No Image

Потребление raspberry pi 3

СОДЕРЖАНИЕ
0 просмотров
12 декабря 2019

Когда не хватает мощности Arduino, на помощь мейкеру приходит тяжелая артиллерия в виде микрокомпьютеров Raspberry Pi. Чаще всего “малиновые пироги” или “малинки”, как их еще называют, используются в задачах обработки видео, аудио информации и сложных коммуникаций. В этой статье мы познакомимся с Raspberry, узнаем, что такое микрокомпьютер, какие модели сегодня актуальны и как можно использовать это устройство в своих проектах.

Введение в Raspberry Pi

С помощью Raspberry Pi можно сделать умного робота, распознающего своего хозяина или домашний сервер умного дома, передающего по WiFi или Ethernet. Вы можете подключить к микрокомпьютеру датчики, двигатели, реле и многое другое. Таким образом, сферы применения Raspberry и Arduino в DIY проектах сильно пересекаются.

Что такое одноплатные микрокомпьютеры?

Микрокомпьютер – это устройство, имеющего архитектуру полноценного компьютера, но отличающееся своими размерами. Сегодня на рынке представлены сотни(!) различных моделей (включая клоны Raspberry) от десятков производителей и этим рынок одноплатников существенно отличается от рынка обычных компьютеров, на котором между лидерами давно уже распределены все доли рынка.

Микрокомпьютеры чаще всего создаются под конкретные задачи, они не могут конкурировать с обычными компьютерами, уступая им в мощности и удобстве. Но зато они более дешевы, просты, имеют компактный размер и потребляют меньше энергии. Это делает микрокомпьютер важным элементом мобильных автоматизированных систем.

Raspberry Pi является сегодня наиболее известным представителем семейства одноплатных микрокомпьютеров. Это достаточно дешевая и доступная плата начального уровня, которую можно купить во множестве интернет-магазинов. Азиатские производители создали большое количество клонов (Orange Pi, Banana Pi и другие), которые можно использовать в своих проектах. И другим очень важным преимуществом “малинки” является огромное сообщество разработчиков, занимающихся развитием архитектуры и программного обеспечения. Выпущено множество книг, учебных пособий, операционных систем и удобных инструментов, существенно облегчающих начинающим начало работы с системой. Поэтому именно с этим микроконтроллером рекомендуется начинать работу тем, кому уже стал “мелковат” ардуино.

Что такое Raspberry Pi?

Raspberry Pi представляет собой недорогой компьютер размером с кредитную карту, который присоединяется к монитору ПК или телевизору и использует стандартную клавиатуру и мышь. Внешне компьютер представляет собой небольшую четырехслойную печатную плату с USB, HDMI и другими разъемами, слотом для Micro SD, а также гребенкой контактов GPIO. Корпус, карту памяти, клавиатуру, мышь, монитор, блок питания нужно приобретать дополнительно.

При помощи “малинки” можно научиться программировать на языках Scratch и Python. Изначально микрокомпьютер разрабатывался с целью применения для обучения в школах и университетах, поэтому для него существует множество программных пакетов и даже специальная операционная система для детей.

Ключевой особенностью Raspberry является возможность присоединения к нему внешних устройств и управления ими с помощью различных программных пакетов (наиболее популярным является Python). Всевозможные датчики, светодиоды, двигатели, реле и другие электронные компоненты могут подключаться через GPIO контакты так же, как к Arduino. Поэтому мы можем существенно расширять функционал микрокомпьютера, создавая из него рабочую станции для каждого конкретного проекта.

Но даже без внешних устройств этот микрокомпьютер выполняет все функции обычного настольного ПК, пусть даже не очень быстрого. С его помощью работать в интернете, воспроизводить видео и аудиофайлы, обрабатывать тексты, создавать таблицы. Естественно, микрокомпьютер не может на равных конкурировать с обычным ПК – он всегда работает медленнее. Но с определенными не слишком тяжелыми приложениями микрокомпьютер справляется отлично. В качестве базовой операционной системы для Raspberry Pi используется Linux, есть множество клонов, адаптированных конкретно для этого микроконтроллера. У нас на сайте вы можете найти статью с обзором операционных систем для Raspberry Pi.

История появления Raspberry

Разработчиком прибора является британская фирма Raspberry Pi Foundation. Первый образец был представлен Дэвидом Брэбеном в мае 2011 года. Начало производства первой партии модели В датируется январем 2012 годом. С тех пор ежегодно компьютер модернизировался, и в продажу поступали более совершенные компьютеры.

История выпуска моделей:

  • 29 февраля 2012 года – старт продаж Model В.
  • 14 декабря 2012 года – начало производства модели Raspberry Pi «A».
  • 14 июля 2014 года – выпуск третей версии Raspberry Pi «B+».
  • 2 февраля 2015 года – выпуск Raspberry Pi «2B».
  • 26 ноября 2015 года – выпуск нового микрокомпьютера Raspberry Pi Zero, оснащенного несмонтированным разъемом GPIO.
  • 29 февраля 2016 года – выпуск модели Raspberry Pi 3, отличающейся 64-битным процессором, наличием WI-FI и Bluetooth.
  • 28 февраля 2017 года – модернизированная версия Raspberry Pi Zero W с WI-FI и Bluetooth.

