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Descripción técnica
Introducción
A causa de un uso incorrecto del lenguaje, a menudo hablamos de una Raspberry Pi. Ya hemos perdido la cuenta de cuántas veces se ha utilizado la frase "funciona con una Raspberry", prueba de que el nano-ordenador se ha convertido en un referente de la inteligencia colectiva. Sin embargo, tras más de diez años de existencia y sucesivas evoluciones, existen varias placas Raspberry Pi, por no hablar de los clones que quedan fuera del alcance de este libro.
Con el fin de orientarse en el conjunto de tarjetas producidas por la Fundación, este capítulo las clasifica según dos criterios principales: la generación y el factor de forma.
La generación es el nivel técnico de la tarjeta. Por supuesto, ha evolucionado con el tiempo y es representativa del rendimiento. En el momento de escribir estas líneas, existen 5 generaciones de Raspberry, numeradas del 1 al 5.
Pero.... ¿Y la Pi Zero?
Aquí es donde entra en juego el segundo criterio: el factor de forma. Hay cinco factores de forma: el Zero, el modelo A, el modelo B y el 400. También está el CM (Compute Module), pensado más para la industria.
Utilizando estos sencillos criterios, es fácil mapear toda la gama Raspberry Pi de la Fundación, reconociendo cada modelo e identificando el nivel de rendimiento requerido para una aplicación específica. La lista de placas producidas, así...
Generación 1
1. Descripción
La Generación 1 es el conjunto de placas producidas desde el inicio de la historia de Raspberry Pi hasta el lanzamiento de Raspberry Pi 2 en julio de 2015. Esta generación se caracteriza principalmente por su procesador 32 bits ARM 11 integrado en el SoC Broadcom BCM2835. Estas placas tienen un máximo de 512 MB de RAM y la GPU Braodcom Video Core IV.
Esta generación tiene una serie de factores de forma que se describen a continuación.
2. Raspberry Pi 1
a. Modelo B Rev. 1
Esta es la primera tarjeta que se lanza entre febrero de 2012 y octubre de 2012.
Raspberry Pi 1 modelo B Rev. 1 (RS Components) - © Alex Eames 2012 (Creative Commons) (https://raspi.tv/2012/high-resolution-raspberry-pi-photos)
Se trata de una tarjeta que es extremadamente rara, pero hay que saber identificarla. De hecho, su puerto GPIO de 26 pines no respeta el pinout de la gama actual. Esto hace que la Raspberry Pi sea incompatible con la mayoría de las tarjetas de expansión disponibles en el mercado. Su principal rasgo distintivo con respecto a su sucesora es la ausencia de orificios de montaje.
Aparte de estas dos características especiales, esta primera versión de la placa Raspberry Pi tiene los elementos básicos que se encontrarán en toda la gama, y que se describirán en detalle en el siguiente capítulo.
Esta tarjeta se confunde a menudo con su sustituta, la Rev. 2.
b. Modelo B Rev. 2
Lanzada en octubre de 2012, la Raspberry Pi 1 modelo B Rev. 2 es el primer modelo que se vende a gran escala.
Esta tarjeta incorpora un SoC Broadcom BCM2835 con un procesador ARM11 a 700 MHz, 512 MB de RAM y una GPU Broadcom VideoCore IV que permite la descodificación de vídeo.
En la parte...
La generación 2
1. Descripción
Esta generación de Raspberry Pi solo tiene un modelo de placa: la Raspberry Pi 2 modelo B. De hecho, no ha habido variaciones en los distintos factores de forma antes de la llegada de la generación 3.
Esta generación se caracteriza por la llegada de una nueva CPU de cuatro núcleos a 900 MHz (BCM2836) y la duplicación de la RAM hasta 1 GB. El resto de elementos son estrictamente idénticos a los modelos de la generación 1.
2. La Raspberry Pi 2 modelo B
Más potente que su predecesora, la Pi 1 modelo B+, la Raspberry Pi 2 modelo B adopta el mismo factor de forma.
No es fácil distinguirla de su predecesora. He aquí algunas maneras de distinguirlas.
La foto anterior muestra una Pi 1 modelo B+, arriba, y una Pi 2 modelo B, abajo.
En primer lugar, la referencia en el procesador (1) da una indicación: si se lee BCM2836, es una Pi 2, de lo contrario es la RAM montada encima de la CPU y por lo tanto un modelo de generación 1.
