Mikrokontroler.pl - portal dla elektroników

Wraz z premierą komputerów Raspberry Pi 4 B, malinki zyskały nowe możliwości. Główne ulepszenia to m.in. więcej pamięci RAM, dwa wyjścia HDMI do podłączenia monitorów, porty USB 3.0, a także Gigabit Ethernet. Nowa wersja nie jest więc tylko platformą edukacyjną oraz do systemów wbudowanych. Tak duże zasoby umożliwiają komputerowi Raspberry Pi na pracę jako tani komputer desktopowy.

Z biegiem czasu Fundacja Raspberry Pi rozwijała ten kierunek zastosowań malinki. Na rynku pojawiły się m.in. zestawy startowe Desktop Kit, zawierające wszystkie niezbędne elementy do zbudowania komputera domowego na bazie malinki. Ponadto na rynku pojawił się komputer Raspberry Pi z pamięcią RAM aż 8 GB. Pozwala to na jeszcze stabilniejszą i niezawodną pracę, szczególnie w roli sprzętu desktopowego.

W warunkach pandemii tak tani komputer umożliwiający wykonanie wszystkich podstawowych operacji biurowych okazał się zbawienny. Z powodu koronawirusa większość edukacji przeszła na tryb zdalny i zaistniała potrzeba dostarczenia uczniom i studentom taniego komputera, który umożliwi im branie udziału w edukacji w domu. Z tego zadania doskonale wywiązały się malinki, które dzięki zaangażowaniu Fundacji umożliwiły kontynuowanie nauki wielu uczniom na całym świecie.

Fundacja Raspberry Pi kontynuuje wydawanie produktów przeznaczonych do wykorzystania malinki w roli komputera osobistego. W dniu dzisiejszym fundacja ogłosiła powstanie kolejnej nowości. Tym razem jest to Raspberry Pi 400 – minikomputer wbudowany w obudowie klawiatury. Jest to więc eleganckie, niewielkie urządzenie idealne do zastosowań desktopowych i edukacyjnych.

Rys. 1. Komputer Raspberry Pi 400

Komputer wbudowany w klawiaturę

Niewielkie minikomputery o rozmiarach karty kredytowej nie są zbyt wygodne do pracy desktopowej. Po pierwsze wymagają wielu peryferiów (klawiatura, myszka, monitory, zasilacz, itp.) co oznacza wiele przewodów podłączonych do płytki. Złącza interfejsowe w Raspberry Pi są umieszczone na wszystkich krawędziach, co z pewnością utrudnia zapanowanie nad okablowaniem. Poza tym, płytka minikomputera jest nieosłonięta, co oznacza, że łatwo można ją uszkodzić lub zalać. Należy więc wyposażyć się w obudowę lub w inny sposób osłonić komputer przez czynnikami zewnętrznymi.

Tymczasem Raspberry Pi 400 mieści się w bardzo niewielkiej i płaskiej obudowie. Dzięki wbudowaniu minikomputera w klawiaturę pozwala pozbyć się z biurka jednego dużego urządzenia. Natomiast wszystkie złącza umieszczono z tyłu komputera, co pomaga w zachowaniu porządku. Jest to więc urządzenie dużo wygodniejsze jako desktop niż klasyczne Raspberry Pi.

Koncepcja umieszczenia płyty głównej komputera wewnątrz klawiatury nie jest nowa. Szeroko stosowano ją w komputerach domowych w latach 80 i 90. W ten sposób zbudowane są m.in. Commodore 64, ZX Spectrum, niektóre komputery Amiga czy Atari. Projektanci nowego urządzenia nie ukrywają zresztą, że to właśnie te maszyny były dla nich inspiracją. Tym niemniej oczywiście komputer ma mniejsze wymiary niż wyżej wymienione urządzenia i oferuje o wiele większe możliwości. Producent podaje, że w porównaniu do Commodore 64, urządzenie oferuje ponad 1000 razy szybsze przetwarzanie danych, a także jest osiem razy tańsze.

Klawiatura w Pi 400

Konstrukcja komputera została oparta o oficjalną klawiaturę do Raspberry Pi – te dwa produkty na pierwszy rzut oka wyglądają niemal identycznie. Układ klawiszy jest prawie taki sam, a więc nieco bardziej zwarty niż w tradycyjnych klawiaturach. Oprócz braku bocznej części numerycznej, można zauważyć, że część przycisków dostępnych jest tylko za pomocą klawisza funkcyjnego. Są to m.in. F11, F12, Ins, Home czy End.

Raspberry Pi 400 jest dostępne w układach klawiatury: amerykańskim, brytyjskim, francuskim, niemieckim, hiszpańskim, a także włoskim. Fundacja zapowiada jednak wydanie urządzenia we wszystkich wersjach językowych, w jakich wydano oficjalną klawiaturę.

Rys. 2. Raspberry Pi 400 oraz standardowa klawiatura PC

Rys. 3. Układ klawiatury umieszczony na Pi 400.

