Raspberry Pi on valmistaja, joka yhden piirilevyn tietokonesarjan ansiosta on saanut maailmanlaajuista mainetta ja vaikuttanut koulutusalalle ja harrastelijoille tarkoitettujen elektronisten moduulien markkinoiden kehitykseen. Toimittajan tuotteet sopivat kuitenkin yhtä hyvin teollisuuslaitteisiin, kuin muihinkin sovelluksiin...

Raspberry Pi tietokoneita ei tarvitse esitellä. Niiden brittiläistä toimittajaa tunnetaan nykyään erinomaisesti koko maailmassa. Sen tuotteet ovat tarkoitettu nuorison kouluttamiseen ja ovat useiden ammattikäyttöön tarkoitettujen laitteiden ydin sekä lukemattomien intoilijoiden, aloittelijoiden tai opiskelijoiden suorittamien yksityisten projektien perusta. Sitä iloisempia olemme ilmoittamaan, että Raspberry Pi tuotteet ovat virallisesti lisätty TME:n luetteloon, minkä ansiosta asiakkaamme ovat saaneet pääsyn toimittajan uusimpiin ratkaisuihin.

Täytyy myös korostaa, että Raspberry Pi:n valikoima ulottuu pitkälle tietokoneiden perusperheen ylitse, josta kyseinen tuotemerkki on etenkin tunnettu. Rpi:n valikoimaan kuuluu myös useita erikoistuneita ratkaisuja, oheislaitteita, lisätarvikkeita ja muita yhteensopivia tuotteita.

RASPBERRY PI -TIETOKONEET

Toimittajan lippulaivatuotteita ovat tietenkin Raspberry Pi yhden piirilevyn tietokoneet. Nykyään myynnissä on niiden 5. sukupolvi, vaikka suurten mahdollisuuksien vuoksi vanhemmatkin mallit ovat jatkuvasti suosittuja.

Raspberry Pi emolevy on varustettu USB-, HDMI- sekä Ethernet (RJ45)-porteilla, SD-korttipaikalla (SD-kortti toimii kiintolevynä), (MIPI-selosteen mukaisilla) DSI- ja CSI-liittimillä, jotka ovat tarkoitettu näytön ja kameran kytkentään, sekä tunnusomaisella GPIO-monitoimiliittimellä. Jälkimmäinen takaa käyttäjälle pääsyn tulo-lähtö-linjaan, mahdollisuuden käyttää SPI- tai I2C-sarjaportteja sekä virtalinjan, jonka jännite on 3,3V DC. Lisäksi tietokoneella on sisäänrakennetut WiFi- sekä Bluetooth-kommunikaatiojärjestelmät.

Virran syöttämiseen tietokoneeseen on tarkoitettu USB-liitäntä (nykyään C- ja aikaisemmin micro-versiossa), mutta energiaa voi toimittaa valittujen GPIO-pinnien avulla (2 ja 4) tai käyttämällä Power-over-Ethernet-standardia (siihen tarkoitetut laajennukset ovat kuvattu alempana).

Raspberry Pi 5 mallien suoritin on kaksiytiminen, 64-bittinen Broadcom BCM2712-järjestelmä, joka perustuu Arm Cortex-A76-arkkitehtuuriin ja jonka kellotaajuus on 2,4GHz. Lisäksi tietokoneella on muisti alle 8GB RAM sekä grafiikkasuoritin (GPU VideoCore 7), joka tukee OpenGL- ja Vulkan-teknologiat. 5. sukupolven uutuuksiin kuuluu mm.:

• liitin, joka on tarkoitettu laajennusten kytkentään PCIe-väylän avulla (se vaatii adapteria, joka on saatavilla TME:n luettelosta)
• kytkimen virtapiiri näppäimellä (aikaisemmin Rpi-tietokoneet käynnistyivät heti virran syöttämisen jälkeen)
• piirilevylle sijoitettu RTC-kellon järjestelmä

