PDF de programación - Raspberry Pi y sus Aplicaciones

Raspberry Pi y sus Aplicaciones

Edgar Javier Machuca Martínez

Universidad Católica Nuestra Señora de la Asunción,

Asunción, Paraguay

[email protected]

http://www.uca.edu.py

Resumen El Raspberry Pi es una computadora basada en una arqui-
tectura ARMv6 y un GPU de Broadcom capaz de decodificar videos
FullHD en varios codecs. Incluye puertos USB 2.0, salida de video HDMI
y compuesto analógico, ethernet, lector de tarjetas de memoria y salida
de audio de 3.5 mm estándar, puede correr una distribución especial de
Linux incluyendo un entorno gráfico.
Una fundación sin fines de lucro que lleva el mismo nombre lo diseñó y fa-
bricó. Se pensó como una forma económica de presentar a niños y jóvenes
en edad escolar la programación en computadoras, aunque ha encontrado
otros nichos importantes por parte de la comunidad de usuarios.

1.

Introduction

El estado actual de la educación en informática en países sub-desarrollados
y en vías de desarrollo es bastante pobre, la mayoría de los estudiantes que se
quieren estudiar ciencias de la computación cuando inician la universidad llegan
sin ningún tipo de experiencias previas en cuanto a programación se refiere, y
esto no necesariamente es culpa de los alumnos, sino del sistema educativo.

Debido a que generalmente en la actualidad los dispositivos electrónicos que
utilizamos en el día a día ya se encuentran tan desarrollados en el apartado
de interfaz, las personas que quieren utilizarlos no necesitan tener casi ningún
conocimiento sobre informática ni como funcionan dichos dispositivos, ya no es
como en los primeros días de las computadoras personales, en donde para realizar
alguna tarea en algún momento tenías que lidiar con las líneas de comando y
otros tipos de acciones que requerían de un conocimiento superior al necesario
actualmente incluso sólo para operarlos.

Por lo tanto surgió la idea de proporcionar a las personas de un dispositivo
barato con el cual puedan experimentar todo lo que quieran, pero aun así tenga la
capacidad de funcionar como dispositivo de entretenimiento para los momentos
de ocio, dicha idea se materializó en varios dispositivos, siendo uno de ellos el
Raspberry Pi.

2

Raspberry Pi y sus Aplicaciones

2. Raspberry Pi

2.1. La Fundación

La Fundación Raspberry Pi [1] es una fundación sin fines de lucro, cuyo
objetivo principal es dotar a jóvenes en edad escolar y también mayores de un
sistema que sea lo suficientemente barato como para que prácticamente cualquie-
ra lo pueda adquirir, principalmente escuelas en países subdesarrollados y de esta
manera fomentar la educación de informática específicamente en programación,
ya que según su punto de vista el curriculum de los estudiantes cuando terminan
el colegio casi nunca contiene nada relacionado con la informática, siendo que
cada día es un punto más importante en el desarrollo de nuestra vida cotidiana.
Mediante el abaratamiento de los dispositivos necesarios para materializar
esta idea fue que un grupo de personas se unieron y decidieron dar el pun-
tapié inicial necesario. Es así que actualmente se cerró un contrato con una
empresa que fabricará los dispositivos, entre 20.000 a 30.000 por mes.

Figura 1. Raspberry Pi modelo B

Raspberry Pi y sus Aplicaciones

3

2.2. El Hardware

Al momento de diseñar el Raspberry Pi se tuvieron en cuenta muchas res-
tricciones, la principal era que el producto terminado no superara los 25 dólares
americanos, también que con ese presupuesto se incluyera todo lo necesario para
que se pueda utilizar como una computadora básica, entendiéndose por ello que
tenga las conexiones para todos los periféricos comúnmente utilizados en una
computadora común, entendiéndose por esto conexión de red, concexión para
periféricos usb, almacenamiento masivo, salida de video y salida de audio.

Existen dos versiones principales, el modelo A que tiene un costo de 25 dóla-
res, y el modelo B que tiene un costo de 35 dólares, estos modelos son muy
similares, siendo las diferencias entre ellos un puerto USB 2.0 adicional así como
una conexión ethernet para redes. El resto de sus características son las mismas,
en la siguiente tabla [11] se muestra en detalle el hardware de ambos modelos:

Modelo A Modelo B
us$ 25
Broadcom BCM2835 (CPU, GPU, DSP, and SDRAM)

us$35

700 MHz ARM1176JZF-S core (ARM11 family)

Broadcom VideoCore IV

256 MB (compartida con GPU)
2

RCA compuesto, HDMI (v1.3,v1.4), DSI

jack de 3.5 mm, HDMI

SD / MMC / ranura par a SDIO
10/100 Ethernet (RJ45)

ninguna

8 * GPIO, UART, bus I2C, bus SPI con dos C/S

1.5 W 3.5 W

Precio
SoC
CPU
GPU
Memoria
Puertos USB 2.0 1
Salidas de video
Salidas de audio
Almacenamiento
Red
Interfaces
Potencia
Fuente
Tamaño
Peso

5 volts a través de MicroUSB o GPIO

85.60 * 53.98 mm

45 g.

