Le Raspberry Pi 5 Modèle B

Introduction

Apparu sur le marché en novembre 2023, le Raspberry Pi 5 Modèle B marque le début de la 5^e génération des cartes Raspberry Pi. Comme les précédentes générations, il regroupe sur une carte de 85 x 65 mm tous les composants nécessaires pour faire fonctionner un système d’exploitation de type Linux avec, cette fois-ci, d’importantes nouveautés, le faisant entrer dans la cour des monocartes puissantes.

À l’heure de l’écriture de ces lignes, le Raspberry Pi 5 modèle B est disponible en quatre versions, différenciées par leur capacité en mémoire RAM de 2, 4, 8 ou 16 Go. Avec des prix respectifs d’environ 60, 70, 90 et 140 €, il est bien loin le petit ordinateur à 35 € (voire 15 € pour le Pi zéro) pour bricoler et démarrer dans la programmation informatique ! Pour rester aux alentours des prix auxquels la Fondation nous a habitués jusqu’ici, il faudra se rabattre vers un Raspberry Pi 3 Modèle B+, ou un Raspberry Pi 4 Modèle B avec 2 Go de RAM, tous deux vendus à 40 € environ. D’ailleurs, ces derniers modèles seront fabriqués jusqu’en janvier 2030 et janvier 2031, et pour le Pi 5 jusqu’en 2036.

En effet, le Raspberry Pi 5 est devenu puissant, mais ce n’est...

Vue d’ensemble du Raspberry Pi 5

1. Vue de dessus

La première chose que l’on remarque par rapport à la génération précédente, c’est le retour de la disposition port Ethernet/ports USB comme sur les générations 1, 2 et 3. Cela améliore la compatibilité physique avec les autres cartes Raspberry Pi, et c’est une bonne chose pour l’interchangeabilité, comme avec les boîtiers par exemple.

La sortie audio/vidéo analogique (prise jack 3,5 mm) disparaît. Nous verrons plus loin les alternatives pour l’audio. La vidéo analogique, elle, est toujours disponible, mais il faudra souder.

Les connecteurs DSI et CSI utilisés pour la connexion d’écran tactile et de caméra sont regroupés entre la 2e prise HDMI et le port Ethernet. Ces connecteurs ont réduit de taille, ils adoptent désormais les dimensions du connecteur CSI du Raspberry Pi Zéro.

Un nouveau connecteur port série fait sont apparition entre les deux ports HDMI.

Un connecteur pour l’ajout d’une batterie externe nécessaire au fonctionnement de l’horloge RTC est placé juste à droite du connecteur d’alimentation USB-C.

En dessous se placent les pastilles à souder pour connecter son propre bouton d’alimentation. Grande nouveauté, le Raspberry Pi 5 dispose désormais...

Le SoC

Le Raspberry Pi 5 est équipé d’un SoC Broadcom BCM2712. Ce SoC, ou System on Chip, traduisible par « système sur une puce », embarque la quasi-totalité des composants nécessaires à la réalisation d’un système complet.

Il intègre dans son boîtier le CPU (ou Central Processing Unit, « unité centrale de calcul » en français) et le GPU (Graphics Processing Unit, soit « unité graphique de calcul » en français, ou plus simplement « coprocesseur graphique »).

Le Wi-Fi et le Bluetooth

Du côté du Wi-Fi et du Bluetooth, la Fondation utilise le même circuit intégré que le Raspberry Pi 4 : le BCM43455 de chez Broadcom. C’est un circuit intégré complet pour la communication radio, qui intègre émission et réception sur les bandes 2,4 GHz et 5 GHz à la norme 802.11ac. Il se situe sous le capot métallique dans le coin supérieur gauche de la carte.

L’antenne, en forme de triangle, est directement routée sur le circuit imprimé. Elle est visible à la gauche du capot métallique, entre le trou de fixation et le connecteur PCIe.

Comme pour Raspberry Pi 4 ou le Pi 3 B+, on distingue clairement qu’il a été prévu l’ajout d’un connecteur de type U.FL pour connecter une antenne externe. Cela nécessite cependant de très très bonnes compétences en soudure microélectronique et l’équipement adéquat.

La Fondation annonce que le débit théorique maximum est passé de 120 Mbit/s à 300 Mbit/s. Mais si le circuit intégré BCM43455 est le même que pour le Raspberry Pi 4, comment les performances Wi-Fi ont-elles été augmentées ? Eh bien tout simplement parce que le bus de communication entre le BCM43455 et le CPU a été amélioré....

Le contrôleur d’entrées/sorties RP1

L’un des points faibles des premières générations de carte Raspberry Pi était le partage des débits de transmission de données entre les différents ports de communication, et ce, parce que la Fondation avait fait le choix d’intégrer un hub USB pour communiquer avec les ports USB et la carte Ethernet.

Les choses avaient été grandement améliorées sur le Raspberry Pi 4 avec l’utilisation d’un vrai port Ethernet, le BCM54213, à la place du « gros hub USB » qu’était le LAN9514.

