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Description technique
Introduction
Par abus de langage, nous parlons souvent d’un Raspberry Pi. On ne compte plus le nombre de fois qu’est utilisée la phrase « ça tourne sur un Raspberry ! », preuve que le nano-ordinateur est devenu une référence dans l’intelligence collective. Pourtant, après plus de dix ans d’existence et d’évolutions successives, il existe plusieurs cartes Raspberry Pi, sans compter les clones qui dépassent le cadre de cet ouvrage.
Afin de s’y retrouver dans l’ensemble des cartes produites par la fondation, ce chapitre les classe selon deux critères principaux : la génération et le facteur de forme.
La génération c’est un peu le niveau technique de la carte. Il a bien sûr évolué avec le temps et est représentatif des performances. Au jour d’écriture de ces lignes, il existe 5 générations de Raspberry numérotées de 1 à 5.
Mais…. Et le Pi Zero alors ?
Et c’est là qu’intervient le deuxième critère, le facteur de forme. Il existe cinq facteurs de forme : le Zero, le modèle A, le modèle B, et le 400. Il existe aussi le CM (Compute Module) plutôt destiné à l’industrie.
À l’aide de ces critères assez simples, il est facile de cartographier l’ensemble...
La génération 1
1. Description
La génération 1 est l’ensemble des cartes produites depuis le début de l’histoire du Raspberry Pi jusqu’à la sortie du Raspberry Pi 2 en juillet 2015. Cette génération est principalement caractérisée par son processeur 32 bits ARM 11 intégré dans le SoC Broadcom BCM2835. Ces cartes disposent de 512 Mo de mémoire vive au maximum et du GPU Braodcom Video Core IV.
Cette génération dispose de plusieurs facteurs de forme décrits ci-après.
2. Les Raspberry Pi 1
a. Le modèle B Rev. 1
C’est la première carte mise sur le marché entre février 2012 et octobre 2012.
Raspberry Pi 1 modèle B Rev. 1 (RS Components) - © Alex Eames 2012 (Creative Commons) (https://raspi.tv/2012/high-resolution-raspberry-pi-photos)
C’est une carte qui est très très rare, mais il faut savoir l’identifier. En effet, son port GPIO à 26 broches ne respecte pas le brochage de la gamme actuelle. Cela en fait un Raspberry Pi incompatible avec la plupart des cartes d’extension du commerce. Son principal signe distinctif par rapport à son successeur est l’absence de trous de fixation.
À part ces deux spécificités, cette première version de carte Raspberry Pi dispose des éléments de base que l’on retrouvera sur toute la gamme et qui seront décrits en détail dans le chapitre suivant.
Cette carte est souvent confondue avec sa remplaçante, la Rev. 2.
b. Le modèle B Rev. 2
Sortie en octobre 2012, le Raspberry Pi 1 modèle B Rev. 2 est le premier modèle vendu à grande échelle.
Cette carte dispose d’un SoC Broadcom BCM2835 embarquant un processeur ARM11 cadencé à 700 MHz, de 512 Mo de RAM et du GPU Broadcom VideoCore IV permettant le décodage vidéo.
En haut à...
La génération 2
1. Description
Cette génération de Raspberry Pi ne dispose que d’un seul modèle de carte : le Raspberry Pi 2 modèle B. En effet, il n’y a pas eu de déclinaisons dans les différents facteurs de forme avant l’arrivée de la génération 3.
Cette génération se caractérise par l’arrivée d’un nouveau CPU (BCM2836) quadricœur à 900 MHz et par le doublement de la mémoire vive à 1 Go. Le reste des éléments est strictement identique aux modèles de la génération 1.
2. Le Raspberry Pi 2 modèle B
Plus puissant que son prédécesseur, le Pi 1 modèle B+, le Raspberry Pi 2 modèle B adopte le même facteur de forme.
Pas évident de le reconnaître par rapport à son prédécesseur ! Voici quelques éléments pour les différencier.
La photo précédente présente, en haut, un Pi 1 modèle B+ et , en bas, un Pi 2 modèle B.