Układ złącz na tylnym panelu urządzenia

Z tyłu klawiatury umieszczono złącza znane z Raspberry Pi 4 B. Obecne są więc: 40-pinowe złącze rozszerzeń, w tym przypadku w postaci złącza IDC40, slot na kartę microSD, dwa porty micro-HDMI, złącze USB-C do podłączenia zasilania, dwa porty USB 3.0, jeden USB 2.0 (drugi jest używany do wewnętrznego podłączenia klawiatury), a także złącze Ethernet. Dodatkowo, Raspberry Pi 400 zawiera także otwór do zabezpieczenia urządzenia blokadą Kensington Lock. Warto wspomnieć, że w późniejszych wersjach zestawów powinna znaleźć się zaślepka na port rozszerzeń.

Rys. 4. Widok na złącza umieszczone z tyłu komputera Raspberry Pi 400

Część złączy znanych z malinki nie została wyprowadzona na tylny panel Raspberry Pi 400. Brakujące porty to: MIPI DSI na wyświetlacz i MIPI-CSI do podłączenia kamery, a także złącze AV Jack 3,5 mm. Niestety konstrukcja ma pewne ograniczenia i projektanci musieli z czegoś zrezygnować.

Wbudowany wyłącznik

Warto wspomnieć o pewnej funkcji, której do tej pory nie posiadała żadna malinka. Jest to możliwość sprzętowego i programowego wyłączenia komputera za pomocą przycisku. Funkcja ta wydaje się przydatna i pozwala na swobodne włączanie i wyłączanie urządzenia bez konieczności fizycznego odłączania zasilacza od komputera. Umożliwia też restart urządzenia w przypadku wystąpienia błędu lub zawieszenia systemu.

Aby wyłączyć malinkę wystarczy chwilę przytrzymać jednocześnie klawisze Fn+F10. Raspberry Pi odłączy wyłączy wtedy wszystkie programy, a następnie bezpiecznie zamknie system, nie uszkadzając przy tym danych w pamięci czy na karcie micro SD. Przytrzymanie Fn+F10 przez czas dłuższy niż 10 sekund odcina sprzętowo zasilanie wewnątrz urządzenia. Ten tryb jest jednak zalecany tylko wtedy, gdy system zawiesi się i nie jest w stanie zamknąć systemu w sposób standardowy. Do ponownego włączenia urządzenia wystarczy przycisnąć F10, co spowoduje uruchomienie urządzenia i start systemu operacyjnego.

Systemy operacyjne

Urządzenie pracuje pod kontrolą tych samych systemów operacyjnych, co w przypadku innych malinek. Można więc łatwo pobrać i nagrać system na kartę, np. za pomocą oprogramowania Raspberry Pi Imager. Warto wspomnieć, że oprócz standardowego systemu Raspberry Pi OS, na nowym urządzeniu można także pracować z systemem Ubuntu 20.10 w wersji Desktop, która od niedawna jest również dostępna na najnowsze komputery Raspberry Pi. Będzie to niezwykle wygodne dla użytkowników desktopowych, którzy mieli już do czynienia z tym systemem na komputerze PC.

Rys. 5. Raspberry Pi 400 z uruchomionym systemem Ubuntu Desktop

Płyta główna

Wewnątrz urządzenia znajdziemy pełnoprawny komputer Raspberry Pi 4 B. W Pi 400 zdecydowano się na pamięć RAM o pojemności 4 GB. Jedną z nielicznych zmian jest zastosowanie procesora BCM2711C0 czyli odświeżonej wersji układu BCM2711 znanego z modelu 4 B oraz modułów Compute Module 4. Najważniejszą zmianą jest podwyższenie częstotliwości taktowania czterech 64-bitowych rdzeni ARM Cortex-A72 do 1,8 GHz.

Podobnie jak w Raspberry Pi 4 B, tu również znajdziemy wsparcie dla kodeków wideo H.265 (4K@60FPS), H.264 (1080p@60FPS oraz 1080p@30FPS), a także biblioteki obsługę OpenGL ES 3.0. Pi 400 zawiera także wbudowany moduł komunikacji bezprzewodowej pracujący z Wi-Fi w standardach IEEE 802.11b/g/n/ac w pasmach 2,4 GHz oraz 5 GHz, a także Bluetooth 5.0 z BLE.

Cechy Raspberry Pi 400 w porównaniu do modelu 4 B zebrano w poniższej tabeli:

Tabela 1. Porównanie Raspberry Pi 400 oraz Raspberry Pi 4 model B

Płyta główna zawiera więc w większości te same elementy, co Raspberry Pi 4 B, ale samo PCB zostało przeprojektowane, aby zmieścić się w obudowie klawiatury. Sama klawiatura w postaci osobnego modułu podłączanego do płyty głównej za pomocą specjalnej taśmy. Oznacza to, że w razie potrzeby można wymienić w urządzeniu tylko klawiaturę. Wewnątrz obudowy znajduje się także metalowy radiator odprowadzający ciepło, który w ogromnym stopniu rozwiązuje problemy termiczne, z których znany był chociażby model 4 B.

