Raspberry Pi 3 Model B+

objavil jan, 7 let nazaj Komentiraj

V sredini marca, natančneje 14.3., ki velja tudi za dan števila pi, je fundacija Raspberry Pi najavila izid nove različice priljubljenega mini računalnika. Poimenovali so ga kar Raspberry Pi 3 Model B+, saj nadgrajuje bistvene značilnosti, ki jih je v napravo uvedla predhodna različica. Poleg teh uvaja nekaj novosti, ki smo jih uporabniki izrazili skozi čas, vse od začetka poti naprave. Predhodna malina je izšla pred malce več kot dvema letoma in je v sklop najzmoglivejše vrste naprav prinesla povezljivost z brezžičnimi omrežji (WiFi) in napravami (Bluetooth). V tem obdobju je fundacija zabeležila preko 9 milijonov prodanih trojk, ki od skupno 19 milijonov prodanih Raspberry Pijev predstavljajo nekaj manj kot polovico naprav. Navkljub razvoju naprave je potrebno upoštevati, da to ni edini cilj fundacije, saj svoje moči poleg tega usmerjajo predvsem na področje izobraževanja računalništva in izboljševanje programske opreme za malino. Če se ozremo natanko 6 let nazaj, se lahko spomnimo evforije, ki je zavladala takoj po izidu prve inačice Raspberry Pi. Naval na spletni trgovini, ki sta imeli napravo v ponudbi je bil tako velik, da je povzročil začasno nedostopnost. Tudi zatem je bilo Raspberry Pi težko kupiti, saj so bile zaloge omejene, povpraševanje pa še vedno ogromno. Na koncu se je vendarle za vse dobro izteklo, kmalu pa je izšla izboljšana različica naprave. Čez dobri dve leti je fundacija izdala Raspberry Pi 2, ki je po specifikacijah dodobra osvežil kolekcijo do takrat predstavljenih malin. Po dodatnem letu je izšel Raspberry Pi 3, ponovno dve leti kasneje pa se veselimo izboljšave slednjega. Na tem mestu velja omeniti da za doslej vse naprave velja kompatibilnost programske opreme in pinov GPIO (prva inačica je imela zgolj 26 pinov, vendar so ti nadalje še vedno združljivi s preostalimi različicami).

Ob izidu predhodnika smo zapisali nekaj o spremembah embalaže, v kateri kupimo napravo. Temu se ne bomo izognili niti tokrat, saj so škatlico dobavitelja Farnell/element14 doletele manjše spremembe. Že vse od prve inačice naprave (z izjemo prvih nekaj tisoč), je bila ta zapakirana v antistatično vrečko. Škatlica v malce večji velikosti od naprave je poleg omenjenega vsebovala še navodila in nekaj pravnih posvetil. Z RPi 3 je škatlica pridobila na velikosti in vanjo je bilo poleg preostalega moč shraniti kakšno tipalo, USB ključek ali karkoli drugega v podobni velikosti. Z vsemi izboljšavami novega modela se je standard embalaže spremenil, saj je le-ta pomanjšana na velikost naprave, prav tako naprava ni več odeta v antistatično vrečko. Sprememba se je zgodila tudi pri načinu odpiranja. Vajeni smo bili klasičnega odpiranja škatlice, kjer se je vrhnji del enostavno izvleklo in dobili smo dostop do notranjosti, kar je bilo praktično za shranjevanje in ponovno odpiranje. Odslej je škatlico potrebno odpreti pri levi strani, povrhu pa je ovit kartonasti del zalepljen. Zaradi tega je hranjenje brez potrebe po uporabi kakšnega drugega pripomočka, ki skupaj drži odlepljeni del, nekoliko otežen. Po odprtju škatlice nas na vrhu pričaka naprava, pod njo se skriva kartonček s črtno kodo, ki ločuje še navodila. Slednja se od predhodnika razlikujejo po velikosti in po tem, da so natiskana zgolj na en kos papirja. Število jezikov v katerih so navodila napisana je nespremenjeno in slovenščine med njimi še vedno ni. Izboljšave naprave so očitno terjale nekaj sprememb pri samem pakiranju, saj sta škatlica in njena vsebina zreducirani, sprememba pa vpliva tudi na enostavnost shranjevanja naprave.