C’est désormais un circuit intégré conçu spécialement par la Fondation qui se charge de gérer les communications USB 2.0, USB 3.0, vers le port Ethernet et aussi vers les bus CSI et DSI. Ce circuit se nomme RP1, et il prend une place importante sur le circuit imprimé.

Sur la photo ci-dessus, on distingue clairement l’étroite liaison entre le RP1 et le port Ethernet BCM54213 disposé en « losange ».

1. Les ports USB

a. Les vitesses de communication

Quatre ports USB sont disposés en deux colonnes de deux ports. Les ports de couleur bleue sont à la norme USB 3.0 et ceux de couleur noire à la norme USB 2.0. Pour rappel, la norme USB 2.0 peut atteindre le débit théorique maximum de 480 Mbit/s, et l’USB 3.0 (aussi appelé USB 3.1 Gen 1) 5 Gbit/s ! Contrairement à l’USB 2.0 faisant appel à un bus de quatre lignes (deux lignes pour l’alimentation 5V et deux autres pour les données), l’USB 3.0 nécessite pas moins de neuf lignes, et donc des câbles spécifiques généralement repérés par des prises de couleur bleue.

Sur la photo ci-dessus, on distingue clairement la différence de nombre de contacts entre les prises bleues et noires. La rangée de quatre contacts au fond...

Les sorties vidéo

1. Les sorties vidéo HDMI

Le Raspberry Pi 5 propose, comme son prédécesseur, deux sorties au format micro HDMI. Celles-ci sont sérigraphiées HDMI 0 et HDMI 1 sur le circuit imprimé.

Le GPU étant plus puissant, il est désormais possible de piloter deux affichages en 4K60p avec un rafraîchissement à 60 Hz. Les prises étant très rapprochées, prévoyez des câbles avec prises micro-HDMI, car les changeurs de taille ne pourront pas cohabiter.

Du côté des écrans, petit rappel sur les standards de transmission vidéo.

• HDMI, abréviation de High-Definition Multimedia Interface (ou « interface multimédia à haute définition » en français) : c’est un standard largement adopté dans l’audiovisuel, pour les téléviseurs notamment, qui permet la transmission audio et vidéo, ainsi que d’autres informations comme le pilotage d’appareils périphériques (une box internet, un lecteur DVD, etc.).

• DP, abréviation de DisplayPort (« port d’affichage » en français) : plutôt adopté par le monde de l’informatique, il équipe beaucoup d’écrans d’ordinateur. Sachez que seul le format physique de la prise change, les informations audio...

Les sorties audio

Le bus PCIe

Le bus PCI Express (ou Peripheral Component Interconnect Express, ou « interconnexion de composants périphériques rapides » en français) fait son apparition sur le Raspberry Pi 5. Non seulement en interne, entre le CPU et le RP1, mais aussi vers l’extérieur, grâce au connecteur J20 sérigraphié PCIe. Il prend place sur le bord gauche de la carte, à gauche de la framboise.

Il accepte la connexion de toutes sortes de cartes périphériques avec une liaison à haute vitesse, comme c’est le cas dans un PC classique.

Dérivé de l’ancien standard PCI, et grâce à de hautes vitesses de transfert, il s’est imposé comme bus de communication entre toutes sortes de cartes, qu’elles traitent du graphique, du réseau, ou encore de la donnée stockée ou calculée. Au fil du temps, ses versions apportent des débits de transferts de plus en plus élevés, et sa conception lui permet d’être adaptable à des périphériques plus lents.

Voici comment est conçu le standard PCIe : la version identifie un taux de transfert par ligne, et chaque périphérique peut être relié au bus par 1, 2, 4, 8 ou 16 lignes, ce qui au final multiplie par 1, 2, 4, 8 ou 16 le débit prévu par la version. Il est donc possible...

La RTC

L’une des nouveautés qui a suscité le plus de réactions positives à l’arrivée du Raspberry Pi 5, c’est l’intégration d’une horloge RTC, abréviation de Real-Time Clock (ou horloge en temps réel en français). Sa présence permet au système d’exploitation d’être à l’heure à chaque démarrage sans avoir besoin d’une connexion réseau pour contacter un serveur de temps NTP.

Certains diront « enfin, depuis 12 ans ! ». Cependant, les choix faits par la Fondation depuis toutes ces années étaient judicieux pour deux raisons majeures :

L’alimentation

1. Les besoins du Raspberry Pi 5

L’alimentation électrique du Raspberry Pi est un aspect essentiel à son bon fonctionnement. Depuis ses débuts, la demande en énergie n’a fait que croître en rapport avec les augmentations de puissance de calcul des différentes générations. Le Raspberry Pi 5 enchérit à nouveau en demandant un courant de 5 A sous 5 volts, ce qui représente 25 W. Néanmoins, le Raspberry Pi 5 saura se contenter d’un courant de 3 A, c’est-à-dire celui fourni par un adaptateur officiel de Raspberry Pi 4, avec pour conséquence une limitation à 600 mA pour les périphériques USB. C’est un bon point pour l’interchangeabilité des alimentations !