Распиновка платы Raspberry Pi model A+

Model A+ является бюджетной версией платы Raspberry Pi. Устройство выпущено в 2014 году на замену оригинальной Model A. Плата представлена на рисунке ниже.

В отличие от предыдущей модели А+ обладает следующими характеристиками:

  • Большим количеством выходов GPIO – теперь их стало 40.
  • Micro SD-разъемом.
  • Пониженное потребление энергии – линейные регуляторы напряжения были заменены на переключающиеся регуляторы, и это позволило сэкономить энергию.
  • Усовершенствованная аудиосистема – в плате присутствует отдельный источник питания с пониженным шумовым уровнем.
  • Уменьшенный форм-фактор – композитный аудиовыход встроен 3,5-мм аудиовыход, наличие крепежных отверстий, USB-разъем расположен на краю платы.

Распиновка представлена на рисунке

1, 17 контакты – питание 3,3 В.

2, 4 контакты – напряжение питания 5 В. Подключено напрямую к входному напряжению платы.

3 – выход SDA (один из I2C-пинов на плате).

5 – SCl (также одни из I2C-выходов на плате).

6, 9, 14, 20, 25,30, 34, 39 – Земля. Все заземляющие контакты соединены, можно использовать любой выход, который ближе к оставшимся элементам.

8 – TXD, один из 2 UART-выходов, отвечающий за передачу данных. UART-контакты обычно используют для взаимосвязи Ардуино и Raspberry Pi. Важно правильно соединять платы, так как Pi питается от напряжения 3,3 В, а ардуино – от 5 В.

10 – RXD, выход для UART, отвечающий за прием данных.

11, 13, 15, 16, 18, 22, 29, 3, 32, 33, 36, 37 – зарезервированные контакты.

12 – PCM_C вывод, который используется совместно со специальным ШИМ-методом. Обеспечивает прямой доступ к памяти.

19, 38 – MOSI-контакты.

21, 35 – MISO-контакты.

23, 40 – SCLK-контакты.

24, 26 – CS0 и CS1 выходы.

27,28 – ID_SD, зарезервированы для I2C коммуникации с энергонезависимой памятью.

Плата Raspberry Pi Model A+ используется в проектах, в которых важно поддерживать низкое энергопотребление и где не требуется наличие интерфейса Ethernet.

Плата Raspberry Pi 3 model B

Raspberry Pi model B является наиболее распространенной платой. По сравнению со своим предшественником Pi 2 Model B обладает 64-битным процессором ARM Cortex-A53 и встроенным Wi-Fi и Bluetooth. Плата имеет 1 ГБ оперативной памяти, которая делится с графической системой. Способов применения платы множество – с их помощью можно создавать игровые приставки, охранные системы, планшеты и прочие электронные устройства.

Для подключения наушников и колонок имеется 3,5-миллимитровый разъем. Также имеется 4 USB-выхода, к которым можно присоединять периферию. Подключение различных модулей осуществляется через 15-пиновые слоты:

  • DSI – предназначен для присоединения дисплея;
  • CSI-2 – присоеднинение камеры через интерфейс MIPI.

Для низкоуровневых интерфейсов используются выходы:

  • Общего назначения – 40 портов ввода/вывода;
  • UART;
  • I2C;
  • SPI;
  • Входы питания и земля.

Для коммуникации используются интерфейсы Ethernet, Wi-Fi 802.11n и Bluetooth 4.1. В качестве жесткого диска плата использует microSD-карту с установленной на ней операционной системой. Карту памяти лучше использовать объемом в 8 ГБ. Raspberry Pi model B использует операционную систему Linux.

Питание устройства осуществляется адаптером на 5 В через USB разъем или выходы питания. Специальный выключатель питания отсутствует на Raspberry Pi, чтобы включить устройство, достаточно просто подключить кабель питания.

Плата Raspberry Pi model Zero

Серия плат model Zero отличается от своих предшественников меньшими размерами. Существует 2 вида плат этого вида – model Zero и новая версия Zero W. Вторая отличается только наличием Wi-fi и Bluetooth на борту.

Технические характеристики Raspberry Zero:

  • 512 МБ оперативной памяти;
  • Одноядерный процессор ARMv6Z ARM1176JZF-S с тактовой частотой 1 ГГц;
  • Мини HDMI порт;
  • 2 микро USB порта, один для подключения к компьютеру;
  • Wi-Fi 802.11n;
  • Bluetooth 4.1

Расположение выходов и распиновка представлены на рисунке. Плата оснащена 40 портами входа-выхода общего назначения, UART, I2C, SPI, выходами питания 3,3 В и 5 В и землей. Важно отметить, что разъем не припаян и требуется самостоятельный монтаж.

Новая модель Zero W использует microSD, в отличие от старшей модели, которая использует miniSD для работы. Флеш-карта используется в качестве носителя, ее объем должен быть не менее 2 ГБ. Питание платы осуществляется при помощи 5-вольтового адапрета через пины питания или микро-USB вход.