Raspberry Pi 400 -projekti

Raspberry Pi 400 tietokone saapui markkinoille pian 4. sukupolven levyn jälkeen (jonka se sisältää). Kyseessä on laite, jonka muoto muistuttaa perinteisiä 1970- ja 1980-lukujen tietokoneita (ns. ”micro”), joiden emolevy sijaitsi samassa kotelossa, kuin näppäimistö. RPi 400 on itse asiassa RPi 4-tietokoneen käytännöllisempi versio. Näppäimistön-kotelon lisäksi samassa setissä on hiiri, virtalähde, esiasennetulla järjestelmällä varustettu kortti sekä runsaasti kuvitettu, yksinkertaisesti kirjoitettu opas. Ei tarvitse kuin kytkeä HDMI-näyttö ja voi aloittaa seikkailun. Kyseinen muoto on erityisen miellyttävä nuoremmille käyttäjille ja harrastelijoille. Kannattaa huomata, että samalla ei rajoitettu kehitysmahdollisuuksia, sillä kotelo sekä takaa pääsyn tavanomaisiin liitäntöihin (esim. USB-portteihin) että sillä on käyttäjälle GPIO-lähtöjä paljastava paikka.

Raspberry Pi Zero: kompaktit mallit

Raspberry Pi Zero on perhe hieman ”rajoitettuja” malleja, joiden ominaisuuksiin kuuluu pieni koko ja alhainen energiankulutus. Kannattaa korostaa, että vaikka Zero-mallin ominaisuudet ovat vaatimattomampia, kuin toimittajan uudemmat tuotteet, silti se mahdollistaa vaikuttavien projektien suorittamisen, kuten multimediakeskus, kannettava pelikonsoli tai kootun robotin ohjain, jonka liike perustuu emolevyyn kytketyn kameran tallentamien kuvien analyysiin. RPi Zero:n etu on kyky toimia pitkään akulla sekä pieni määrä tuotettua lämpöä, mikä täyttää erinomaisesti mobiililaitteiden, kauko-ohjainten, tai pienten IoT-tyyppisten laitteiden tarpeet. Koostaan huolimatta levy on varustettu HDMI-liittimellä, USB-lähdöllä, SD-korttipaikalla, CSI-liittimellä sekä sisäänrakennetulla langattoman viestinnän moduulilla (Zero W-malli).

Compute Module

Vaikka Raspberry Pi tietokoneiden koko on hyvin pieni, joillekin projekteille se osoittautuu liian isoksi. Useat niistä vaativat lisäksi suorittimen täyttä laskentatehoa ja RPi Zero:n mahdollisuudet ovat rajoitettuja. Muissa tapauksissa USB-porttien tai HDMI-lähtöjen tehdasvalmisteinen sijainti osoittautuu epäoptimaaliseksi ja RJ45-liitäntä – suorastaan tarpeettomaksi. Mahdollistaakseen sellaisten laitteiden rakentamisen, joilla olisi useampia eri muotoja ja samalla säilyttääkseen alustan etuja, valmistaja on tarjonnut jo muutamasta edellisestä sukupolvesta lähtien tietokoneidensa miniatyyriversioita, joita kutsutaan Compute Module:ksi. Niillä on emolevyn kaikki pääkomponentit (sama suoritin, muisti, langattoman viestinnän valinnainen järjestelmä), mutta ei mitään ylimääräisiä komponentteja (kuten esim. pistorasioita tai suodattimia). Sen sijasta ne ovat varustettu korkean tiheyden liitännällä, joka on tarkoitettu moduulin loppupiiriin sijoittamiseen. Kyseisillä liittimillä on verrattomasti laajempia mahdollisuuksia, kuin tavallisella GPIO:lla ja ne antavat suunnittelijoille käytännössä rajoittamattoman pääsyn suorittimen toimintoihin.