Strojna oprema

Bistvena sprememba vsake glavne različice RPi doslej je bilo povečanje frekvence delovanja procesorja. Med večji izjemi, ki sta vplivali na moč in delovanje naprave štejemo povečanje pomnilnika iz 256 MB na 512 MB v času druge revizije prve verzije in menjavo čipa procesorja (iz BCM2836 na BCM2837) pri drugi reviziji druge verzije. Tokrat so novo revizijo dodatno popestrili in poskrbeli za posodobitev čipa procesorja iz BCM2837 na BCM2837B0 ter povečali njegovo frekvenco na 1,4 GHz. 64-bitni Broadcomov aplikacijski procesor je bil deležen tudi optimizacij in popravkov v povezavi s porabo energije, kar se odraža na procesorskem čipu, nad katerim je kovinski del, ki omogoča učinkovitejšo porazdelitev toplote. S tem so lahko dosegli večjo frekvenco delovanja oziroma delovanje pri manjši napetosti za zmanjšanje porabe. Dodatna prednost je tudi možnost natančnejšega spremljanja in nadzor temperature čipa. K temu pripomore tudi integrirano vezje za upravljanje z energijo MaxLinear MxL7704, ki skrbi za prilagajanje frekvence in boljšo surovo ter daljšo enakomerno učinkovitost. Glavna meja učinkovitosti je postavljena na 70 ºC. V kolikor naprava ne doseže temperaturne meje deluje pri 1,4 GHz, sicer pa se frekvenca zmanjša na 1,2 GHz. Hkrati upade tudi napetost, ki podaljša čas pred dosegom toplotnega upočasnjevanja, ki je postavljeno na 80 ºC. Padec v porabi energije je prilagojen tako, da naj tega ne bi dosegla večina primerov uporabe. Princip je podoben delovanju sodobnih pametnih telofonov, kjer se toplotna masa uporablja kot pomembno dodatno sredstvo za izrabo in doseg boljše uporabniške izkušnje. Po vseh omenjenih izboljšavah v povezavi s procesorjem prihaja nekoliko slabša novica, saj naprava porabi bistveno več električne energije od predhodnika. Razlog je v zagotavljanju enakomernih pogojev za napravo skozi ves čas, saj je le tako mogoče konsistentno zagotavljati uravnoteženo učinkovitost. Zaradi tega je napravo priporočljivo napajati s kvalitetnim napajalnikom, ki lahko zagotovi vsaj 2,5 A.

Dodatna lastnost, ki smo jo pridobili s trojko, je bila razširitev komunikacijskih zmožnosti naprave. Podpora za WiFi in Bluetooth sta omogočila, da za povezljivost nismo več potrebovali dodatnih USB naprav. Raspberry Pi 3 Model B+ prinaša dvopasovno brezžično povezljivost (dual-band WLAN) s podporo standardom 802.11/b/g/n/ac in Bluetooth različice 4.2 ter BLE. Celoten nabor povezljivosti zagotavlja kombiniran čip Cypress CYW43455, ki je povezan z anteno Proant, vgrajeno neposredno v vezje. Zaradi tega v pasovnem območju 2,4 GHz dosega boljšo učinkovitost, s podoro 5 GHz pasu, pa zagotavlja še večjo zmogljivost z vidika hitrosti prenosa podatkov. Vezje se skriva pod kovinskim ščitom, ki ga krasi vgraviran logotip naprave. S takšno zasnovo so glede na pravila FCC napravo certificirali kot radijski modul, kar znatno zmanjšuje stroške preverjanja skladnosti za vse naprave temelječe na RPi.

Prvo nadgradnjo od vsega začetka RPi je doživel tudi čip, ki skrbi za povezljivost z napravami USB in vključuje nadzorni del za povezovanje v omrežje. Nova revizija naprave ima posodobljeno inačico čipa, imenovano LAN7515, ki podpira gigabitni ethernet. Na tem mestu je potrebno opozoriti, da zaradi kombiniranja dveh vrst povezljivosti v en čip in uporabe starejšega standarda USB, številke nekoliko odstopajo od pričakovanj. USB 2.0 omejuje možnosti uporabe podatkovne širine, zaradi česar hitrost povezljivosti preko etherneta doseže nekje okrog 300 Mb/s. Po uradnih izračunih naj bi bilo to kar trikrat več kot pri predhodnji različici. Na vezju naprave se odslej nahajajo še dodatni štirje pini, ki so namenjeni za napajanje preko etherneta (PoE – Power over Ethernet). Zaradi tega je bil osvežen tudi ethernet priključek (magjack), ki bo skupaj z omenjeno tehnologijo omogočal napajanje maline brez potrebe po klasičnem microUSB napajalniku. Velja izpostaviti, da bo za priklop na pine potrebno imeti poseben PoE modul (Raspberry Pi PoE HAT), ki bo napravi iz ločenega 48 V PoE napajalnika zagotavljal 5 V. Raspberry Pi 3 Model B je bil prvi, ki je od nastanka naprave podprl zaganjanje sistema preko PXE. S slednjim je bilo kar nekaj težav, saj ni bil kompatibilen z vsemi mrežnimi stikali in okolji mrežnega prometa. RPi 3 Model B+ vse znane težave odpravlja, hkrati pa je zagon preko PXE sedaj privzeto omogočen.