Из недостатков можно отметить малую скорость выполнения по сравнению с Raspberry Pi 3 model B. Но по сравнению с B Zero обладает меньшими размерами, что позволяет использовать его в миниатюрных разработках. Используется Raspberry Pi model Zero в тех же сферах, что и остальные компьютеры этого семейства. Плата может быть оснащена периферийными устройствами, блоком питания, экраном. С помощью этих микрокомпьютеров создаются системы видеонаблюдения, игровые системы, бытовые приборы. Наличие Wi-Fi и Bluetooth позволяет расширить диапазон применения. Одновременно с выпуском Raspberry Pi model Zero W компания представила линейку корпусов для компьютера. Корпусы оснащены отверстием для разъема GPIO и установки камеры.

Читайте также:  Патио на даче фото с мангалом

Сравнение моделей Raspberry Pi

Оперативная память

Платы Model A и Model A+ обладают наименьшим объемом памяти – всего 256 МБ. Model B до октября 2012 года также обладала объемом в 256 МБ, после объем был увеличен до 512 МБ, как и у Model B+. В плате Raspberry Pi 3 – наибольший размер памяти, 1 ГБ.

USB порты

Платы Model A и Model A+ оснащены одним портом USB 2.0, в версии Model B количество портов увеличено до двух, а в Model B+ и Pi 3 до четырех. Наиболее заметные изменения у Raspberry Pi Zero – в ней появился один разъем 1 Micro USB OTG.

Аудиовыходы

По этому параметру также отличается модель Raspberry Pi Zero – в этой плате 3,5-миллиметровый джэк, HDMI заменен на многоканальный HD звук через HDMI.

Формат карты памяти

Для моделей A и B использовались карты памяти SD / MMC / SDIO. Все последующие модели используют MicroSD карту.

Количество портов

Модели A и B оснащены 26-выводным GPIO разъёмом, в следующих моделях это число увеличено до 40.

Потребление энергии

Самым энергосберегающим устройством является Raspberry Pi Zero – она использует всего 160 мА. Наибольшее потребление энергии – у платы Raspberry Pi 3 (800 мА-2.5 мА,4 Вт). Первая модель А потребляет 300 мА (1,5 Вт), модели B, A+, B+ требуют порядка 600-700 мА.

Размеры

Самое миниатюрное устройство – Raspberry Pi Zero, его габариты 65.0 x 30.0 мм x 5мм. Немного больше модель А+, у которой размеры равны 65.0 x 56.0 мм x 12мм. Остальные платы обладают примерно одинаковым размером 85.0 x 56.0 мм x 17мм.

Где купить Raspberry Pi

Благодаря огромной популярности микрокомпьютеров Raspberry Pi их можно приобрести в любой точке мира в любом магазине. Но официальными продавцами считаются только 2 европейские фирмы – это «RS Components» и «Element 14». Обе фирмы поставляют мини-компьютеры в упаковках с различным дизайном, но товары от обоих поставщиков сделаны в Англии.

Со временем появились и китайские аналоги, которые можно купить на AliExpress. Сразу же возникает вопрос о подлинности этих гаджетов. Анализ китайской и английской версии можно провести, сравнив их рабочие характеристики, производительность процессора, памяти.

Процессор в оригинальной английской версии работает немного быстрее китайского аналога, то же самое касается и оперативной памяти. Отличия в работе минимальны, из чего можно сделать вывод, что китайская версия Raspberry Pi не хуже по своим рабочим параметрам.

Примеры проектов с Raspberry Pi

Управление портативной метеостанцией. При помощи Raspberry Pi можно реализовать устройство, которое будет записывать все метеоданные – скорость ветра, температуру, осадки. Можно запрограммировать устройство на автообновление сайта с погодными условиями.

Цифровая фоторамка. При помощи Raspberry P можно самостоятельно изготовить рамку для фотографий, сэкономив при этом примерно половину стоимости. Фоторамка – это медиа-панель, которая управляется Raspberry P. Рамку можно модернизировать – она будет показывать не только фотоснимки, но и дату и время, воспроизводить аудиозаписи, показывать прогноз погоды.

Система автоматизации в доме. Если совместить Raspberry Pi с Ардуино и программой Node.js, можно создать эффективный способ управления всеми электронными устройствами в доме. Вариантов работы много – автоматическое включение и выключение света при помощи датчика освещения, включение/выключение телевизора, регулирование температурного режима в доме.

При помощи платы Raspberry Pi можно реализовывать самые разные проекты – от музыкальных инструментов до фотоаппаратов и планшетов. Причем использование этой платы может существенно снизить стоимость самодельного прибора.

Raspberry Pi 3 Model B

Christopher Stanton, element14

Не так давно на нашем портале была опубликована довольно интересная статья «Сравнение популярных Linux-платформ для встраиваемых приложений», в которой на основе выполнения тестов и измерений мы дали оценку производительности и возможности применения той или иной платы в пользовательских устройствах или приложениях. В феврале 2016 г. компании RS Components и element14 анонсировали следующее поколение популярного одноплатного компьютера — Raspberry Pi 3 Model B. Несмотря на то, что габаритные размеры и цена остались неизменными, плата получила мощный 64-разрядный процессор и интерфейсы беспроводной передачи данных Wi-Fi и Bluetooth.