Vielä 4. sukupolveen saakka CM-muotoiset RPi tietokoneet valmistettiin levyinä, joiden koko oli täsmälleen sama, kuin SODIMM mustin. Sen tähden kytkentään riitti tavanomainen, esim. kannettavien tietokoneiden tuotannossa käytettävä liitäntä. Moduulien uusimmilla malleilla on eri mitat ja niillä on lähdöt, jotka ovat valmistettu käyttämällä levy-levy (100 kosketinta x 2 liitintä)-tyyppisiä SMD-liittimiä, minkä ansiosta virtapiirillä on vielä matalampi profiili asennuksen jälkeen.

TME:n valikoimasta löytyy erikoinen RPI CM4IO-kehityslevy, joka on tarkoitettu laitteiden prototypointiin, käyttämällä Compute Module:a. Kyseisellä alustalla on virransyöttöjärjestelmä, RTC-kello, tavanomaisten liittimien lähdöt (HDMI, USB, GPIO, CSI, DSI) sekä PCIe-korttipaikka.

Raspberry Pi Pico -alusta

Raspberry Pi tietokoneiden parametrit ovat samanlaisia, kuin joidenkin pöytätietokoneiden tai kannettavien tietokoneiden parametrit. Samalla hyvin yksinkertaisten projektien tapauksessa, joissa ei tarvitse käyttää Raspberry Pi:n laskentatehoa täysin, eikä edes video- tai audiolähtöjä, yhden piirilevyn tietokone on harvoin optimaalinen vaihtoehto mikrokontrollereja käyttäville virtapiireille, esim. Arduino-levyille.

Juuri sen takia Raspberry Pi on suunnitellut oman mikrokontrollerimallin. Komponentin symboli on RP2040 ja se perustuu Cortex M0+-arkkitehtuuriin. Yksiköt sijaitsevat QFN56-koteloissa ja ne ovat varustettu muistilla 264kB sekä tuella ohjelman ulkoiselle muistille, jonka kapasiteetti on alle 16MB. Integroituihin oheislaitteisiin kuuluu sarjaväyläohjaimia (UART), SPI, I2C ja USB, ADC-muuntimia sekä 16 erillistä PWM-generaattoria.

RP2040-mikropiiriä voi hyvinkin käyttää minkä tahansa projektin keskusohjaimena, mutta sen mukavin käyttösovellus on toimittajan valmistama alusta, eli Raspberry Pi Pico moduuli. Sen pienen (51x21mm) levyn virtapiirissä on kaikki mikrokontrollerin toimintaan tarpeelliset komponentit (muisti 2MB, jännitteensäätimet, Micro USB-liitäntä jne.) ja se mahdollistaa käyttäjälle pääsyn 26 GPIO monitoimilähtöön. Se voi toimia jännitteen arvoalueella 1,8V – 5,5V DC.

Yksi RPi Pico:n suosituimmista toiminnoista on sen helppokäyttöisyys – tietokoneeseen kytkemisen jälkeen levy „esittäytyy” USB-muistina. Ei tarvitse kuin tallentaa sille tiedoston, jossa on MicroPython-kielellä kirjoitettu ohjelma, ja kaikki on valmista.

GPIO:n kytkettävät laajennukset

Raspberry Pi tietokoneiden suuri etu on erittäin laaja valikoima laajennuskortteja, jotka parantavat laitteen toimintaa. Kortteja toimitetaan lisäkortteina, jotka sijoitetaan emolevylle, käyttämällä GPIO-liitäntää, välikappaleita sekä neljää asennusreikää. Useimmilla sellaisilla levyillä on läpivientiliitin, joka takaa käyttäjälle jatkuvan, kätevän pääsyn tulo-lähtö-pinneille. Ottaen huomioon, että GPIO lähtöjärjestelmä on koko ajan sama, lisäkortit ovat yleensä yhteensopivia useampien Rpi-mallien kanssa.

Yllä olevasta taulukosta löytyy valikoima Raspberry Pi:n valmistamia lisäkortteja. Täytyy kuitenkin korostaa, että monet muutkin TME:n luettelossa mainitut valmistajat tarjoavat sen tyyppisiä laajennuksia.

