bg2.jpg
electronicsafterhours.com

Raspberry Pi

Trudno znaleźć dziś urządzenie elektroniczne, którego konstrukcja nie byłaby oparta na mikrokontrolerze – daje on projektantowi ogromną elastyczność w implementowaniu zróżnicowanych funkcji, np. interfejsów użytkownika, obsługi czujników i elementów wykonawczych (silników, przekaźników czy elektromagnesów), a także mniej lub bardziej złożonych algorytmów sterujących. Choć w wielu aplikacjach do obsługi urządzenia wystarczają podstawowe elementy (proste wyświetlacze LED, LCD, wskaźniki diodowe, przyciski czy pokrętła), to jednak większość użytkowników jest już przyzwyczajona do dotykowych ekranów z wysokiej jakości grafiką. Niebagatelne znaczenie mają też funkcje audio, łączność z Internetem lub urządzeniami mobilnymi – to wszystko wymaga dużej mocy obliczeniowej, nieodzowne staje się zatem zastosowanie systemów operacyjnych. Z pomocą przychodzą tutaj gotowe moduły – minikomputery jednopłytkowe. Bodaj najpopularniejszym przykładem minikomputera jest Raspberry Pi – o nim właśnie dowiesz się więcej w tym artykule.

Wprowadzenie do sprzedaży pierwszej wersji minikomputera Raspberry Pi w 2012 roku spowodowało lawinę zmian na rynku elektroniki i raz na zawsze odmieniło sposób myślenia o projektowaniu urządzeń elektronicznych. Założenie było tyle nowatorskie, co odważne – powstać miał bowiem w pełni funkcjonalny komputer o rozmiarze karty kredytowej. W dodatku, urządzenie miało być bardzo tanie – konieczne były zatem daleko idące optymalizacje, już na etapie wstępnego projektu. Historia przedsięwzięcia pokazuje, że obydwa te założenia udało się spełnić w wymiarze, który daleko przekroczył oczekiwania samych twórców. Minikomputery Raspberry Pi szybko zyskały ogromną popularność, a wprowadzone w nich rozwiązania techniczne stały się nieformalnym standardem, którego kurczowo trzymają się producenci konkurencyjnych modułów. Przykładem może być „pinologia” złącza GPIO – układ wyprowadzeń cyfrowych i zasilania, zastosowany w 40-pinowym złączu rozszerzeń Raspberry Pi został przejęty przez innych producentów dokładnie tak, jak rozmieszczenie i sposób podłączenia gniazd Arduino Shield weszło do powszechnego użycia w wielu zestawach ewaluacyjnych, które pozornie nie mają z Arduino nic wspólnego.

Raspberry Pi Model 4B – wydajny komputer, który mieści się na dłoni

Najnowsza wersja „maliny”, Raspberry Pi 4 Model B, oferuje użytkownikom wydajność i możliwości rozbudowy, których próżno szukać w konkurencyjnych minikomputerach tej klasy. Konstrukcja opiera się na wydajnym, czterordzeniowym procesorze klasy SoC (ang. System-on-Chip) o oznaczeniu BCM2711. Układ bazuje na 64-bitowym rdzeniu ARM Cortex-A72 (architektura ARM v8) i może pracować z taktowaniem o częstotliwości do 1,5 GHz. W zależności od wybranej wersji, minikomputery Rapsberry Pi 4 Model B są dostępne z wbudowaną pamięcią RAM o pojemności 2 GB, 4 GB, a nawet 8 GB – tak szeroki zakres jest rzadko spotykany wśród minikomputerów SBC, a co bardzo ważne, pamięć ta jest nie tylko obszerna, ale także bardzo szybka (LPDDR4-3200). Na pokładzie najnowszej „maliny” znalazł się zintegrowany moduł radiowy obsługujący łączność dual-band WiFi IEEE 802.11ac (2.4 GHz i 5.0 GHz) oraz Bluetooth 5.0 oraz BLE. Rapsberry Pi 4 Model B może pracować aż z dwoma monitorami 4k@60Hz dzięki wbudowanym portom micro-HDMI. Szybki interfejs Gigabit Ethernet wspiera zasilanie typu PoE, a dzięki przeprojektowanej szynie komunikacyjnej osiąga znacznie wyższe prędkości transmisji, niż było to możliwe w starszych wersjach minikomputera.

Inne wersje Raspberry Pi

Rodzina minikomputerów pod znakiem maliny rozwija się od 8 lat, a większość modeli – także tych z drugiej i trzeciej generacji) jest nadal dostępna w sprzedaży. Warto wiedzieć, że w zależności od potrzeb danej aplikacji, godnymi rozważenia są także mniejsze, choć nadal bardzo wydajne wersje Raspberry Pi. Dobrym przykładem będzie Raspberry Pi 3 Model A, który stanowi niejako okrojoną wersję modelu 3B+. Usunięcie złącza Ethernet oraz trzech portów USB dało projektantom możliwość znacznej redukcji wymiarów płytki, przy zachowaniu wysokiej wydajności i pozostałych funkcji komunikacyjnych (w tym modułu WiFi/Bluetooth). Jeszcze mniejszą wersją, doskonałą do zastosowań w urządzeniach końcowych (np. do umieszczenia w obudowie większego urządzenia) jest Raspberry Pi Zero Wminikomputer wyposażony w moduł WiFi/Bluetooth 4.1/BLE, port mini HDMI, USB OTG oraz złącze kamery. W profesjonalnych zastosowaniach warto zwrócić uwagę na miniaturowy moduł SoM (ang. System-on-Module), zwany Raspberry Pi Compute Module 3+. Jest to specjalistyczny minikomputer, przeznaczony do zastosowania w systemach wbudowanych, bezpośrednio na płycie drukowanej docelowego urządzenia. Na PCB modułu znalazło się tylko jedno złącze krawędziowe w standardzie DDR2 SODIMM, które odpowiada za wszystkie połączenia minikomputera z zewnętrzną elektroniką: zasilanie, linie GPIO, lokalne interfejsy szeregowe (SPI, I2C, UART) oraz USB, SDIO, SMI (interfejs dodatkowej pamięci), CSI (interfejs kamery), HDMI, DSI (interfejs wyświetlacza) oraz wyjście kompozytowe wideo.