Рисунок 1. Одноплатный компьютер Raspberry Pi 3.

В связи с этим для многих разработчиков и любителей будет интересным более подробно узнать о вычислительных ресурсах и реальной производительности Raspberry Pi (RPi) 3 в сравнии с предыдущими моделями.

При подготовке отчета по производительности RPi3 мы использовали большой набор программных тестов из коллекции Роя Лонгботтома, которые выполнялись на аппаратном уровне. Кроме того, мы предоставим некоторую информацию по энергопотреблению в режиме ожидания. Сразу отметим одну техническую особенность: в тестах производительности мы хотели задействовать драйвер OpenGL, который доступен в последней версии операционной системы (ОС) Raspbian, но используемые программные тесты на данный момент несовместимы с ним. Тем не менее, графический процессор VideoCore является частью ARM процессора, который практически не изменился с момента выпуска самой первой модели RPi.

Информация о процессоре

Итак, для нашего подробного сравнительного анализа производительности было выбрано три модели одноплатного компьютера Raspberry Pi (Таблица 1).

Таблица 1. Одноплатные компьютеры Raspberry Pi, участвующие в тестировании.
Модель Raspberry Pi 3 Model B Raspberry Pi 2 Model B Raspberry Pi Model B+
Процессор Четырехядерный 64-битный
ARMv8 Cortex A53 BCM2837
Четырехядерный 32-битный
BCM 2836 ARMv7 Cortex A7
Одноядерный 32-битный
BCM2835 ARMv11
Тактовая частота 1.2 ГГц / ядро 900 МГц / ядро 700 Мгц
Макс. потребление 2.5 A 1.8 A 1.8 A

Во всех трех модификациях плат RPi оперативная память работает на тактовой частоте 400 МГц. Небольшое отличие состоит в том, что RPi 3 имеет 64-разрядный ARMv8 процессор, однако, ОС Raspbian на момент проведения тестов не имеет 64-битной поддержки. Отчасти это связано с обратной совместимостью RPi 3 с предшествующими моделями. ОС Debian в течение последних лет наращивает свою поддержку 64-битных систем и, возможно, в скором времени появится сборка Jessie Debian с 64-битной поддержкой для RPi 3.

Перед тем как начать тестирование и сравнительный анализ мы решили выполнить несколько команд в ОС, чтобы получить более подробную информацию о процессоре и поддерживаемых инструкциях (Таблица 2).

Таблица 2. Результат выполнения команды cpuinfo.
Команда: cpuinfo
Плата: Raspberry Pi 3 Model B Raspberry Pi 2 Model B Raspberry Pi Model B+
Processor:
model name: ARMv7 processor rev 4 (v7l) ARMv7 Processor rev 5 (v7l) ARMv6- compatible processor rev 7 (v6l)
BogoMIPS: 76.80 57.60 2.00
Features: half thumb fastmult vfp edsp
neon vfpv3 tls vfpv4 idiva idivt
vfpd32 lpae evtstrm crc32
half thumb fastmult vfp edsp
neon vfpv3 tls vfpv4 idiva idivt
vfpd32 lpae evtstrm
half thumb fastmult vfp edsp java tls
CPU implementer: 0x41 0x41 0x41
CPU architecture: 7 7 7
CPU variant: 0x0 0x0 0x0
CPU part: 0xd03 0xc07 0xb76
CPU revision: 4 5 7
Hardware: BCM2709 BCM2709 BCM2708
Revision: a02082 a01041 0010
Serial: 0000000056163283 000000008e511ef0 000000007a4bc337

При выполнении команды cpuinfo на плате RPi, процессор идентифицируется как ARMv7, что может свидетельствовать о программной ошибке, и после обновления ядра/прошивки процессор будет определяться корректно, как ARMv8. Новинкой во встроенном функционале процессора RPi 3 является блок CRC32.

Таблица 3. Результат выполнения команды lscpu.
Команда: lscpu
Плата: Raspberry Pi 3 Model B Raspberry Pi 2 Model B Raspberry Pi Model B+
Architecture: armv7l armv7l armv6l
Byte Order: Little Endian Little Endian Little Endian
CPU(s): 4 4 1
On-line CPU(s) list: 0-3 0-3
Thread(s) per core: 1 1 1
Core(s) per socket: 4 4 1
Socket(s): 1 1 1
Model name: ARMv7 Processor rev 4 (v7l) ARMv7 Processor rev 5 (v7l) ARMv6-compatible processor rev 7 (v6l)
CPU max MHz: 1200.0000 900.000 700.0000
CPU min MHz: 600.0000 600.000 700.0000

С помощью команды lscpu (Таблица 3) мы тоже наблюдаем некорректную идентификацию процессора RPi 3, но при этом мы видим, что процессор RPi 3 может выполнять масштабирование тактовой частоты (что можно дополнительно подтвердить командой lshw), также как RPi 2. Также теперь мы ясно видим, что RPi2 и RPi 3 работают под управлением четырехядерного процессора.