S stališča oblike vezja sta bila spremenjena procesorski in povezljivostni čip, dodan pa je bil čip za upravljanje z energijo ter štirje pini za PoE. Priključki ostajajo na svojih klasičnih mestih, kar velja tudi za luknje namenjene pritrditvi naprave. Nova malina je prvič po drugi reviziji naprave doživela tudi spremembo v postavitvi logotipa na vezju, ki je tokrat še bližje priključkom USB. Dodaten logotip najdemo še na spodnji strani naprave, ki je na vezje natisnjen v bližini čipa delovnega pomnilnika. RPi 3 Model B+ lahko označimo tudi za prvo napravo svoje družine, ki ima na vezju kar tri logotipe.

Programska oprema in primerjava

Skladno z izidom naprave je fundacija izdala posodobljeno različico operacijskega sistema Raspbian. Z njo so podprli samo napravo, hkrati vključili še nekaj popravkov, manjših sprememb in posebno funkcionalnost, ki jo bomo predstavili v nadaljevanju. Namestitev sistema na microSD kartico še vedno poteka po ustaljenem postopku – pridobimo diskovno sliko sistema ter jo s pomočjo ustreznega programa naložimo na kartico. Izpostaviti je potrebno, da tokrat ne potrebujemo iskati posebne izdaje za 32 ali 64-bitni procesor naprave, saj je na voljo zgolj ena izdaja operacijskega sistema, ki ustreza tudi predhodnikom. Kljub temu naj opozorimo, da je na kartico potrebno namestiti sistem imenovan Raspbian, ki ga pridobimo v arhivu zip, ob razpakiranju pa dobimo datoteko formata img. Obstaja namreč posebna izdaja Raspberry Pi Desktop, ki je primerna le za klasične osebne in prenosne računalnike (ta je na voljo v formatu iso, ki ni združljiv z RPi). Po uspešni priključitvi kartice, vseh zunanjih naprav in napajalnika na malino, se sistem zažene. Pred prvim nalaganjem se particija microSD kartice v velikosti slike diska razširi na celotno velikost, nato pa se sistem vnovič zažene. Sprva se izrišejo logotipi glede na število jeder procesorja, kasneje pa se na zaslonu prikaže pozdravni zaslon sistema. Obenem se v ozadju sistem še nalaga. Zatem se prikaže namizje, s katerim dobimo tudi polno zmožnost upravljanja sistema. V primerjavi s starejšimi različicami je zagon sistema nekoliko spremenjen z vidika uporabniške izkušnje, saj se pomalem oddaljuje od znane izkušnje strežniškega okolja za Debian – dodana je namreč grafika s pozdravom in vrstica, ki v grobem prikazuje stanje nalaganja.

