Raspberry Pi: Почему компактная мощность делает её топовым выбором

Что такое Raspberry Pi?

Еще не знаете, что такое Raspberry Pi? Вот 12,5 миллионов причин узнать.

Проект создан для университетского образования и технических энтузиастов (гиков) — официально анонсировано Raspberry Pi Foundation (Великобритания, Кембридж) в блоге. Продажи превзошли все ожидания: 12,5 млн единиц продано. Феномен параллелен современным потребительским технологиям, принес в домашнюю среду инновации, недавно доступные только крупным производителям.

Но что такое Raspberry Pi? Какие модели? Что можно с ней сделать? Каковы частые сценарии использования? Ответы ниже.

1.1 Краткая история Raspberry Pi

Проект зачат в 2006, выпущен в феврале 2012. Разрабатывала малая группа Кембриджского университета. Миссия: поощрить обучение компьютерным наукам у детей.

Raspberry Pi — отличный инструмент для изучения электроники и программирования. Первые дизайны базировались на микроконтроллере Atmel ATmega644. Май 2009 — основание Raspberry Pi Foundation в Калдекоте (Камбриджшир, UK) как благотворительной организации.

Цель фонда: развитие использования, обучения и понимания компьютеров детьми. Главная идея — портативный компьютер по минимальной цене, чтобы дети пользовались без страха, раскрывая мышление и этику «вскрой и посмотри, как это работает».

Идеолог проекта — Дэвид Бравен.

Бывший разработчик видеоигр. Главная цель: дети понимают базовую работу компьютера весело и сами развивают/расширяют устройства.

Сооснователь — Эбен Аптон, бывший сотрудник Broadcom, отвечал за архитектуру ПО и железа Raspberry Pi. Привлек академиков и энтузиастов для создания компьютера с целью поощрить изучение информатики, как в 1981 на Acorn BBC Microcomputer.

Фонд поддерживает дистрибутивы для ARM: Raspbian (на базе Debian), RISC OS, Arch Linux. Активно продвигает Python, также Tiny BASIC, C, Perl.

Спецификации и дизайн Raspberry Pi

Основной дизайн содержит:

• Чипсет Broadcom BCM2835: CPU ARM1176JZF-S 700 МГц
• GPU VideoCore IV
• 512 МБ RAM
• RJ45 → встроенный lan9512-JZX (SMSC) 10/100 Мбит/с
• 2 × USB 2.0
• Аналоговый аудиовыход 3.5 мм Jack
• Цифровой видео/аудио HDMI
• Аналоговый видео RCA
• GPIO (general-purpose I/O)
• MicroUSB питание
• Слот SD-карты

Две основные модели: Model A и Model B

Model A: 1 USB, нет Ethernet, 256 МБ RAM (у B — 512 МБ), дешевле. Может подключиться к сети через USB-Ethernet адаптер.

Процессор — Broadcom BCM2835 SoC (System-on-Chip). Отличается от ПК/ноутбука: использует архитектуру набора инструкций ARM. CPU — ARM1176JZFS с FPU, 700 МГц, поддерживает разгон до 1 ГГц в режиме «TURBO» без потери срока службы и гарантии. Архитектура ARMv6 — не поддерживается многими Linux-дистрибутивами (включая Ubuntu).

GPU — Dual Core VideoCore IV. Blu-ray качество, H.264 до 40 Мбит/с, 3D-ядро с OpenGL ES 2.0 и OpenVG, декодирование 1080p30.

RAM: 512 МБ SDRAM (Model B).

Один модуль: 400 МГц (нормально), 600 МГц (TURBO).

Нет классического HDD. Слот для SD-карты — загрузка ОС с карты (минимум 2 ГБ). Готовые карты с ОС в официальном магазине. После загрузки можно работать с USB-накопителями.

Видео: RCA (PAL/NTSC), HDMI (rev 1.3/1.4), DSI для LCD-панелей. Финальный вывод — Display Serial Interface (DSI), как в планшетах/смартфонах.

Аудио: 3.5 мм Jack + HDMI.

При HDMI аудио и видео идут по одному кабелю. Если дисплей без HDMI — используют Jack.

Сеть: RJ45 → lan9512-JZX (SMSC) 10/100 Мбит/с. Прямое подключение к ПК по RJ45 без кросс-кабеля (auto-MDI).

Нет кнопки вкл/выкл. Питание — стандартный 5V micro USB. Потребление 700 мА (3.5 Вт). Многие зарядки от смартфонов подходят, но не все (некоторые дают только 500 мА).

