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树莓派5 vs. 树莓派4：引脚布局的“隐形升级”究竟藏了哪些坑？

你有没有遇到过这种情况：把一个在树莓派4上跑得好好的扩展板，原封不动插到树莓派5上，结果系统不稳、外设失灵，甚至风扇乱转？别急着怀疑硬件坏了——问题很可能出在那根熟悉的40针排针上。

没错，虽然树莓派5看起来和4长得一模一样，连引脚位置都严丝合缝，但它的内部“神经系统”已经悄悄进化。尤其是几个关键引脚的功能被重新定义，稍不留神就会踩进兼容性陷阱。

今天我们就来掰开揉碎讲清楚：树莓派5和树莓派4在GPIO引脚上的真正区别到底在哪？哪些能用、哪些不能碰、哪些变了味儿？对于正在迁移项目或设计HAT的开发者来说，这篇文章可能会帮你省下好几天的调试时间。

40针还在，但不是所有引脚都能“为所欲为”了

先说结论：
✅物理接口完全兼容—— 依旧是2×20的40针排布，间距2.54mm，外壳、底座、接线帽全都能继续用。
⚠️功能层面不再完全兼容—— 部分原本可以自由编程的GPIO，现在已经被“锁死”，专用于系统级控制。

这就像一栋老房子翻新后换了承重墙——外观没变，但你不能再随便打洞了。

为什么要做这种“自断退路”的改动？

答案是：为了更稳定的电源管理和更高的系统可靠性。

树莓派5搭载了更强的BCM2712芯片（四核Cortex-A76 @ 2.4GHz），性能提升显著的同时，对供电质量的要求也更高。为此，官方引入了更复杂的SMPS（开关电源）架构，并通过专用引脚进行实时调控。这些控制信号如果被用户程序误操作，轻则导致电压异常，重则可能引发重启或损坏PMIC（电源管理IC）。

所以，与其让用户“自由发挥”，不如直接把某些引脚划为“禁区”。

最关键的变化：这两个引脚再也别碰了！

如果你曾用过GPIO12或GPIO16来做PWM输出、红外发射或者普通IO控制，请立刻检查你的代码和电路图。因为在树莓派5上，它们已经不再是“普通公民”了。

🔧 技术说明：
-SMPS_VBUS_EN控制外部5V电源是否接入板载转换器。
-SMPS_MODE决定电源工作在节能模式还是高性能模式。
这两个信号由固件自动管理，任何软件写入都会被忽略，强行驱动还可能导致PMIC进入保护状态。

📌真实案例回顾：
有开发者将树莓派4上的LIRC红外发射模块接到PIN36（GPIO16），移植到树莓派5后发现无法发送信号，且系统频繁重启。查日志才发现出现了PMIC warning: mode pin conflict警告——正是因为他试图拉低这个已被锁定的引脚。

💡建议替代方案：
- 若需PWM功能，优先使用GPIO13（PIN33）或GPIO19（PIN35），二者均支持硬件PWM。
- 更复杂场景可用外部PWM芯片如PCA9685，彻底解耦控制逻辑。

其他值得关注的引脚变动与优化

除了上述两个“硬性封锁”的引脚外，还有一些功能调整值得留意：

✅ I²C总线：基本稳定，但多了条“内线”

• I²C-1（常用）：仍位于PIN3(SDA) / PIN5(SCL)，设备地址范围不变，大多数传感器无需修改即可使用。
• I²C-0（HAT识别专用）：继续连接EEPROM，用于自动加载设备树配置。
• 新增 I²C-2：专供内部PMIC通信，不对外暴露，普通用户不可访问。

👉 提示：扫描I²C设备时仍推荐使用i2cdetect -y 1命令，避免干扰I²C-0上的HAT识别流程。

✅ UART 和 SPI：几乎无变化

• UART0（串口）：PIN8(TX) / PIN10(RX)，默认关闭Shell输出，需在config.txt中启用：
  ini enable_uart=1
• SPI-0：PIN19(MOSI)/21(MISO)/23(SCLK)/24(CE0) 功能保持一致，可放心用于OLED、ADC等模块。