Si vous exécutez la version Desktop de Raspberry Pi OS, l’avertissement ci-dessous apparaît lors de l’affichage du bureau :

Si le Raspberry Pi 4 avait déjà adopté le format USB-C pour sa prise d’alimentation, celle-ci restait dans le standard de base en 5 volts. L’évolution majeure pour le Raspberry Pi 5 consiste désormais à adopter la norme Power Delivery.

Le refroidissement

Bien souvent, l’augmentation des performances se traduit par un échauffement des composants. Qu’il s’agisse d’un moteur, d’une charge de batterie, ou tout simplement du corps humain, fournir un effort supplémentaire augmente la chaleur dégagée. Il faut donc dissiper cette chaleur et mettre en œuvre des mécanismes de refroidissement.

Le Raspberry Pi 5 ne déroge pas à cette règle. Si une alimentation de 27 W est désormais requise, il n’y a pas de secret, les pertes dissipées en chaleur vont augmenter.

Sur la génération 4, il était possible de dédier une broche GPIO pour alimenter un ventilateur. Sur le Raspberry Pi 5, un connecteur spécialement dédié à cette fonction fait son apparition sur la carte entre le port GPIO et les prises USB. Ce connecteur est sérigraphié FAN.

En plus d’une alimentation 5 volts et d’une masse, ce connecteur à quatre broches met à disposition une sortie PWM (voir chapitre Le GPIO du Raspberry Pi, section Caractéristiques techniques des différentes broches, Les broches GPIO, Le mode sortie pour obtenir une description complète du PWM) permettant de faire varier la vitesse de rotation du moteur, ainsi qu’une entrée destinée à recevoir la mesure de la rotation...

Le bouton Marche/Arrêt

Voici une nouveauté qui va apporter un grand confort d’utilisation : le bouton Marche/Arrêt. Installé en position affleurante et verticale, ce bouton-poussoir sérigraphié PSW est implanté entre la LED d’état et le connecteur PCIe.

Qui n’a jamais pesté contre le fait de devoir ouvrir un terminal SSH à distance pour pouvoir redémarrer ou arrêter proprement son Raspberry ne disposant ni d’écran, ni de clavier, ni de souris ? Ce temps est désormais révolu, voyons comment cela fonctionne.

Lorsque l’alimentation du Raspberry Pi 5 est branchée, celui-ci s’allume et démarre automatiquement sous Linux (ou tout autre système d’exploitation installé par vos soins). Jusque là, pas de changement par rapport aux générations précédentes.

Voyons maintenant quelles fonctions apporte ce bouton :

La LED d’état

Nous sommes désormais habitués aux deux LED d’état qui existent sur la majorité des cartes Raspberry Pi. Néanmoins, on observe un changement avec le Raspberry Pi 5 : ce ne sont plus deux LED, mais une seule LED bicolore rouge et verte, identifiée sur la carte par une nouvelle sérigraphie STAT, qui apparaît en lieu et place de PWR et ACT sur les anciennes générations. Cette LED est positionnée juste à proximité du bouton Marche/Arrêt.

La LED devient rouge lorsque la carte du Raspberry Pi est en veille, c’est-à-dire lorsque le système d’exploitation est arrêté, mais que l’alimentation de la carte est encore sous tension. C’est la matérialisation du mode « halt ».

En fonctionnement normal, la LED est de couleur verte. Son clignotement vert témoigne de l’activité du système d’exploitation, plus précisément des accès à la carte micro SD.

En dehors du fonctionnement normal, cette LED verte peut indiquer un défaut ou une erreur au démarrage. Ces indications sont composées d’une séquence comprenant une phase de clignotements longs suivie d’une phase de clignotements courts. Voici le tableau complet des indications possibles :

Le micrologiciel d’amorçage

Depuis la génération 4, les cartes Raspberry Pi embarquent dans une mémoire EEPROM un micrologiciel d’amorçage, appelé aussi bootloader. Sur les générations précédentes, ce micrologiciel était installé sur la partition de démarrage de la carte micro SD (fichier bootcode.bin).

Le fait d’avoir déplacé ce micrologiciel d’amorçage directement sur la carte Raspberry Pi permet d’adjoindre à celle-ci des fonctionnalités supplémentaires sans avoir besoin d’utiliser un périphérique de stockage de masse comme une carte micro SD. C’est via ce micrologiciel d’amorçage qu’il est désormais possible de télécharger et d’installer le système d’exploitation de son choix sans passer par un ordinateur externe, comme mentionné à la section Installation du système d’exploitation, Raspberry Pi Imager, Démarrage depuis un Raspberry Pi vide du chapitre Installer Raspberry Pi OS.

Retenez que ce micrologiciel est un peu comme le BIOS d’un PC. C’est le premier programme qui démarre à la mise sous tension de la carte. Ce micrologiciel va ensuite rechercher le système d’exploitation installé pour le démarrer.

Si vous alimentez votre carte...