働する秘密は、ARM ベースのBCM2835 にある。デバイスにヒートシンクが見当たらないのも、同じ理由だ。チップの消費電力が少ないため、複雑なタスクを処理している最中でも、排熱はほとんどない。

ただしそれは、Raspberry Pi に従来の PC ソフトウェアとの互換性がない、ということでもある。デスクトップ PC やノート PC のソフトウェアの大半は、Intel や AMD、VIA といったプロセッサのベースである x86 アーキテクチャに基づいている。このため、ARM ベースの Raspberry Pi では、そうしたソフトウェアは動作しない。

BCM2835はARM11ファミリと呼ばれるプロセッサデザインを採用している。ARM11ファミリは、ARMv6 と呼ばれる命令セットアーキテクチャに基づいた設計になっている。ARMv6 は軽量にして強力なアーキテクチャだが、ARM Cortex プロセッサファミリで採用されている ARMv7 という上位版の強力なライバルがいる。残念ながら、ARMv7 用に開発されたソフトウェアは、x86 用に開発されたソフトウェアと同様に、Raspberry Pi の BCM2835 では動作しない。

だからといって選択肢が限られるわけではない。開発者が BCM2835 に合わせてソフトウェアを書き換えるのは一般に可能である。また、後述するように、ARMv6 命令セット用のソフトウェアはいくらでもある。Raspberry Pi がこの調子で人気を伸ばせば、その数は増える一方だろう。プログラミングの経験がまったくなくても、Raspberry Pi 用のソフトウェアを開発することは可能である。本書では、その方法についても説明する。