Načelo, ki se ga fundacija še vedno drži kaže v prid kompatibilnosti preteklim inačicam maline. Sistem deluje z vsemi Raspberry Piji in se po izgledu med njimi ne razlikuje. Trenutni Raspbian temelji na distribuciji Debian Stretch. Za izvorni Raspberry Pi in Pi Zero izjemoma ne deluje brskalnik Chromium, ki je zamenjal nekdaj optimizirani Epiphany, ter nekatere druge aplikacije, ki potrebujejo več procesne moči in delovnega pomnilnika. Sistem je oblikovan in zasnovan tako, da ga je možno uporabljati zelo enostavno, kar se odraža tudi na vključenih aplikacijah – brskalniku map in datotek, menijih za povezovanje preko brezžičnih tehnologij in konfiguracijskem oknu. V slednjem je z zadnjo posodobitvijo vključena posebna funkcionalnost, ki uporabniku omogoča nastavitev velikosti pisave, ikon in ostalih oblikovnih stvari, na katere vpliva resolucija zaslona. Obstajajo tri prednastavitve za velike, srednje in manjše zaslone, ki ustrezno prilagodijo prikaz. Izbira možnosti je prepuščena uporabniku, saj ne obstaja posebnih priporočil kakšna velikost zaslona ustreza kateri izbiri. Poleg tega je za večje resolucije, kot jo ima naprimer zaslon Retina v MacBook Proju, možno omogočiti podvajanje slikovnih točk. Primarno je opcija namenjena uporabnikom izdaje Raspberry Pi Desktop, vendar lahko pride prav v primeru uporabe RPi skupaj s televizorjem z večjim zaslonom.

Raspberry Pi 3 Model B+ z vključenimi novostmi nadgrajuje primarno različico. Na osnovi specifikacij obe inačici izgledata podobno, zato smo se odločili, da pripravimo primerjavo. Vanjo smo vključili še predhodnika – Raspberry Pi 2 Model B, revizije 1.1, ki ima sistem na čipu BCM2836. Primerjavo smo izvedli z najnovejšim Raspbianom v tem trenutku, ki je izšel 13.3.2018 z različico jedra 4.9. Tega smo naložili na microSD kartico Samsung EVO Plus 32 GB, pri čemer je imela vsaka naprava lastno kartico, ki je bila pripravljena izključno v namen izvedbe primerjave. Tako kot ob predstavitvi trojke, nas je zanimal čas zagona in zaustavitve sistema ter hitrost odpiranja programov. Meritev smo se lotili na analogen način z aplikacijo štoparice na pametnem telefonu. Pri zagonu sistema smo upoštevali čas od priklopa napajalnika v električno omrežje vse do kompletnega prikaza namizja. Izvedli smo dve meritvi – prvo, v času katere se upošteva še razširitev velikosti particije in drugo, ki naj bi veljala za vse nadaljnje zagone. Ostale meritve so trajale od klika na zaganjalnik programa do končnega odprtja le-tega. Pri odpiranju brskalnika smo meritve izvedli na isti način kot pri zagonu – prvo odpiranje velja samo prvič, drugo pa za vsako nadaljnje. V času merjenja so bile naprave na omrežje priključene preko priključka ethernet. Meritve so pokazale naslednje rezultate …

Meritev hitrosti (v sekundah)	Raspberry Pi 2 Model B	Raspberry Pi 3 Model B	Raspberry Pi 3 Model B+
Prvi zagon sistema	55,69	51,77	51,40
Drugi zagon sistema	22,74	18,64	18,43
Prvo odpiranje brskalnika	10,74	12,27	8,15
Drugo odpiranje brskalnika	4,78	3,10	2,70
Odpiranje Slo-Pi (znotraj brskalnika)	5,56	3,46	3,48
Odpiranje raspberrypi.org (znotraj brskalnika)	5,69	3,38	2,80
Odpiranje Wolfram Mathematica	24,80	17,70	16,46
Odpiranje LibreOffice (glavna aplikacija)	9,84	7,48	6,70
Odpiranje LibreOffice Writer	6,97	4,85	4,15
Zaustavitev sistema	7,23	10,74	9,69

Ob pogledu na tabelo lahko rečemo, da večjih razlik pri klasični uporabi mini računalnika ni, zagotovo pa se poznajo pri kakšnih bolj zahtevnih opravilih, kot je naprimer ogled videoposnetkov v brskalniku ali pri dlje trajajočem preračunavanju podatkov.

Naposled smo izmerili še temperature naprav glede na vrsto povezave v omrežje – preko etherneta ali preko WiFija. Pri zadnjem smo Raspberry Pi 2 Model B izpustili, saj nima zmožnosti brezžične komunikacije. Meritve so bile naslednje …

Meritev temperature (v stopinjah Celzija)	Raspberry Pi 2 Model B	Raspberry Pi 3 Model B	Raspberry Pi 3 Model B+
Ethernet	44,9	47,2	45,1
WiFi	–	46,2	51,5