Raspberry Pi 400 od środka

Poniżej prezentujemy zdjęcia z wnętrza urządzenia:

Rys. 6. Raspberry Pi 400 od środka

Rys. 7. Płyta główna Raspberry Pi 400.

Rys. 8. Radiator wbudowany w urządzenie.

Rys. 9. Wymienny moduł klawiatury w układzie US

Chłodzenie w Raspberry Pi 400

Jak widać na zdjęciach powyżej, komputer Raspberry Pi 400 dysponuje bardzo dużym radiatorem, który obejmuje praktycznie całą szerokość płytki głównej. Wiadomo, że w urządzeniach Raspberry Pi 4 były dość duże problemy z grzaniem się urządzenia. Postanowiłem sprawdzić czy radiator umieszczony w Pi 400 eliminuje te problemy.

Po uruchomieniu urządzenia temperatura procesora w stanie idle wynosi ok. 27-28°C. Sprawdziłem też jak komputer zachowuje się w obliczu obciążenia. Do tego celu wykorzystałem pakiet stress-ng. Test wyglądał następująco – przez 10 minut zasoby procesora były wykorzystywane do obliczeń transformaty FFT, co spowodowało wzrost częstotliwości taktowania oraz temperatury układu. Co sekundę mierzyłem obie te wartości i zapisywałem w osobnym pliku. Następnie wyłączałem obciążenie komputera, ale przez kolejne 5 minut kontynuowałem pomiary.

Wyniki testów dla Raspberry Pi 400 prezentują się następująco:

Rys. 10. Wykres temperatury oraz częstotliwości taktowania podczas testu obciążenia Raspberry Pi 400

Po uruchomieniu komendy temperatura znacząco wzrasta, co oznacza, że procesor w istocie zaczął pracować. Szybko można jednak zauważyć, że temperatura stabilizuje się w okolicach 50°C. i nie wzrasta powyżej maksymalnie 55°C. Jest to bardzo dobry wynik jak na malinkę. Warto zwrócić uwagę, że w czasie całego testu procesor nawet nie zbliża się do poziomu, przy którym następuje throttling czyli obniżenie taktowania spowodowane nadmiernym wzrostem temperatury układu.

Porównanie z modelem 4 B

Dla porównania przeprowadziłem podobny test na Raspberry Pi 4 B z zamontowanym zestawem radiatorów. Temperatura początkowa procesora wynosiła podobnie jak w Pi 400 niewiele poniżej 30°C. Natomiast po 10 minutach obciążenia temperatura wyniosła nawet 84°C. Wyraźnie widać też, że po wzroście temperatury powyżej 80°C, procesor zaczyna czasowo obniżać taktowanie, co ma przeciwdziałać dalszemu grzaniu się układu. Różnica w jakości chłodzenia jest więc ogromna i wskazuje, że radiator umieszczony w Pi 400 bardzo dobrze spełnia swoje zadanie.

Rys. 11. Wykres temperatury oraz częstotliwości taktowania podczas testu obciążenia Raspberry Pi 4 B

Zestaw startowy z Raspberry Pi 400

Wraz z komputerem Raspbery Pi 400 na rynek trafił także zestaw startowy zawierający wszystkie (oprócz monitora) elementy konieczne do rozpoczęcia pracy z urządzeniem. Oprócz komputera zastaw zawiera zatem:

• Oficjalną mysz optyczną Raspberry Pi,
• Zasilacz USB-C 5V/3A ,
• Przewód microHDMI – HDMI,
• Kartę microSD 16 GB z zainstalowaną najnowszą wersją systemu operacyjnego,
• Pudełko na kartę pamięci,
• Oficjalny przewodnik dla Raspberry Pi (w języku angielskim).

Rys. 12. Zestaw startowy dla Raspberry Pi 400

Podsumowanie

Raspberry Pi 400 to kolejny wariant malinki dostępny na rynku. Muszę przyznać, że jest to ciekawa konstrukcja przeznaczona przede wszystkim dla zastosowań desktopowych i edukacjnych. Dużymi zaletami w tego typu zastosowaniach są integracja płyty głównej w jednej obudowie z klawiaturą, przemyślane rozmieszczenie złącz na tylnym panelu oraz niewielkie rozmiary komputera. Znacznie poprawiono także chłodzenie, co w praktyce eliminuje problemy znane z podstawowej wersji Raspberry Pi 4 B. Zastosowanie niemalże tych samych układów zapewnia kompatybilność z dostępnym oprogramowaniem. Raspberry Pi 400 można także zakupić w zestawie, w którym znajdują się prawie wszystkie komponenty niezbędne do natychmiastowego uruchomienia urządzenia.

Komputer Raspberry Pi 400 oraz zestaw z akcesoriami są dostępne w ofercie sklepu Kamami.pl, który jest oficjalnym dystrybutorem produktów Raspberry Pi.