Вы можете самостоятельно запустить эти команды на своей плате RPi с ОС Raspbian, запущенной в терминальном режиме или в графическом интерфейсе в окне терминала. Для установки cpuinfo и lscpu необходимо выполнить следующие команды:

sudo apt-get update
sudo apt-get install lscpu cpuinfo lshw

Энергопотребление

Энергопотребление плат в режиме ожидания (простоя) мы измеряли с помощью простого, но удобного гаджета – USB-тестера (Рисунок 2). Данное устройство подключается между источником питания и потребителем и позволяет измерить напряжение, потребляемый ток и мощность. Оно вполне подойдет для наших целей.

Читайте также:  Обшивка стен дома панелями
Рисунок 2. USB-ампервольтметр для измерения
энергопотребления Raspberry Pi.

Каждая плата RPi была сконфигурирована на загрузку в терминальном режиме, графический пользовательский интерфейс (Окно X) не загружался. К плате были подключены только 19» широкоформатный монитор через адаптер HDMI-DVI, клавиатура Dell, карта памяти microSD 16 Гбайт 10 класса и блок питания 5 В/2 А. Сетевой интерфейс при этих измерениях не задействован, хотя мы можем заметить, что при активном Ethernet-подключении энергопотребление плат возрастало. Как видно, энергопотребление RPi 3 в режиме простоя несколько больше, чем у предшественников. Это, скорее всего, связано с тем, что интегрированный Wi-Fi адаптер находился в активном состоянии, без подключения к какой-либо точке доступа. Адаптер Bluetooth 4.1 неактивен, ввиду того, что не загружались какие-либо драйверы или ПО, использующее его.

Таблица 4. Энергопотребление плат Raspberry Pi.
Raspberry Pi 3 Model B Raspberry Pi 2 Model B Raspberry Pi Model B+
5.19 В 1.141 Вт 5.19 В 1.141 Вт 5.19 В 1.141 Вт
0.22 А 00006 мАч 0.20 А 00102 мАч 0.19 А 00003 мАч

Тест SysBench

SysBench – модульный, кроссплатформенный и многопоточный программный инструмент, который позволяет быстро получить представление о производительности системы. Изначально он был предназначен для сравнительного анализа файловых операций ввода/вывода и операций с базами данных. Благодаря открытому исходному коду он постепенно превратился в инструмент всестороннего теста системы, включающего в себя тест процессора, подсистемы файлового ввода/вывода и баз данных.

Тестирование процессора в SysBench заключается в вычислении простых чисел. Это означает, что он не проверяет все возможности процессора. Результаты приведены в Таблице 5 и 6.

Тест запускался со следующими параметрами:

sysbench —num-threads=1 —test=cpu —cpu-max-prime=20000 —validate run
sysbench —num-threads=4 —test=cpu —cpu-max-prime=20000 —validate run

  • sysbench – имя программы для выполнения;
  • —num-threads – число потоков, в которых будут выполняться вычисления. Тест мы запускали с 1 и 4 потоками, это означает, что мы создаем 1 или 4 процесса и запускается 1 процесс для каждого ядра. Так как RPi B+ выполнено на одноядерном процессоре имело смысл запустить тест на одно ядро на каждой модели;
  • —test=cpu – параметр указывает, что мы будем проверять производительность процессора;
  • —cpu-max-prime – максимальное значение простого числа, которое мы хотим вычислить;
  • —val >

    Таблица 5. Результаты теста SysBench (однопоточные вычисления).

    Плата: Raspberry Pi 3 Model B Raspberry Pi 2 Model B Raspberry Pi Model B+ Total time: 477.0617 с 768.6476 с 1318.933 с per request statistics: min. 47.69 мс 76.42 мс 131.59 мс avg. 47.7 мс 76.86 мс 131.89 мс max. 49.91 мс 82.15 мс 300.23 мс diff between min and max: 2.22 мс 5.73 мс 168.64 мс

Результат по общей скорости выполнения теста (Total time) показывает разницу на 94% при сравнении платы RPi 3 с RPi B+ и на 47% в сравнении с RPi2. Наибольший интерес в результатах теста представляет разница между минимальным и максимальным значением времени выполнения запросов (diff between min and max). RPi 3 показывает прирост скорости выполнения на 194% по отношению к первой модели и на 88% в сравнении с RPi 2. Именно по этому параметру видно, что RPi 3 выполняет запросы намного быстрее.

Таблица 6. Результаты теста SysBench (4 потока).
Плата: Raspberry Pi 3 Model B Raspberry Pi 2 Model B Raspberry Pi Model B+
Total time: 119.4716 с 191.8972 с 1321.493 с
per request statistics:
min. 47.69 мс 76.38 мс 412.94 мс
avg. 47.78 мс 76.74 мс 528.54 мс
max. 59.04 мс 101.45 мс 573.00 мс
diff between min and max: 11.35 мс 25.07 мс 168.64 мс

Тест с 4 потоками вычислений является немного несправедливым по отношению к RPi B+, имеющей одноядерный процессор, поэтому не удивительно, что общее время выполнения теста на ней слишком велико. Плата RPi 2 в этом тесте при работе со всеми 4 ядрами немного сократила разрыв, хотя RPi 3 продолжает опережать на 75% по разнице между минимальным и максимальным временем обработки запросов. В целом разница в общей скорости выполнения теста сохранилась на уровне 47%.

