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ラズベリーパイのGPIOの配置が以下の画像のように入り組んでいるのにはどのような理由があるのでしょうか?

素人考えですと、同じ種類の物は同じ場所に固めてしまったほうがわかりやすいと思うのですが。

画像は公式サイトのドキュメントのものです。

ラズベリーパイGPIO

2 件の回答 2

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GPIOのレイアウトの設計の意図を文書として見つけることはできなかったので、推測ですが以下の利点があると思いました。

GPIOと接続する基盤の配線パターンが単純になる

Arduinoシールドのように、GPIOに直接接続する基盤を設計するとします。

ブレッドボードなどでは気になりませんが、基板上の平面の回路だと配線の問題があります。
例えば、22番から遠くの6番に配線すると、その内側にある12番16番のピンなどは平面上の配線に制限がかかってしまいます。

20番のようにGNDが近くにあれば回路の内側にあるピンが少なくなるので、このような問題が起きにくいと考えられます。

複数のコネクタを接続できる

GNDが固まっていると、GPIOの一区画にコネクタを接続しただけでGNDや電源を占有してしまうため、他のコネクタを接続する余地がなくなってしまいます。

(追記)
例えば2つの(2x5ピンのコネクタ)を接続するときGNDが片側にしかないと、一方のコネクタはGNDにアクセスできなくなります。

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  • なるほど! 言われてみると平面の配線を考えるとバラけてる方が上手く行くことが多そうです。ただ、後半部分のGNDが固まってるとコネクタすぐに専有してしまうというのがよくわかりませんでした。前半部分と同じことを話してるように思えるのですが違うのでしょうか?
    – ironsand
    Commented 2015年2月24日 10:45
  • 1
    @ironsand 後半はコネクタの物理的な干渉のことを言っています。配線上の問題という点では同じですが。
    – h2so5
    Commented 2015年2月24日 10:51
  • なるほど、こんな風にN x Nのコネクタも使うのですね。ありがとうございます。
    – ironsand
    Commented 2015年2月24日 11:52
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あまりおもしろくない説明になりますが、配置は「成り行き」でしょう。

当初、 Raspberry Pi の 26ピン でグラウンド(GND) は1つだけとされていました。

Rev1: Pins | Image

RPi AB 1.0 26-pin P1 header
--------------------------------
        +3V3 1  2   +5V
GPIO0    SDA 3  4   DNC
GPIO1    SCL 5  6   GND
GPIO4   GCLK 7  8   TXD0  GPIO14
         DNC 9  10  RXD0  GPIO15
GPIO17  GEN0 11 12  GEN1  GPIO18
GPIO27  GEN2 13 14  DNC
GPIO22  GEN3 15 16  GEN4  GPIO23
         DNC 17 18  GEN5  GPIO24
GPIO10  MOSI 19 20  DNC
GPIO9   MISO 21 22  GEN6  GPIO25
GPIO11  SCLK 23 24  CE0_N GPIO8
         DNC 25 26  CE1_N GPIO7
--------------------------------

Rev1 までは 将来の拡張用に、 DNC ("--", 使用禁止) Pin が用意されていました。 ( 4, 9, 14, 17, 20, 25 )

その後、 Rev2 では、以下のように規定されました。

Rev2: Pins | Image

RPi AB 2.0 26-pin P1 header
--------------------------------
        +3V3 1  2   +5V
GPIO2   SDA1 3  4   +5V
GPIO3   SCL1 5  6   GND
GPIO4   GCLK 7  8   TXD0  GPIO14
         GND 9  10  RXD0  GPIO15
GPIO17  GEN0 11 12  GEN1  GPIO18
GPIO27  GEN2 13 14  GND
GPIO22  GEN3 15 16  GEN4  GPIO23
        +3V3 17 18  GEN5  GPIO24
GPIO10  MOSI 19 20  GND
GPIO9   MISO 21 22  GEN6  GPIO25
GPIO11  SCLK 23 24  CE0_N GPIO8
         GND 25 26  CE1_N GPIO7
--------------------------------

未使用ピンを特殊な信号ピンに利用するような改造はされず、結局、 Model A/B Rev.2 にて、 DNC ピンが、グラウンドと電源への割り当てで固定されています。

  • Pin 4 → 5V
  • Pin 9 → Ground
  • Pin 14 → Ground
  • Pin 17 → 3.3V
  • Pin 20 → Ground
  • Pin 25 → Ground

これから見えるのは、GND 配置には最初から配慮があったわけではなく、信号 Pin に使う予定であった DNC Pin が GND で埋められ、現在のレイアウトになったということです。理由があるとすれば、 「 電源は多ければ多いほどいい 」 という単純なものでしょう。

※ 40 Pin 版(B+)の新規追加 Pin については、 h2so5 の推測通りでしょうね。 

参考:

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  • そんな経緯があったんですね。ソフトウェアなら簡単に変更できますがハードウェアになるとやはり配置の変更が難しいんだと推察します。
    – ironsand
    Commented 2015年2月25日 7:39

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