🔥 风扇控制：终于原生支持了！

以前想给树莓派加风扇，要么靠脚本轮询温度，要么加额外温控电路。现在，树莓派5直接内置了智能温控风扇接口，默认连接到GPIO18（PIN12）。

只需一行配置就能实现自动调速：

# 在 /boot/config.txt 中添加 dtoverlay=pwm-fan,temp=50000

• temp=50000表示当CPU温度达到50°C时启动风扇（单位为毫摄氏度）
• 支持PWM频率调节，静音又高效

🎯 小贴士：如果你的扩展板也需要使用PIN12，请确认是否与风扇功能冲突，必要时可通过设备树禁用该覆盖。

实战演示：如何安全地迁移你的项目？

假设你现在有一个基于树莓派4的机器人控制板，使用了以下引脚：

• GPIO12（PIN32） → 舵机PWM控制
• GPIO16（PIN36） → 红外避障使能信号
• GPIO18（PIN12） → LED指示灯

迁移到树莓派5时，必须做出如下调整：

步骤1：识别冲突引脚

运行以下命令查看当前引脚状态（需安装raspi-gpio工具）：

sudo raspi-gpio get 12 sudo raspi-gpio get 16 sudo raspi-gpio get 18

输出示例：

GPIO 12: level=1 fsel=0 func=INPUT pull=DOWN # 注意！fsel=0 表示已锁定 GPIO 16: level=0 fsel=0 func=INPUT pull=DOWN # 同样被锁定 GPIO 18: level=0 fsel=4 func=OUTPUT pull=OFF

看到fsel=0且功能为INPUT？这就是典型的“已被系统占用”标志。

步骤2：重新映射功能引脚

方案A：更换PWM输出引脚

改用支持硬件PWM的GPIO13（PIN33）：

// C语言示例（wiringPi风格） pinMode(13, PWM_OUTPUT); pwmWrite(13, 150); // 输出对应舵机角度的PWM值

方案B：使用设备树动态重映射SPI辅助通道

若SPI CE1被闲置，可通过dtbo文件将其复用为普通GPIO。

编辑/boot/config.txt：

# 释放SPI1_CE1作为GPIO21使用 dtoverlay=spi1-1cs,cs0_pin=21

然后就可以在代码中正常使用GPIO21作为控制信号。

开发者避坑指南：五个必须知道的最佳实践

1. 不要假设所有GPIO都“归你管”
   使用前务必查阅最新 官方Pinout图 。网站已用红色标注出不可用引脚。

2. HAT设计要标注兼容性等级
   如果你的扩展板用了PIN32或PIN36，请明确注明：“仅兼容树莓派4及更早型号”。

3. 优先使用命名式总线而非裸引脚编号
   比如用i2c_bus_1而不是“接PIN3和PIN5”，便于未来抽象迁移。

4. 善用设备树覆盖（dtbo）机制
   它不仅能启用功能，还能帮助你规避资源冲突。例如：
   ini dtoverlay=i2c-gpio,bus=3,sda=20,scl=21 # 软件模拟I²C

5. 外接稳压模块更稳妥
   树莓派5峰值功耗更高（尤其满载时超5W），建议敏感电路独立供电，避免因电源波动影响稳定性。

总结：从“随意操控”到“尊重系统边界”

树莓派5的引脚变化看似只是几根线的重新定义，实则是整个平台设计理念的一次跃迁：

它不再只是一个任人摆布的开发板，而是一个需要被“协作使用”的完整计算系统。

我们不能再像过去那样“暴力拉高拉低每一个引脚”，而是要学会读取系统状态、遵循设备树规范、理解电源上下文。这不是限制自由，而是为了让整个生态更加健壮可靠。

对于创客而言，这意味着：
- 日常小项目基本不受影响；
- 复杂系统设计需多一分谨慎；
- HAT制造商必须更新设计文档；
- 教学课程应尽早纳入“引脚权限”概念。

掌握这些细节，不只是为了跑通代码，更是为了构建真正可持续演进的嵌入式解决方案。

如果你正准备将旧项目迁移到树莓派5，不妨先问自己一句：
“我用的这几个GPIO，是不是动了系统的‘命脉’？”

欢迎在评论区分享你的迁移经历，我们一起排雷拆弹。