В целом, на данном этапе RPi 3 выходит на первое место, хотя было бы интересно взглянуть на результаты данного теста в условиях "разогнанной" RPi 2. Тем не менее, нужно помнить, что вычисление простых чисел не является единственной функцией процессора.

Перевод: Vadim по заказу РадиоЛоцман

Когда не хватает мощности Arduino, на помощь мейкеру приходит тяжелая артиллерия в виде микрокомпьютеров Raspberry Pi. Чаще всего “малиновые пироги” или “малинки”, как их еще называют, используются в задачах обработки видео, аудио информации и сложных коммуникаций. В этой статье мы познакомимся с Raspberry, узнаем, что такое микрокомпьютер, какие модели сегодня актуальны и как можно использовать это устройство в своих проектах.

Введение в Raspberry Pi

С помощью Raspberry Pi можно сделать умного робота, распознающего своего хозяина или домашний сервер умного дома, передающего по WiFi или Ethernet. Вы можете подключить к микрокомпьютеру датчики, двигатели, реле и многое другое. Таким образом, сферы применения Raspberry и Arduino в DIY проектах сильно пересекаются.

Что такое одноплатные микрокомпьютеры?

Микрокомпьютер – это устройство, имеющего архитектуру полноценного компьютера, но отличающееся своими размерами. Сегодня на рынке представлены сотни(!) различных моделей (включая клоны Raspberry) от десятков производителей и этим рынок одноплатников существенно отличается от рынка обычных компьютеров, на котором между лидерами давно уже распределены все доли рынка.

Микрокомпьютеры чаще всего создаются под конкретные задачи, они не могут конкурировать с обычными компьютерами, уступая им в мощности и удобстве. Но зато они более дешевы, просты, имеют компактный размер и потребляют меньше энергии. Это делает микрокомпьютер важным элементом мобильных автоматизированных систем.

Raspberry Pi является сегодня наиболее известным представителем семейства одноплатных микрокомпьютеров. Это достаточно дешевая и доступная плата начального уровня, которую можно купить во множестве интернет-магазинов. Азиатские производители создали большое количество клонов (Orange Pi, Banana Pi и другие), которые можно использовать в своих проектах. И другим очень важным преимуществом “малинки” является огромное сообщество разработчиков, занимающихся развитием архитектуры и программного обеспечения. Выпущено множество книг, учебных пособий, операционных систем и удобных инструментов, существенно облегчающих начинающим начало работы с системой. Поэтому именно с этим микроконтроллером рекомендуется начинать работу тем, кому уже стал “мелковат” ардуино.

Что такое Raspberry Pi?

Raspberry Pi представляет собой недорогой компьютер размером с кредитную карту, который присоединяется к монитору ПК или телевизору и использует стандартную клавиатуру и мышь. Внешне компьютер представляет собой небольшую четырехслойную печатную плату с USB, HDMI и другими разъемами, слотом для Micro SD, а также гребенкой контактов GPIO. Корпус, карту памяти, клавиатуру, мышь, монитор, блок питания нужно приобретать дополнительно.

При помощи “малинки” можно научиться программировать на языках Scratch и Python. Изначально микрокомпьютер разрабатывался с целью применения для обучения в школах и университетах, поэтому для него существует множество программных пакетов и даже специальная операционная система для детей.

Ключевой особенностью Raspberry является возможность присоединения к нему внешних устройств и управления ими с помощью различных программных пакетов (наиболее популярным является Python). Всевозможные датчики, светодиоды, двигатели, реле и другие электронные компоненты могут подключаться через GPIO контакты так же, как к Arduino. Поэтому мы можем существенно расширять функционал микрокомпьютера, создавая из него рабочую станции для каждого конкретного проекта.

Но даже без внешних устройств этот микрокомпьютер выполняет все функции обычного настольного ПК, пусть даже не очень быстрого. С его помощью работать в интернете, воспроизводить видео и аудиофайлы, обрабатывать тексты, создавать таблицы. Естественно, микрокомпьютер не может на равных конкурировать с обычным ПК – он всегда работает медленнее. Но с определенными не слишком тяжелыми приложениями микрокомпьютер справляется отлично. В качестве базовой операционной системы для Raspberry Pi используется Linux, есть множество клонов, адаптированных конкретно для этого микроконтроллера. У нас на сайте вы можете найти статью с обзором операционных систем для Raspberry Pi.

История появления Raspberry

Разработчиком прибора является британская фирма Raspberry Pi Foundation. Первый образец был представлен Дэвидом Брэбеном в мае 2011 года. Начало производства первой партии модели В датируется январем 2012 годом. С тех пор ежегодно компьютер модернизировался, и в продажу поступали более совершенные компьютеры.