En premier lieu, la référence inscrite sur le processeur (1) donne une indication : s’il est possible de lire BCM2836, c’est un Pi 2, sinon, c’est qu’il s’agit de la RAM montée au-dessus du CPU et donc c’est un modèle de génération 1.
Quand le processeur...
La génération 3
1. Description
En février 2016 arrive cette nouvelle génération de Raspberry Pi avec l’utilisation d’un CPU ARM Cortex-A53 faisant entrer le Raspberry Pi dans le monde du 64 bits. Ce CPU permet d’atteindre ou de dépasser le gigahertz en horloge.
L’autre évolution majeure est l’intégration de la connectivité réseau Wi-Fi et du Bluetooth. Il n’est plus nécessaire d’ajouter des dongles USB pour avoir du sans-fil !
Cette génération est déclinée dans plusieurs facteurs de forme que nous allons étudier.
2. Le Raspberry Pi 3 modèle B
C’est le premier modèle de la génération 3 commercialisé le 29 février 2016, soit exactement quatre ans après la sortie du premier Raspberry Pi.
Cette nouvelle carte embarque un nouveau CPU cadencé à 1,2 GHz. La connectivité sans fil Wi-Fi à la norme 802.11n fait son apparition, plus communément dénommée Wi-Fi 4, culminant à 150 MBits/s max. Le Bluetooth et supporté en version 4.1 BLE (Bluetooth Low Energy).
Outre la dénomination commerciale qui est désormais plus claire avec l’apparition du chiffre 3, plusieurs changements font leur apparition.
Voici les signes distinctifs entre un Raspberry Pi 2 modèle B (en haut)...
La génération 4
1. Description
Apparue en juin 2019, cette nouvelle génération de Raspberry Pi satisfait les utilisateurs les plus exigeants en termes de performances. 1 à 8 Go de RAM, un nouveau CPU quadricœur ARM Cortex A72 cadencé de 1,5 à 1,8 GHz, l’apparition de ports USB 3.0 et du Bluetooth 5.0 BLE, l’utilisation d’un nouveau GPU VideoCore VI ou encore la double sortie HDMI font entrer le Raspberry Pi dans une nouvelle ère qui vient directement concurrencer les autres ordinateurs ou tablettes du marché.
Mais cette augmentation des performances a un prix. Si la version de base reste au prix de base de 35 $, plus on monte en performance et en mémoire, plus le prix s’élève pour atteindre les 100 $. Et la période de pénurie des puces ne fait qu’aggraver les tarifs, que ce soit sur le marché de la seconde main ou chez certains revendeurs avides de profits.
2. Les Raspberry Pi 4 modèle B
Une fois n’est pas coutume, le titre de cette sous-section est au pluriel, car le Raspberry Pi 4 modèle B est décliné en plusieurs versions, caractérisées par la quantité de mémoire vive. En juin 2019, la version de base à 1 Go de RAM est abandonnée au profit de la version à 2 Go. Il existe une version à 4 Go commercialisée...
La génération 5 : le Raspberry Pi 5
Apparue à l’automne 2023, la génération 5 a continué dans l’amélioration des performances. Nouveau CPU quadricœur ARM Cortex A76 cadencé à 2,4 GHz, vidéo améliorée avec le nouveau GPU Broadcom VideoCore VII, offrant un double affichage en 4K60p, le Raspberry Pi 5 se décline pour le moment en deux versions : 4 Go ou 8 Go de RAM.
Mais les gains ne s’arrêtent pas là. C’est aussi dans l’architecture interne de la carte, c’est-à-dire la manière dont les éléments sont interconnectés entre eux qu’ont été opérés de grands changements. Ainsi l’apparition de la puce « southbridge RP1 » devient un véritable chef d’orchestre des entrées sorties que sont le réseau, l’USB2.0, l’USB3.0, le Bluetooth et le PCI Express. En effet, un connecteur PCIe est apparu par rapport aux générations précédentes.
On note aussi l’intégration d’une horloge RTC afin de sauvegarder la date et l’heure. Pour fonctionner, elle nécessite l’ajout d’une source d’alimentation externe (pile ou batterie) sur le connecteur situé entre l’alimentation et la première sortie HDMI....