Cuando el procesador está equipado de un refrigerador, hay que recurrir a observar el nombre comercial de la placa escrito en blanco (2): "Raspberry Pi 2 Model B" significa una Pi de generación 2, "Raspberry Pi Model B+" significa una placa de generación 1. Si no se presta atención a cada carácter y al orden, es fácil confundirse.
Otra característica distintiva...
La generación 3
1. Descripción
En febrero de 2016 llegó esta nueva generación de Raspberry Pi, que utiliza una CPU ARM Cortex-A53, con lo que la Raspberry Pi entra en el mundo de los 64 bits. Esta CPU permite alcanzar o superar frecuencias de reloj de hasta 1 gigahercio.
La otra gran novedad es la integración de la conectividad de red Wi-Fi y Bluetooth. Ya no es necesario añadir llaves USB para disponer de conexión inalámbrica.
Esta generación está disponible en varios formatos, que veremos a continuación.
2. La Raspberry Pi 3 modelo B
Se trata del primer modelo de la generación 3 que salió a la venta el 29 de febrero de 2016, exactamente cuatro años después del lanzamiento de la primera Raspberry Pi.
Esta nueva tarjeta incorpora una nueva CPU a 1,2 GHz. Se introdujo la conectividad inalámbrica Wi-Fi mediante el estándar 802.11n, más conocido como Wi-Fi 4, con una velocidad máxima de 150 Mbps. Bluetooth es compatible con la versión 4.1 BLE (Bluetooth Low Energy).
Además del nuevo nombre comercial, más claro, con la adición del número 3, se introdujeron otros cambios.
Aquí están las marcas distintivas entre una Raspberry Pi 2 modelo B (arriba) y una Raspberry Pi 3 modelo B (abajo). La referencia inscrita en el SoC (1) es ahora BCM2837, con la RAM todavía soldada a la parte posterior...
La generación 4
1. Descripción
Aparecida en junio de 2019, esta nueva generación de Raspberry Pi satisface a los usuarios más exigentes en términos de rendimiento. Con 1 a 8 GB de RAM, una nueva CPU ARM Cortex A72 de cuatro núcleos a una frecuencia de 1,5 a 1,8 GHz, la introducción de puertos USB 3.0 y Bluetooth 5.0 BLE, el uso de una nueva GPU VideoCore VI y salidas HDMI duales, la Raspberry Pi entró en una nueva era, compitiendo directamente con otros ordenadores y tabletas del mercado.
Pero este aumento del rendimiento tiene un precio. Mientras que la versión básica se mantiene en el precio base de 35 dólares, cuanto más rendimiento y memoria se añaden, más sube el precio, llegando a los 100 dólares. Y la escasez de chips no hace sino empeorar los precios, ya sea en el mercado de segunda mano o con ciertos revendedores ávidos de beneficios.
2. Las Raspberry Pi 4 modelo B
Por una vez, el título de este apartado es plural, porque la Raspberry Pi 4 modelo B se presenta en varias versiones, caracterizadas por la cantidad de RAM. En junio de 2019, la versión básica con 1 GB de RAM se abandonó en favor de la versión de 2 GB. Existe en el mercado una versión de 4 GB por unos 55 dólares y otra de 8 GB por 75 dólares.
La duplicación de las salidas HDMI significa que los conectores tienen ahora formato micro-HDMI....
La generación 5: la Raspberry Pi 5
La generación 5, que apareció en otoño de 2023, siguió mejorando el rendimiento. Con una nueva CPU ARM Cortex A76 de cuatro núcleos a 2,4 GHz, vídeo mejorado con la nueva GPU Broadcom VideoCore VII y ofrece un doble visualización en 4K60p, la Raspberry Pi 5 está disponible actualmente en dos versiones: 4 GB u 8 GB de RAM.
Pero las mejoras no se acaban ahí. También se introdujeron cambios importantes en la arquitectura interna de la placa, es decir, en la forma en que se interconectan sus componentes, entre otros grandes cambios. La aparición del chip "southbridge RP1", por ejemplo, lo convierte en un auténtico conductor de entradas y salidas como la red, USB2.0, USB3.0, Bluetooth y PCI Express. De hecho, se añadió un conector PCIe en comparación con las generaciones anteriores.
También incorpora un reloj RTC para guardar la fecha y la hora. Para funcionar, requiere añadir una fuente de alimentación externa (batería o pila recargable) en el conector situado entre la fuente de alimentación y la primera salida HDMI.
