Raspberry Pi - komputer, który zanim się ukazał, zdążył wywołać totalne szaleństwo

Wygląda na to, że wróciliśmy do czasów reglamentacji towarów. Na kartkach nie znajdą się jednak wyroby czekoladopodobne, mięso wołowe czy buty, a ich miejsce zajmie tylko jeden wyrób - minikomputer Raspberry Pi. Można powiedzieć, że właściwie naprawdę tak się już stało. Producenci tego cuda sprzedają najwyżej jedną sztukę na jedno zamówienie (czytaj jedno nazwisko zamawiającego). Ci, którym nie udało się wpisać na listę zamówień pierwszej partii, będą musieli poczekać nieco dłużej na otrzymanie towaru. Pierwsza partia licząca 10 000 sztuk rozeszła się na pniu, jak ciepłe bułeczki.

O co zatem w tym szaleństwie chodzi? To pytanie zadają sobie sami twórcy pomysłu, którzy są całkowicie zaskoczeni obrotem sprawy. Ale chyba nie płaczą z tego powodu, chociaż zysków nie czerpią prawie wcale.

Na czym polega sukces?

Rys. 1. Rozmieszczenie bloków funkcjonalnych na płycie komputera Raspberry Pi

Właściwie nie wiadomo. Sam pomysł wydaje się tak prosty i oczywisty, że może wręcz dziwić tak późna jego realizacja. Być może sukces polega na odpowiedniej akcji promocyjnej, przeprowadzonej jeszcze przed wyprodukowaniem pierwszej serii handlowej. A może geneza sukcesu wywodzi się właśnie z samego pomysłu trafionego w dziesiątkę? Najwyższy zatem czas, żeby zajrzeć do środka Raspberry Pi. Zamysłem twórców Raspberry Pi było zaprojektowanie, oczywiście z zamiarem masowej sprzedaży, minikomputera przeznaczonego dosłownie dla każdego.

Idea powstała mniej więcej w roku 2006, a zrodziła się w głowach kilku osób po przeprowadzeniu analizy poziomu wiedzy informatycznej uczniów i studentów wykorzystujących dostępne w tamtym czasie komputery PC i oprogramowanie. Poziomu, według oceniających, dość opłakanego, a w dodatku spadającego z roku na rok. Lekarstwem na to miało być upowszechnienie prostego, a przede wszystkim taniego komputera, mającego jednak cechy i moc obliczeniową zbliżoną do istniejących wówczas na rynku stacjonarnych komputerów osobistych czy laptopów.

Zaangażowane w realizację projektu osoby założyły fundację Raspberry Pi, która ponad sukces komercyjny stawiała wzniosły cel. Ideą było upowszechnienie dostępu szerokim rzeszom użytkowników, głównie ludziom bardzo młodym, do taniego, ale pełnowartościowego komputera. Fundacja wybrała producentów i dystrybutorów, którzy podjęli się przygotowania wersji handlowych komputera Raspberry Pi. Aktualnie są to: Farnell (Element14) i RS Components. W założeniu Raspberry Pi, bo tak też nazwano wyrób końcowy, miał to być komputer... bez monitora, bez dysku twardego, bez klawiatury, bez myszki, o rozmiarach nie większych niż typowa karta kredytowa (fot. 1). Nieźle, prawda? Tylko jak pracować na czymś takim?

Rys. 2. Rozmieszczenie sygnałów w gnieździe GPIO

W ramach minimalizacji kosztów przyjęto, że każdy potencjalny nabywca komputera Raspberry Pi albo już ma, albo może łatwo zdobyć niezbędne urządzenia wejścia/wyjścia. Ważną cechą Raspberry Pi jest możliwość współpracy z telewizorem lub monitorem HDMI - pomysł jakby częściowo zaczerpnięty z dawnych komputerków 8-bitowych, takich jak Commodore 64, Atari czy ZX Spectrum.

Mają być na nim uruchamiane dobrze znane z komputerów PC takie programy, jak: popularne edytory tekstów, arkusze kalkulacyjne, gry, w tym kultowa, nieźle sprawdzająca możliwości sprzętu gra Quake. Raspberry Pi po wyposażeniu w odpowiedni czytnik powinien radzić sobie z wyświetleniem filmów jakości full high-definition. Ma umożliwiać korzystanie z Internetu, ale tu ważna uwaga: przyjęto dwie wersje płyt komputera (A i B).