Les éléments constitutifs
Malgré le nombre de modèles et de versions assez étendu, un Raspberry Pi reste constitué des mêmes éléments de base que nous allons passer en revue. Pour ce faire, nous allons nous focaliser sur deux versions principales qui sont le Pi Zero et le Pi 3 modèle B, avec l’ajout de précisions pour les autres modèles lorsque cela est pertinent.
1. Le format Zero
a. Les composants
Vue de dessus
Les composants principaux du Raspberry Pi Zero sont repérés sur l’image ci-dessus. Tous les composants sont montés du même côté de la carte de circuit imprimé, dans le but de réduire la hauteur de la carte.
Vue de dessous
Le Raspberry Pi Zero ne comporte aucun composant sous la carte de circuit imprimé. Les seuls éléments repérables sont les pastilles des points test identifiés par les lettres PP, utilisées pour les tests en production et/ou la recherche de panne.
Un emplacement J5 situé à l’extrême gauche sur les photos ci-dessus est prévu pour une prise, mais n’est pas occupé. Les contacts sont utilisés pour des tests en cours de fabrication. C’est un connecteur JTAG (Joint Test Action Group).
Vue latérale
Ci-dessus la première version du Raspberry Pi Zero sans port caméra CSI ; ci-dessous la version avec port CSI.
Avec seulement 5 mm d’épaisseur, le Raspberry Pi Zero peut se loger dans de nombreux objets ou projets. Tous les connecteurs sont rassemblés du même côté (sauf le port caméra). Cela simplifie la mise en boîtier.
b. Le SoC
Le SoC choisi pour le Raspberry Pi Zero est le BCM2835 de la société Broadcom. Ce composant intègre sur une seule puce tous les éléments nécessaires à la réalisation d’un ordinateur : le microprocesseur, le processeur graphique, mais aussi tous les circuits annexes mis en œuvre dans un système informatique. Le BCM2835 n’est pas un SoC de dernière génération. Il était plutôt destiné à des applications multimédias. Il utilise un microprocesseur d’une génération antérieure mais dispose d’un processeur graphique...
Les prérequis pour démarrer
1. L’alimentation
L’écosystème Raspberry Pi est fait pour être modulable, adaptable, réutilisable. Il y a cependant certains éléments à ne pas négliger, et l’alimentation électrique en fait partie. Un bon nombre de problèmes de fonctionnement général de la carte sont dus à un problème d’alimentation. Ces problèmes d’alimentation sont généralement mis en évidence par l’extinction temporaire de la LED rouge PWR. Ils sont généralement dus à des appels de courants depuis le port GPIO, ou depuis les périphériques USB connectés, que l’alimentation ne peut couvrir car pas assez puissante.
Pour commencer avec le Raspberry Pi, il est fortement recommandé, voire obligatoire, d’utiliser une alimentation officielle conçue par la Fondation Raspberry Pi. Ces alimentations garantissent, par leur circuit électronique interne par leur câble et par la prise micro-USB, la fourniture d’un courant adapté. Rien n’empêche par la suite d’essayer d’alimenter son projet avec d’autres chargeurs de récupération et de sélectionner ceux qui fournissent le courant nécessaire à votre carte. Voici un petit tableau donnant un ordre d’idée de ce courant :
|
Génération |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
|
Courant nécessaire |
1 A |
1 A |
2,5 A |
3 A |
4 A |
2. La carte micro SD
Les performances de la carte micro SD est un facteur important dans les performances globales de votre système. Plus vous montez en gamme de carte Raspberry Pi, plus vous devrez être attentifs à ce que votre carte micro SD ne soit pas à la traîne. Ce sujet est traité en détail dans la section Choisir sa carte SD du chapitre Installer Raspberry Pi OS.
3. L’écran
La connexion d’un écran à la sortie HDMI de votre Raspberry Pi est parfois indispensable en phase d’expérimentation et de mise au point de votre application. Lors des phases de démarrage ou de mise à jour du système, seul ce signal vidéo vous renseignera...