История выпуска моделей:

  • 29 февраля 2012 года – старт продаж Model В.
  • 14 декабря 2012 года – начало производства модели Raspberry Pi «A».
  • 14 июля 2014 года – выпуск третей версии Raspberry Pi «B+».
  • 2 февраля 2015 года – выпуск Raspberry Pi «2B».
  • 26 ноября 2015 года – выпуск нового микрокомпьютера Raspberry Pi Zero, оснащенного несмонтированным разъемом GPIO.
  • 29 февраля 2016 года – выпуск модели Raspberry Pi 3, отличающейся 64-битным процессором, наличием WI-FI и Bluetooth.
  • 28 февраля 2017 года – модернизированная версия Raspberry Pi Zero W с WI-FI и Bluetooth.

Распиновка платы Raspberry Pi model A+

Model A+ является бюджетной версией платы Raspberry Pi. Устройство выпущено в 2014 году на замену оригинальной Model A. Плата представлена на рисунке ниже.

В отличие от предыдущей модели А+ обладает следующими характеристиками:

  • Большим количеством выходов GPIO – теперь их стало 40.
  • Micro SD-разъемом.
  • Пониженное потребление энергии – линейные регуляторы напряжения были заменены на переключающиеся регуляторы, и это позволило сэкономить энергию.
  • Усовершенствованная аудиосистема – в плате присутствует отдельный источник питания с пониженным шумовым уровнем.
  • Уменьшенный форм-фактор – композитный аудиовыход встроен 3,5-мм аудиовыход, наличие крепежных отверстий, USB-разъем расположен на краю платы.

Распиновка представлена на рисунке

1, 17 контакты – питание 3,3 В.

2, 4 контакты – напряжение питания 5 В. Подключено напрямую к входному напряжению платы.

3 – выход SDA (один из I2C-пинов на плате).

5 – SCl (также одни из I2C-выходов на плате).

6, 9, 14, 20, 25,30, 34, 39 – Земля. Все заземляющие контакты соединены, можно использовать любой выход, который ближе к оставшимся элементам.

8 – TXD, один из 2 UART-выходов, отвечающий за передачу данных. UART-контакты обычно используют для взаимосвязи Ардуино и Raspberry Pi. Важно правильно соединять платы, так как Pi питается от напряжения 3,3 В, а ардуино – от 5 В.

10 – RXD, выход для UART, отвечающий за прием данных.

11, 13, 15, 16, 18, 22, 29, 3, 32, 33, 36, 37 – зарезервированные контакты.

12 – PCM_C вывод, который используется совместно со специальным ШИМ-методом. Обеспечивает прямой доступ к памяти.

19, 38 – MOSI-контакты.

21, 35 – MISO-контакты.

23, 40 – SCLK-контакты.

24, 26 – CS0 и CS1 выходы.

27,28 – ID_SD, зарезервированы для I2C коммуникации с энергонезависимой памятью.

Плата Raspberry Pi Model A+ используется в проектах, в которых важно поддерживать низкое энергопотребление и где не требуется наличие интерфейса Ethernet.

Плата Raspberry Pi 3 model B

Raspberry Pi model B является наиболее распространенной платой. По сравнению со своим предшественником Pi 2 Model B обладает 64-битным процессором ARM Cortex-A53 и встроенным Wi-Fi и Bluetooth. Плата имеет 1 ГБ оперативной памяти, которая делится с графической системой. Способов применения платы множество – с их помощью можно создавать игровые приставки, охранные системы, планшеты и прочие электронные устройства.

Для подключения наушников и колонок имеется 3,5-миллимитровый разъем. Также имеется 4 USB-выхода, к которым можно присоединять периферию. Подключение различных модулей осуществляется через 15-пиновые слоты:

  • DSI – предназначен для присоединения дисплея;
  • CSI-2 – присоеднинение камеры через интерфейс MIPI.

Для низкоуровневых интерфейсов используются выходы:

  • Общего назначения – 40 портов ввода/вывода;
  • UART;
  • I2C;
  • SPI;
  • Входы питания и земля.

Для коммуникации используются интерфейсы Ethernet, Wi-Fi 802.11n и Bluetooth 4.1. В качестве жесткого диска плата использует microSD-карту с установленной на ней операционной системой. Карту памяти лучше использовать объемом в 8 ГБ. Raspberry Pi model B использует операционную систему Linux.

Питание устройства осуществляется адаптером на 5 В через USB разъем или выходы питания. Специальный выключатель питания отсутствует на Raspberry Pi, чтобы включить устройство, достаточно просто подключить кабель питания.

Плата Raspberry Pi model Zero

Серия плат model Zero отличается от своих предшественников меньшими размерами. Существует 2 вида плат этого вида – model Zero и новая версия Zero W. Вторая отличается только наличием Wi-fi и Bluetooth на борту.

Технические характеристики Raspberry Zero:

  • 512 МБ оперативной памяти;
  • Одноядерный процессор ARMv6Z ARM1176JZF-S с тактовой частотой 1 ГГц;
  • Мини HDMI порт;
  • 2 микро USB порта, один для подключения к компьютеру;
  • Wi-Fi 802.11n;
  • Bluetooth 4.1

Расположение выходов и распиновка представлены на рисунке. Плата оснащена 40 портами входа-выхода общего назначения, UART, I2C, SPI, выходами питания 3,3 В и 5 В и землей. Важно отметить, что разъем не припаян и требуется самостоятельный монтаж.