Aidot lisätarvikkeet

Raspberry Pi:n suosio on luonut kokonaiset markkinat lisätarvikkeille, jotka ovat suunniteltu toimimaan yhdessä kyseisten yhden piirilevyn tietokoneiden kanssa tai jotka ovat yhteensopivia niiden kanssa. Useita täydentäviä tuotteita ja oheislaitteita valmistaa kuitenkin itse toimittaja ja myös ne tuotteet ovat saatavilla TME:n välityksellä.

Välttämättömiin tuotteisiin kuuluvat virtalähteet ja kotelot. Edellisiä valmistetaan tarkan tuoteselosteen mukaan, minkä ansiosta ne takaavat tietokoneiden hyvin toimivan yhteistoiminnan, jopa niiden vakavalla kuormituksella. Koteloiden ominaisuuksiin kuuluu puolestaan monta käytännöllistä ratkaisua – ne sekä suojaavat piirilevyjä ja komponentteja että takaavat pääsyn USB-, Ethernet- ja HDMI-liittimiin ja muihin emolevyllä sijaitseviin liittimiin, lukuun ottaen GPIO-lähtöjä. Usein rakenne mahdollistaa lisäksi CPU- ja RAM-jäähdyttämisen ja siinä on SD-kortin vaihtoa mahdollistavia sekä tietokoneen ja näytön tai kameran yhdistäville nauhoille tarkoitettuja paikkoja.

Lisäksi Raspberry Pi toimittaa tyypillisiä oheislaitteita, kuten hiiret tai näppäimistöt, joiden väri on oman merkkinsä mukainen. Huomion arvoinen on myös Raspberry Pi Touch Display, eli 7-tuumainen, kosketuspaneelilla varustettu näyttö. Kyseinen moduuli käyttää DSI-liitintä, virtaa siihen syötetään GPIO-portista ja sen kehyksessä on reikiä, jotka ovat tarkoitettu sekä näytön kiinnittämiseen että tietokoneen piirilevyn kiinnittämiseen näyttöön, mikä helpottaa integroitujen laitteiden rakentamista.

Kamerat ja objektiivit

DSI-liittimen lisäksi Raspberry Pi tietokoneiden emolevyllä sijaitsee vielä MIPI-standardin mukainen CPI-liitäntä (Camera Serial Interface). Sen avulla on mahdollista kommunikoida nopeasti kameramoduulien kanssa, joilla on paljon eri käyttötarkoituksia, kun samalla suorittimen kuormitus on minimaalinen ja kytkentä tapahtuu joustavan lattakaapelin avulla. Valikoimasta yhteensopivia Raspberry Pi kameroita löytyy paljon eri malleja: erittäin kompakteja, jotka tosin vastaavat erinomaisesti pienen robotiikan ja muiden harrastelijaprojektien tarpeisiin, mutta myös kehittyneempiä – joiden resoluutio on jopa 11,9Mpx, jotka ovat varustettu täyskennoisella sulkimella (tallentavat erittäin nopeaa liikettä), jotka käyttävät infrapunavaloa tallentavia matriiseja (pimeänäkökamerat) ja jotka ovat varustettu ultralaajakulmalinsseillä (esim. 120°). Lisäksi joidenkin moduulien avulla on mahdollista käyttää erikseen saatavilla olevia objektiiveja, joilla on erinomaiset optiset parametrit.

Muut lisätarvikkeet

Lopuksi täytyy myös mainita, että Raspberry Pi:n valikoima sisältää useita pienempiä, mutta yhtä tärkeitä lisätarvikkeita, jotka ovat usein välttämättömiä projekteja suoritettaessa ja jopa tietokonetta käytettäessä päivittäin.

Alkuperäinen teksti: https://www.tme.eu/fi/news/events/page/60018/raspberry-pi-tietokoneet-jo-virallisesti-tmen-luettelossa/