El CPU es probablemente el punto más debil de este SoC(System on a Chip),
ya que se basa en set de instrucciones de ARM (ARM v6) bastante viejo, esto
es una limitación debido a que muchas de las distribuciones de linux actuales,
ubuntu por poner un ejemplo, que tienen soporte para procesadores ARM sólo
lo hacen con procesadores que soporten una ISA mas nueva (ARM v7), en la
sección de software se ahondará más en este tema.

Sin embargo el GPU VideoCore IV [5], es un GPU de última generación, so-
portando decodificación por hardware de videos 1080p30 Full HD con distintos
codecs(H.264, VC-1, AVC, etc.) la salida HDMI soporta varias resoluciones, va-
riando desde 640*480 hasta 1920*1200, además de la salida de video compuesta
que soporta los estándares NTSC y PAL.

Posee 256 MB de memoria, la cual debe ser compartida entre el CPU y el
GPU, esta puede ser asignada dinámicamente según la aplicación, lo normal para
las distribuciones de linux de propósito general es 192 MB para el CPU y 64 MB

4

Raspberry Pi y sus Aplicaciones

para el GPU, esto permite en teoría que el GPU pueda decodificar videos FullHD
aunque para aplicaciones específicas de Homme Theaher conviene asignar hasta
128 MB al GPU de manera a asegurar una reproducción suave de los videos.

El modelo A posee un único puerto USB, el modelo B agrega un hub USB el
cual agrega dos puertos extras, uno de los cuales es utilizado para un adaptador
USB-Ethernet para red, y el otro queda expuesto para el usuario.

Para el audio se puede utilizar tanto la salida estándar de 3.5 mm o la salida
HDMI, ya que esta es capaz de transportar tanto video como audio por el mismo
cable.

Para el almacenamiento masivo se utiliza una ranura SD/MMC, en la cual

se inserta una tarjeta cargada con el software elegido.

El dispositivo no tiene ningún botón de encendido, por lo cual al conectar a
la fuente de alimentación el sistema se inicia automáticamente, y para apagarlo
completamente es necesario desconectar la fuente de alimentación, la cual en
general suele ser proveída a través de un conector MicroUSB, un cargador de
celular puede ser utilizado si es que puede proporcionar la corriente necesaria,
300 mA para el modelo A y 700 mA para el modelo B.

Algo notable que no se encuentra en la lista de hardware es un RTC (Real
Time Clock ), se argumentó que la inclusión de este componente incrementaría
de manera significativa el costo del dispositivo y fue uno de los compromisos
que se tuvieron que tomar para llegar al precio objetivo, se asume que el usuario
utilizará un servidor NTP o de lo contrario configurará la fecha y hora al prender
el dispositivo.

El dispositivo actualmente carece de una carcasa oficial y queda a criterio
del usuario si lo quiere utilizar así o ponerlo en alguna carcasa en especial, en
este punto ya hubo mucha creatividad por parte de la comunidad, incluso ya se
hicieron carcasas con los “ladrillos”del popular juego “LEGO”, como se puede
apreciar en la siguiente imagen:

Raspberry Pi y sus Aplicaciones

5

Figura 2. Carcasa hecha con LEGO

Figura 3. Carcaza creativa

6

Raspberry Pi y sus Aplicaciones

2.3. El Software

Todo el software para el Raspberry Pi escencialmente está basado en Linux,
esto es debido a que Broadcom, el fabricante del SoC, brinda APIs de programa-
ción para su hardware los cuales actualmente corren sólo sobre Linux, de modo
que para poder utilizar las funciones que posee el hardware del dispositivo es
necesario utilizar las APIs de Broadcom, esto tiene varias implicancias, una de
ellas es que brinda un grado de abstracción superior para el usuario, esto puede
ser bueno o malo según el punto de vista desde el cual se lo mire, por un lado
esto simplifica en gran medida la programación para este dispositivo en particu-
lar, ya que muchas de las funciones necesarias ya se encuentran predefinidas en
las bibliotecas proveídas por Broadcom, por otro lado esto también implica que
para los usuarios que deseen jugar con el dispositivo en un nivel de abstracción
menor las cosas se complican bastante, ya que Broadcom no libera un datasheet
del SoC, limitando de alguna manera algún desarrollo muy especifico que se le
pueda ocurrir a alguien. La fundación es conciente de estas limitaciones, pero
como el objetivo principal de ellos siempre fue una audiencia que utilize el dispo-
sitivo desde un nivel de abstracción elevado, según su criterio es una limitación
que concuerda con el objetivo final del dispositivo. Además existen otras placas
que permiten manejar los dispositivos a muy bajo nivel, pero ello generalmente
conlleva un costo mayor.

Lo que sí te dan es un mapa general de los dispositivos de entrada/salida
disponibles y con conexiones hechas en la placa, esto es importante porque aun-
que uno revise el datasheet del procesador, se podrá dar cuenta que no todas
sus funciones están conectadas, esto es por un simple hecho: costo.

2.4. Raspbian “Wheezy”

Raspbian [3] es una distribución de Linux basada en Debian, y actualmente

es la distribución recomendada por la fundación para cualquier persona.

Existen dos versiones oficiales proveídas por Debian