Новая модель Zero W использует microSD, в отличие от старшей модели, которая использует miniSD для работы. Флеш-карта используется в качестве носителя, ее объем должен быть не менее 2 ГБ. Питание платы осуществляется при помощи 5-вольтового адапрета через пины питания или микро-USB вход.

Из недостатков можно отметить малую скорость выполнения по сравнению с Raspberry Pi 3 model B. Но по сравнению с B Zero обладает меньшими размерами, что позволяет использовать его в миниатюрных разработках. Используется Raspberry Pi model Zero в тех же сферах, что и остальные компьютеры этого семейства. Плата может быть оснащена периферийными устройствами, блоком питания, экраном. С помощью этих микрокомпьютеров создаются системы видеонаблюдения, игровые системы, бытовые приборы. Наличие Wi-Fi и Bluetooth позволяет расширить диапазон применения. Одновременно с выпуском Raspberry Pi model Zero W компания представила линейку корпусов для компьютера. Корпусы оснащены отверстием для разъема GPIO и установки камеры.

Сравнение моделей Raspberry Pi

Оперативная память

Платы Model A и Model A+ обладают наименьшим объемом памяти – всего 256 МБ. Model B до октября 2012 года также обладала объемом в 256 МБ, после объем был увеличен до 512 МБ, как и у Model B+. В плате Raspberry Pi 3 – наибольший размер памяти, 1 ГБ.

USB порты

Платы Model A и Model A+ оснащены одним портом USB 2.0, в версии Model B количество портов увеличено до двух, а в Model B+ и Pi 3 до четырех. Наиболее заметные изменения у Raspberry Pi Zero – в ней появился один разъем 1 Micro USB OTG.

Аудиовыходы

По этому параметру также отличается модель Raspberry Pi Zero – в этой плате 3,5-миллиметровый джэк, HDMI заменен на многоканальный HD звук через HDMI.

Формат карты памяти

Для моделей A и B использовались карты памяти SD / MMC / SDIO. Все последующие модели используют MicroSD карту.

Количество портов

Модели A и B оснащены 26-выводным GPIO разъёмом, в следующих моделях это число увеличено до 40.

Потребление энергии

Самым энергосберегающим устройством является Raspberry Pi Zero – она использует всего 160 мА. Наибольшее потребление энергии – у платы Raspberry Pi 3 (800 мА-2.5 мА,4 Вт). Первая модель А потребляет 300 мА (1,5 Вт), модели B, A+, B+ требуют порядка 600-700 мА.

Размеры

Самое миниатюрное устройство – Raspberry Pi Zero, его габариты 65.0 x 30.0 мм x 5мм. Немного больше модель А+, у которой размеры равны 65.0 x 56.0 мм x 12мм. Остальные платы обладают примерно одинаковым размером 85.0 x 56.0 мм x 17мм.

Где купить Raspberry Pi

Благодаря огромной популярности микрокомпьютеров Raspberry Pi их можно приобрести в любой точке мира в любом магазине. Но официальными продавцами считаются только 2 европейские фирмы – это «RS Components» и «Element 14». Обе фирмы поставляют мини-компьютеры в упаковках с различным дизайном, но товары от обоих поставщиков сделаны в Англии.

Со временем появились и китайские аналоги, которые можно купить на AliExpress. Сразу же возникает вопрос о подлинности этих гаджетов. Анализ китайской и английской версии можно провести, сравнив их рабочие характеристики, производительность процессора, памяти.

Процессор в оригинальной английской версии работает немного быстрее китайского аналога, то же самое касается и оперативной памяти. Отличия в работе минимальны, из чего можно сделать вывод, что китайская версия Raspberry Pi не хуже по своим рабочим параметрам.

Примеры проектов с Raspberry Pi

Управление портативной метеостанцией. При помощи Raspberry Pi можно реализовать устройство, которое будет записывать все метеоданные – скорость ветра, температуру, осадки. Можно запрограммировать устройство на автообновление сайта с погодными условиями.

Цифровая фоторамка. При помощи Raspberry P можно самостоятельно изготовить рамку для фотографий, сэкономив при этом примерно половину стоимости. Фоторамка – это медиа-панель, которая управляется Raspberry P. Рамку можно модернизировать – она будет показывать не только фотоснимки, но и дату и время, воспроизводить аудиозаписи, показывать прогноз погоды.

Система автоматизации в доме. Если совместить Raspberry Pi с Ардуино и программой Node.js, можно создать эффективный способ управления всеми электронными устройствами в доме. Вариантов работы много – автоматическое включение и выключение света при помощи датчика освещения, включение/выключение телевизора, регулирование температурного режима в доме.

При помощи платы Raspberry Pi можно реализовывать самые разные проекты – от музыкальных инструментов до фотоаппаратов и планшетов. Причем использование этой платы может существенно снизить стоимость самодельного прибора.

Комментировать
0 просмотров
Комментариев нет, будьте первым кто его оставит

Это интересно
Adblock detector