ARM vs x86

ARM (Acorn Computers, конец 80-х) малоизвестен в десктопах, но доминирует в мобильных: телефон в кармане почти точно на ARM-ядре.

BCM2835 на ARM — секрет работы Raspberry Pi от 5V 1A через micro-USB. Низкое потребление = нет радиатора, даже при сложных задачах.

Но: несовместимость с классическим ПО для ПК (x86 — AMD, Intel, VIA). BCM2835 использует ARM11 (ARMv6). ARMv6 — легкая и надежная, но есть ARMv7 (Cortex). Софт под ARMv7/x86 несовместим с BCM2835, хотя разработчики могут портировать.

Поддерживаемые ОС

Ключевое отличие от ПК/ноутбука — ОС. ПК: Windows или macOS (закрытые проприетарные). Raspberry Pi: GNU/Linux (открытый исходный код). Можно скачать исходники, менять, всё публично. Дух open source позволил быстро адаптировать Linux под Raspberry Pi (портирование).

Работают: Debian, Fedora Remix, Arch Linux. Разные дистрибутивы под разные нужды, но все открыты и совместимы: софт для Debian работает на Arch и наоборот.

1.2 Raspberry Pi 1 Model A и Model B

Model A: 512 МБ RAM, 1 USB, 40 GPIO, нет Ethernet. Model B: те же 512 МБ RAM и 40 GPIO, но 4 USB и Ethernet. Малый размер, низкая цена и потребление — отлично для встраивания в проекты.

Raspberry Pi 2 Model B

Второе поколение. Похоже на Pi 1 Model B, но: Arm Cortex-A7 4-ядерный CPU 900 МГц, 512 МБ RAM. Позже CPU заменен на Cortex-A53 900 МГц с 1 ГБ RAM.

Raspberry Pi 3 Model B

Самая продвинутая на момент выхода (март текущего года). Arm Cortex-A53 1.4 ГГц 64 бит, 4 ядра, 1 ГБ RAM, двухдиапазонный Wi-Fi 802.11 b/g/n/ac, Bluetooth 4.2, Ethernet 300 Мбит/с.

Raspberry Pi Zero

Самая маленькая — половина размера других. Single-core 1 ГГц CPU, 512 МБ RAM, mini-HDMI, USB OTG, камера, встроенный Wi-Fi 802.11n, Bluetooth 4.1. Супер-мини ПК, низкая цена и потребление, габариты 65×30 мм.

ПРОДУКТ	SoC	Частота	RAM	USB	Ethernet	Wi-Fi/BT
RASPBERRY PI 1 MODEL A	BCM2835	700 МГц	512 МБ	1	НЕТ	НЕТ
RASPBERRY PI 1 MODEL B	BCM2835	700 МГц	512 МБ	4	ДА	НЕТ
RASPBERRY PI 2 MODEL B	BCM2836/7	900 МГц	1 ГБ	4	ДА	НЕТ
RASPBERRY PI 3 MODEL B	BCM2837	1400 МГц	1 ГБ	4	ДА	ДА
RASPBERRY PI ZERO	BCM2835	1000 МГц	512 МБ	1	НЕТ	ДА

Проекты на Raspberry Pi

Успех Raspberry Pi — в огромном сообществе разработчиков. Пионер в сфере, низкая цена, малый размер, официальная поддержка — любимица тех, кто хочет учиться, экспериментировать, разрабатывать научные проекты на базе информатики и программирования.

Мощное железо для идей тысяч любителей, студентов, профи. Регулярно новые использования, бесплатная поддержка активным сообществом. Применения: медиа-центр (Full HD), эмуляторы консолей/аркад, NAS, игры (Quake 3, Minecraft), робототехника, умный дом, программирование. Интернет полон документации и помощи.

2.1 Raspberry Pi и цифровая электроника

Главное преимущество — GPIO-порт, программируемые пользователем I/O для подключения устройств: LED-дисплеи, LCD, реле, диоды и др.

Популярный способ программирования GPIO — через QT Creator (мультиплатформенная библиотека для GUI, консольных инструментов, серверных консолей). Также можно управлять GPIO прямо на Python (библиотеки предвстановлены в Raspbian), если GUI не нужен.

Веб-сервер и NAS

Низкое потребление и цена делают Pi идеальным для домашнего NAS. Производительность не как у специализированных устройств, но полностью функциональное решение для централизованных файлов локальной сети. Установка и настройка Samba-сервера в ОС Raspberry, создание папок, права пользователей — и готово. Подключаем внешний USB-диск к Raspberry.