El factor de forma permanece inalterado. Obsérvese la vuelta a la disposición de puertos USB/Ethernet a la que estamos acostumbrados desde el principio.
Por supuesto, más potencia y velocidad también significan más consumo de energía...
Los elementos constitutivos
A pesar del gran número de modelos y versiones, una Raspberry Pi sigue estando compuesta por los mismos elementos básicos, que vamos a revisar. Para ello, vamos a centrarnos en dos versiones principales, la Pi Zero y la Pi 3 modelo B, con detalles añadidos para otros modelos cuando sea pertinente.
1. Formato Zero
a. Los componentes
Vista superior
Los componentes principales de la Raspberry Pi Zero se muestran en la imagen superior. Todos los componentes están montados en el mismo lado de la placa de circuito impreso, con el fin de reducir la altura de la placa.
Vista inferior
La Raspberry Pi Zero no tiene componentes bajo la placa de circuito impreso. Los únicos elementos identificables son las almohadillas de punto de prueba identificadas con las letras PP, utilizadas para pruebas de producción y/o resolución de problemas.
Se ha previsto una ubicación J5 para un conector en el extremo izquierdo de las fotos mostradas anteriormente, pero no está ocupada. Los contactos se utilizan para pruebas en proceso. Se trata de un conector JTAG (Joint Test Action Group).
Vista lateral
Arriba está la primera versión de la Raspberry Pi Zero sin puerto de cámara CSI; abajo está la versión con puerto CSI.
Con solo 5 mm de grosor, la Raspberry Pi Zero cabe en una amplia gama de objetos y proyectos. Todos los conectores están en el mismo lado (excepto el puerto de la cámara). Esto simplifica el embalaje.
b. El SoC
El SoC elegido para la Raspberry Pi Zero es el BCM2835 de la sociedad Broadcom. Este componente integra en un solo chip todos los elementos necesarios para construir un ordenador: el microprocesador, el procesador gráfico y todos los circuitos auxiliares utilizados en un sistema informático. El BCM2835 no es un SoC de última generación. Está pensado más para aplicaciones multimedia. Utiliza un microprocesador de una generación anterior, pero tiene un procesador gráfico muy potente.
Aquí, como en cualquier otra producción industrial, la elección de cada componente es un compromiso entre rendimiento, tamaño, precio...
En el caso de la Raspberry Pi, la elección del BCM2835 se guio principalmente por su bajo precio, a pesar de que su rendimiento se ve superado por el de las nuevas generaciones de SoC disponibles. La restricción...
Los requisitos para iniciar
1. La alimentación
El ecosistema Raspberry Pi está diseñado para ser modular, adaptable y reutilizable. Sin embargo, hay ciertos elementos que no deben descuidarse, y la fuente de alimentación es uno de ellos. Muchos de los problemas del funcionamiento general de la placa se deben a un problema de alimentación. Estos problemas de alimentación generalmente se ponen de manifiesto por la extinción temporal del LED rojo PWR. Generalmente se deben a corrientes que se extraen del puerto GPIO, o de los periféricos USB conectados, que la fuente de alimentación no puede cubrir porque no es lo suficientemente potente.
Para empezar a utilizar la Raspberry Pi, es muy recomendable, si no obligatorio, utilizar una fuente de alimentación oficial diseñada por la Fundación Raspberry Pi. Los circuitos electrónicos internos de estas fuentes de alimentación, junto con su cable y su toma micro-USB, garantizan el suministro de una corriente adecuada. Nada le impide probar a alimentar su proyecto con otros cargadores de recuperación y seleccionar aquellos que suministren la corriente necesaria a su placa. Aquí tiene una pequeña tabla para hacerse una idea de esta corriente:
|
Generación |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
|
Corriente necesaria |
1 A |
1 A |
2,5 A |
3 A |
4 A |
2. La tarjeta micro SD
El rendimiento de la tarjeta micro SD es un factor importante en el rendimiento general de su sistema. Cuanto más avanzada sea la gama de la tarjeta Raspberry Pi que utilice, más cuidado deberá tener para que su tarjeta micro SD no sea un cuello de botella. Este tema se trata en detalle en el apartado Elección de la tarjeta SD del capítulo Instalación de la Raspberry Pi OS.
3. La pantalla
Conectar una pantalla a la salida HDMI de su Raspberry Pi es a veces esencial durante la fase de experimentación y desarrollo de su aplicación. Durante las fases de arranque o actualización...