Rezultati meritev kažejo, da se je z dodajanjem komunikacijskih zmožnosti malini nekoliko povečala standardna delovna temperatura. Pri novem modelu je zanimiv znaten dvig temperature ob uporabi brezžičnega omrežja, a to verjetno lahko pripišemo celotnemu naboru tehnologije, ki jo ta podpira. Za nameček smo preverili še hitrost delovanja WiFija na obeh inačicah trojke. Povezali smo se na brezžično omrežje, ki podpira protokol 802.11g in frekvenco 2,4 GHz. Obe napravi sta bili testirani pod enakimi pogoji – usmerjevalnik je bil od njiju oddaljen približno 3 metre. Povprečne meritve izvedene s klasičnim prenosnim računalnikom dosežejo hitrost prenosa iz oddaljene lokacije okrog 20 Mbps, prenos na oddaljeno lokacijo pa okrog 2 Mbps. Na vsaki izmed malin smo v brskalniku pognali dobro znan Speedtest, ki je razkril naslednje meritve …

Meritev hitrosti WiFi (v Mbps)	Raspberry Pi 3 Model B	Raspberry Pi 3 Model B+
Prenos iz oddaljene lokacije	3,35	3,73
Prenos na oddaljeno lokacijo	1,75	1,90

Ob primerjavi obeh hitrosti lahko rečemo, da so hitrosti izmerjene na novi različici minimalno izboljšane, pa vendar še vedno hitrejše od predhodne.

Zaključek

Po dobrih dveh letih od izida zadnje glavne različice mini računalnika je bil čas za novo osvežitev. Fundacija je uslišala želje mnogih uporabnikov in v napravo vgradila ravno tiste stvari, ki jih je veliko privržencev želelo videti že po prvih revizijah in novih izdajah naprave. Eben Upton, iznajditelj Raspberry Pi in izvršni vodja fundacije, je dejal da je bila priprava nove inačice zelo zahtevna, saj je implementacija 5 GHz WiFija terjala svoj čas. Še vedno je ponosen na to, kaj jim uspe zagotoviti za ceno maline, ki je nastavljena na 35 $. Hkrati poudarja da fundacija sama sestoji iz okrog 80 delavcev, poleg tega pa jih v nadaljnjih obdobjih skupaj z organizacijo, ki se ukvarja s trženjem, pričakujejo vse več – skupno kar 150. Napovedal je tudi morebiten prihod nove inačice trojke, ki bi nadomestila Raspberry Pi Model A+ in sicer Raspberry Pi 3 Model A+.

Z uporabniškega vidika Raspberry Pi 3 Model B+ predstavlja manjšo nadgradnjo predhodnika, vendar z dodanim toplotnim upravljanjem, povečano frekvenco procesorja, dvopasovnim WiFijem in Bluetoothom 4.2, gigabitnim ethernetom ter PoE vsekakor postavlja nov mejnik v svojem razredu. Pohvaliti je potrebno tudi nadaljnjo kompatibilnost s predhodniki, ki obenem omogoča enostaven preskok na nov model.

Prihodnost in smer v katero bo Raspberry Pi nadaljeval svojo pot je v tem trenutku zelo težko napovedati. Želja skupnosti je povečati velikost delovnega pomnilnika, kar naj bi bilo cenovno (glede na mejo 35 $) zaenkrat še neizvedljivo. Na drugi strani se pojavljajo želje po zmoglivejši malini, ki bi imela tudi višjo cenovno mejo. Dodatno vprašanje, ki se poraja pa je povezano s kompatibilnostjo – ali bo to kljub spremembam, ki jih skupnost želi, še vedno možno obdržati brez večjih težav. Pustimo se presenetiti in morda bomo že v roku dveh let lahko odgovorili na vsa ugibanja in vprašanja.

Svoj Raspberry Pi 3 Model B+ lahko naročite na podstrani Nakup pripomočkov. Za naprave uporabljene v namen pisanja tega članka se zahvaljujem podjetju IC Elektronika d.o.o., ki je največji neodvisni distributer elektronskih komponent v Sloveniji ter ima v svojem prodajnem programu tudi Raspberry Pi in še mnogo drugih komponent, za katere je uradni zastopnik za Slovenijo.

Viri podrobnih informacij o napravi in nadaljnje branje:

• https://www.raspberrypi.org/blog/raspberry-pi-3-model-bplus-sale-now-35/
• https://www.raspberrypi.org/magpi-issues/MagPi68.pdf
• https://www.raspberrypi.org/blog/raspbian-update-screen-sizes/