Как любой компьютер, можно настроить как веб-сервер: малый размер и потребление — идеально для 24/7. Можно даже установить WordPress.

2.2 Raspberry Pi как мультимедиа-центр

Самое популярное применение — медиа-центр, благодаря XBMC и простоте установки.

XBMC (Xbox Media Center) — мультиплатформенный медиа-центр под GNU/GPL. Изначально для Xbox 1-го поколения. Команда XBMC разрешила нативный запуск на Linux, macOS, Windows, Ouya.

Поддержка множества форматов, плейлисты, визуализации, слайд-шоу, погода, плагины (Python). Через плагины: TV-программы, YouTube, онлайн-кино, подкасты. XBMC — хобби-проект волонтеров, не производится/не одобрен Microsoft.

Для запуска на Linux XBMC работает с любой ОС/дистрибутивом Raspberry Pi.

Но три дистрибутива модифицированы для загрузки XBMC напрямую, как готовый медиа-центр: OpenELEC, Raspbmc, Xbian. Очень похожи, служат одной цели. Ни у одного нет графической оболочки вроде Raspbian — используют среду XBMC.

Эти дистрибутивы несут HDMI CEC (Consumer Electronics Control) — протокол AV Link для управления функциями пульта через HDMI-кабель. Двунаправленная шина в одной линии, спецификация HDMI 1.0. Если ТВ поддерживает (большинство новых) — Raspberry Pi управляется ТВ-пультом без мыши/клавиатуры.

Открытость → сообщество постоянно разрабатывает плагины: онлайн ТВ, YouTube, P2P, скачивание обложек/метаданных медиафайлов.

Pinout Raspberry Pi (распиновка GPIO)

Назначение выводов (Pinout) — быстрый интерактивный справочник GPIO Raspberry Pi и подробное руководство по интерфейсу.

Raspberry Pi vs Arduino

Сравнение основных различий. У каждой платы своя ниша. Скорость, цена, производительность, простота программирования — параметры статьи. Цель — не найти «лучше», а «что подходит вашей задаче». Базируемся на опыте проектов с обеими платформами. Сравниваем Arduino UNO R3 и Raspberry Pi 3.

4.1 Процессинг

• Arduino UNO: ATmega328P, 20 MIPS, 8-бит AVR RISC Harvard, большинство инструкций за 1 цикл, резонатор 16 МГц.
• Raspberry Pi 3: BCM2837 Cortex-A7, высокопроизводительный, низкое потребление, ARM Quad Core 1.2 ГГц.

Вывод: Raspberry Pi побеждает там, где критична вычислительная мощность.

4.2 Протоколы и периферия

• Arduino UNO: UART, I2C, SPI, GPIO, PWM, ADC, компаратор, прерывания.
• Raspberry Pi: UART, I2C, SPI, GPIO, PWM, USB, Ethernet, WiFi, HDMI.

Вывод: Ничья. Нужен GUI, WiFi, веб-камера по USB — Raspberry Pi. Нужно читать I2C-датчик, писать в SPI-память, управлять GPS/GSM через UART — Arduino лучше. Уровень приложений: Arduino железо удобнее, данные всегда можно отправить на ПК для обработки/отображения.

4.3 Стоимость и запуск

Arduino UNO однозначно дешевле Raspberry Pi. Многие приложения всё еще требуют специфических требований: таймеры, чтение датчиков, циклы управления. Низкая стоимость системы для продажи продукта — преимущество.

4.4 Среды разработки

• Arduino UNO: GDE очень ограничен: интерфейс программирования, кнопка проверки, загрузка, сериал-терминал, сериал-плоттер (в новых). Настройка и отладка системы — нет. Для больших программ — мучение. Альтернатива — внешний IDE, но выходит за рамки идеи Arduino.
• Raspberry Pi: Совместим со множеством программ и языков. C++ и Python — уже большое преимущество. Кросс-компиляция, IDE вроде Eclipse, QT — полноценные полупрофессиональные инструменты. Доступ к системным библиотекам (OpenCV для компьютерного зрения).

Вывод: Raspberry Pi предлагает больше разнообразия и полноценных сред.

4.5 Итог сравнения

• Arduino — микроконтроллерная плата. Простой компьютер, запускает одну программу в цикле. Очень прост в использовании.
• Raspberry Pi — универсальный компьютер, обычно с Linux, запускает множественные программы. Сложнее Arduino.