W wersji A nie uwzględniono gniazda ethernetowego, a jedyny dostęp do sieci jest w niej realizowany przez zewnętrzną kartę sieciową lub Wifi dołączaną przez port USB. Komputer miał kosztować tyle, by mógł sobie na niego pozwolić nawet uczeń za ewentualnie zaoszczędzone kieszonkowe.

Cena wersji A nie powinna przekroczyć 25 dolarów, zaś wersja B nie powinna być droższa niż 35 dolarów. Należy jednak pamiętać, że są to ceny dystrybutorów angielskich, przenosząc zakup na polskie realia, trzeba więc doliczyć pewną kwotę związaną z dostarczeniem towaru do klienta, ewentualnymi opłatami celnymi i przelicznikami walutowymi i podatkami.

Tabela. 1. Specyfikacja techniczna komputera Raspberry Pi

Teoretycznie komputer może być sprowadzany indywidualnie, ale wydaje się, że rozsądniejsze jest korzystanie z usług lokalnego dystrybutora. W Polsce zarówno Farnell, jak i RS Components mają swoje biura. Ze względu na wysokie koszty produkcji w Europie wytwarzanie jest prowadzone w Chinach. Ważną kwestią braną pod uwagę przy opracowywaniu komputera Raspberry Pi był system operacyjny. Wiążą się z tym zarówno zagadnienia techniczne, jak i ekonomiczne. Konstruktorzy założyli, że ich komputer będzie działał z systemem Linux.

Windows został odrzucony po pierwsze ze względu na dość istotne ograniczenia dotyczące rozwiązań sprzętowych, wymaganą instalację sterowników itp., po drugie ze względu na niekomercyjny charakter popularnych dystrybucji systemu Linux. Za Windows użytkownik musiałby dodatkowo zapłacić, a koszt ten byłby większy od ceny samego komputera. Zatem klienci Raspberry Pi mając do dyspozycji komputer z systemem operacyjnym Linux, sporo oszczędzają, a przy tym mogą pracować całkowicie legalnie.

System operacyjny jest ładowany z karty SD, pamiętajmy, że komputer nie ma dysku twardego. Dystrybucja systemu operacyjnego przygotowana dla Raspberry Pi jest udostępniona na serwerze fundacji jako plik torrentowy lub SHA-1 hash. W razie problemów z komunikacją można korzystać z licznych mirrorów strony. Ich lista jest dostępna w sieci.

Trochę szczegółów technicznych

Rozmieszczenie bloków funkcjonalnych na płycie komputera przedstawiono na rysunku 1, a jego specyfikację techniczną zamieszczono w tabeli 1. Najważniejszym elementem komputera Raspberry Pi jest układ System-on-chip typu Broadcom BCM2835, w którym zintegrowano jednostkę centralną, procesor graficzny, DSP i pamięć RAM. CPU oparto na procesorze z rdzeniem ARM1176JZF taktowanym przebiegiem o częstotliwości 700 MHz. Należy on do rodziny ARM11 - są to układy z architekturą ARMv6.

Procesor ma do dyspozycji 256 MB RAM-u. Bardzo silny procesor graficzny Broadcom VideoCore IV obsługuje m.in. Open GL 2.0, Open VG, odtwarza materiały wideo zakodowane w formacie h.264 oraz MPEG-4 AVC w rozdzielczości 1080 punktów z szybkością 30 klatek na sekundę. Procesor ten pracuje z wydajnością 24 GFLOPS. Do komputera można dołączyć kamerę wideo przez szybki interfejs MIPI CSI-2. Zawarty na płytce komputera sterownik sieci ethernetowej to układ LAN9512 umożliwiający pracę z szybkościami 10 lub 100 Mb/s automatycznie rozpoznający rodzaj dołączonego kabla (funkcja Auto-MDIX).

Na uwagę zasługuje port GPIO. W tradycyjnych komputerach takiego raczej nie znajdziemy. Właściwie w Raspberry Pi rozpakowanym z pudełka również go nie będzie, ale użytkownik zainteresowany takim rozszerzeniem może samodzielnie go sobie wlutować. Przewidziano zastosowanie gniazda 26-piowego (2×13) z rozstawem wyprowadzeń w rastrze 100 mils.