Если проект: множественные функции одновременно, нужен легкий доступ в Интернет, медиа-возможности — Raspberry Pi 3.

Если проект: простое чтение датчиков, несколько выходов на основе данных, быстрое общение с другими частями машины, быстрый старт почти без установки — Arduino Uno.

Сценарии использования Raspberry Pi

5.1 Камера Raspberry Pi

Качественный 8 Мп сенсор Sony IMX219, кастомная плата-аддон с фиксированным фокусом. 3280×2464 фото, видео 1080p30, 720p60, 640×480p90. Спецификации выше базовой USB-веб-камеры. Прошивка использует VideoCore GPU в SoC Raspberry Pi: запись 1080p@30fps, 720p@60fps, VGA@90fps — идеально для замедленной съемки.

5.2 Raspberry Pi как настольный компьютер

Стационарные ПК умирают в доме: мощные ноутбуки и удобные планшеты. Но место ценится. Что лучше кредитного калькулятора Raspberry Pi?

Может ли Raspberry Pi быть десктопом? Возможно, вы уже пробовали медиа-центр и ретро-гейминг. Может, старый ПК больше не тянет.

Raspberry Pi 3 (чем новее, тем лучше!) — идеальная замена десктопа для базовой продуктивности.

Требует настроек. Первый вызов — отказаться от большинства Google-приложений.

Google Docs тормозит.

Браузер: «Эта версия Safari больше не поддерживается». Google Docs работает, но со временем появляются проблемы: минимальная, но заметная задержка между кликом и появлением символа. Бесконечные микрозадержки заставляют бросить Google Docs.

Есть LibreOffice — работает идеально, равно или лучше Google Docs. Нет причины пользоваться Docs, если нужен просто текстовый процессор.

LibreOffice: Writer, Calc, Impress и др. На Pi 3 работают отлично. Легкая задержка только при запуске.

Без Google Docs Gmail становится легче — комфортно в использовании.

Chromium (open-source база Chrome) легко ставится через терминал. Gmail, Docs, Drive отлично работают в Chromium. LibreOffice быстрее Docs даже в Chromium, но удобство — документы везде.

Chromium делает навигацию проще. JS-нагруженные сайты достаточно быстры, не крашатся. Медленнее, чем на $1000 ноутбуке, но вполне приемлемо для ежедневного использования.

Chromium чуть медленнее Iceweasel с блокировщиком скриптов, но не ломает сайты.

Можно использовать Chromium или Iceweasel. Iceweasel + Epiphany одновременно — ок. Но обе сразу с 5 вкладками (Google Docs + Gmail) — зависание 10-20 сек, заполнение 1 ГБ RAM. Chromium жрет память.

Итог: если готовы подправить рабочий процесс и сделать тривиальные настройки Raspbian OS — можно работать на $35 компьютере. Не так комфортно, как на $1000 ноутбуке, но максимально близко к ПК на Pi. Не забываем: питание 5V 2А — низкое потребление (ПК до 250 Вт, плюс монитор, но современные LED — мало).

5.3 Raspberry Pi с Android

Теперь можно использовать Android 8.1 на Raspberry Pi.

Raspberry Pi — лучший мини-ПК по соотношению качество/цена. LineageOS — свободная open-source ОС для приставок, смартфонов, планшетов на базе Android. Ограничение: не было официального Android для Raspberry Pi. Теперь, благодаря LineageOS, проблема решена.

Первый неофициальный образ LineageOS для Raspberry Pi 3 позволяет установить Android 8.1 Oreo с всеми Google-приложениями.

Образ ~300 МБ сжатый, 4.3 ГБ распакованный — нужна microSD минимум 8 ГБ.

Установка стандартна для Raspberry Pi.

Скачали, распаковали, записали на microSD через «Win32 Disk Imager», вставили в Pi — готово.

Разработчик предупреждает: образ для продвинутых пользователей, может содержать баги (первая версия, LineageOS 15.1, программный рендеринг Google SwiftShader). Не рекомендуется для продакшена или медиа-устройства, но будет стабилизироваться как натуральная бесплатная альтернатива Android на Raspberry Pi.

Заключение

Raspberry Pi — отличный старт для обучения программированию благодаря вычислительной мощности, низкой цене и малому потреблению. Бесконечные учебные, электронные проекты и ретро-игры. Понимание работы ПК изнутри полезно новичкам и профи. Чтобы узнать больше о компьютерных платах и наших услугах — посетите наш сайт.