Port ten umożliwia dołączenie kart rozszerzających, a także zewnętrznych interfejsów różnych urządzeń peryferyjnych. Do gniazda doprowadzono połączenia z 8 portami ogólnego przeznaczenia, a także wyprowadzono linie interfejsów I²C, SPI, UART oraz zasilanie: +3,3 V, +5 V i masę. Ale uwaga! Porty nie mają żadnego zabezpieczenia przepięciowego. Jeśli zatem jest planowane wykorzystanie ich do własnych zastosowań, warto pomyśleć o odpowiednich zabezpieczeniach po stronie własnej elektroniki.

Rozmieszczenie sygnałów na gnieździe GPIO przedstawiono na rysunku 2. Wszystkie linie GPIO mają jedną ważną cechę, jaką jest możliwość generowania przerwań, i to od wszystkich możliwych zdarzeń (poziom wysoki, poziom niski, zbocze narastające, zbocze opadające, zmiana stanu). Z pewnością będzie ona często wykorzystywana przy konstruowaniu urządzeń sterowanych komputerem via GPIO. Fundacja Raspberry Pi aktualnie nie zapewnia jednak sterowników dla portu GPIO, nie ma też sterowników interfejsu I²C.

Komputer sauté?

Koszty, koszty... Fundacja Raspberry Pi działa konsekwentnie, zgodnie ze swoimi postanowieniami. Komputer ma być tani do granic możliwości. Czy granice te przekroczono, decydując się na sprzedaż gołej płytki, bez obudowy? Dla jednych użytkowników na pewno będzie to jakiś problem, inni, chyba większość, jakoś sobie z tym poradzą. Ale, jak to się mówi, przyroda nie lubi próżni, i choć na dobrą sprawę w chwili pisania artykułu dla większości chętnych komputer był jeszcze nieosiągalny, to w sieci już pojawiły się oferty obudów dla Raspberry Pi. A powszechnie dziś dostępne technologie pozwalają stosunkowo tanio uzyskać niemal profesjonalną jakość.

Jednym z pierwszych, którzy wzięli sprawy w swoje ręce, był pewien Włoch - Marco Alici, który zaprojektował bardzo profesjonalnie wyglądającą obudowę, a wykonał ją techniką druku 3D. Obudowę Marca przedstawiamy na fotografii 1. Zdjęcia pochodzą ze strony autora obudowy.

Fot. 1. Obudowa dla komputera Raspberry Pi zaproponowana przez Marco Aliciego

Niewielki falstart

Być może natłok zamówień przekraczających przewidywania fundacji spowodował, że nie uniknięto małych błędów. Okazało się, że w pierwszych egzemplarzach zostało zamontowane nieprawidłowe gniazdo RJ45. Usterkę tę jednak szybko dostrzeżono i partia złych płyt została cofnięta do poprawki. Aktualnie produkcja przebiega już prawidłowo.

Incydent ten nie wpłynął zasadniczo na opóźnienie dostaw komputerów do klientów, niemniej składający zamówienia dopiero dzisiaj prawdopodobnie nie otrzymają towaru wcześniej niż w czerwcu. Powodem tego stanu nie są jednak kłopoty związane z produkcją, a niespodziewanie duża liczba zamówień.

Społeczność Raspberry Pi

Zainteresowanie komputerem Raspberry Pi owocuje znacznym oddźwiękiem w sieci. Zakładane są tematyczne fora internetowe, blogi, kanały twitterowe, powstają prywatne strony o Raspberry Pi. Najświeższe informacje źródłowe można czerpać ze strony internetowej fundacji: www.raspberrypi.org.

Jak zwykle najlepiej jest korzystać z doświadczenia użytkowników, którzy na własnej skórze zmierzyli się z różnymi problemami. Na ogół ludzie tacy bardzo chętnie dzielą się swoimi spostrzeżeniami. Jednym z takich miejsc jest forum na stronie fundacji: www.raspberrypi.org/forum. Ciekawe, jak będzie ewoluowała inicjatywa fundacji? Czy będą powstawać jakieś interesujące aplikacje na komputer Raspberry Pi, może dodatkowe elementy wyposażenia? Znajdą się pewnie też tacy, którzy będą chcieli na tym zarobić, ale pamiętajmy: Raspberry Pi jest fundacją charytatywną, niewielka marża jest przeznaczona na funkcjonowanie samej fundacji oraz finansowanie edukacji informatycznej młodzieży.

Jarosław Doliński
jaroslaw.dolinski@ep.com.pl