Caratteristiche, usi e funzionamento del Raspberry Pi

Che cos’è e caratteristiche del Raspberry Pi

Il Raspberry Pi è un single board computer, cioè una scheda elettronica implementante un intero computer o quasi, dotato di processore ARM con un fattore di forma estremamente ridotto (pari a quello di una carta di credito) che integra funzionalità avanzate per molteplici utilizzi che spaziano dalle applicazioni domestiche a quelle industriali.

Fu sviluppato inizialmente dalla Raspberry Pi Foundation, un’organizzazione di beneficenza britannica, come strumento per promuovere lo studio dell’informatica nelle scuole e nei paesi in via di sviluppo. Sebbene l’obiettivo iniziale fosse avvicinare i ragazzi alla programmazione, con un computer economico ma potente, ha finito per risvegliare la passione per la programmazione in adulti creativi e appassionati di tecnologia. Non offre la potenza di un computer desktop, ma può essere utilizzato per tutte quelle attività che non necessitano delle prestazioni di un PC costoso e ingombrante. Ad un prezzo irrisorio di circa 30-40€, questo Pi delle dimensioni di una carta di credito offre un processore ARM, RAM, funzionalità grafiche e tutte le porte hardware standard che si trovano di solito in un computer.

Il nome “Raspberry”, che in italiano significa lampone, è un omaggio alle prime aziende di computer che nacquero, il cui nome prendeva spunto da nomi di frutti, come Apple, Tangerine Computer Systems, Apricot Computers e Acorn (da cui fu preso spunto per il design del microcomputer). D’altro canto il nome “Pi” deriva dall’idea originaria di costruire un mini computer avente soltanto Python come linguaggio di programmazione.

Le ragioni per cui il Raspberry Pi ha riscosso un successo enorme in giro per il mondo sono riconducibili a tre fattori:

1. Costo contenuto
2. Dimensioni molto contenute
3. Bassissimo consumo di potenza elettrica (meno di 5 W)

In seguito all’inaspettato successo globale di Pi, si è creata una comunità di appassionati del prodotto e di tutte le sue capacità. Di conseguenza, diversi siti e blog di qualità presentano migliaia di progetti gratuiti. Si possono trovare immagini dettagliate gratuite, diagrammi e codice per iniziare a giocare ai classici giochi DOS con il Pi, a creare le proprie cornici fotografiche per Pi, a monitorare le condizioni del proprio terrario o costruire la propria torrent machine sempre attiva.

Bisogna sottolineare che il dispositivo di archiviazione è venduto separatamente. Gli originali modelli A e B di Pi utilizzano una scheda SD di dimensioni standard, ma tutti i modelli più recenti richiedono una scheda micro SD. La guida rapida per Pi consiglia una scheda micro SD con velocità di scrittura minima di classe 4.

Ovviamente, oltre alla micro SD, è necessario procurarsi tutto ciò che si desidera connettere alla scheda, perchè niente è incluso nel pacchetto. L’elenco essenziale per l’utilizzo generico è:

• Scheda micro SD.
• Alimentatore: i caricabatterie dei telefoni, con micro USB da 5.1 V e 2.5 V sono perfetti per la maggior parte dei progetti.
• Cavo per connessione a schermo: un conduttore da HDMI a HDMI/DVI per connettere il Pi alla propria TV o monitor.
• Tastiera, Mouse e Monitor/TV.
• Case per il Pi.
• Cavo Ethernet (solo modello B/B+), se per qualche motivo non si vuole utilizzare il WiFi incorporato nei modelli più recenti.

E’ doveroso sottolineare, che non è necessario alcun monitor dedicato. Di solito, una volta completate le impostazioni, si collegano mouse e tastiera alle porte USB del Pi e il monitor via HDMI. Ciò provoca generalmente un avvio con il sistema operativo selezionato e la corrispondente GUI, interfaccia grafica utente. Alcuni progetti, però, non necessitano che il Raspberry Pi utilizzi una normale GUI . In questi casi, è possibile collegare il Pi alla rete e accedervi da remoto tramite il protocollo SSH (Secure Shell). Se il Raspberry Pi esegue una variante di Linux, inoltre è molto probabile che l’opzione SSH sia disponibile come modalità predefinita. Se si utilizza un Mac, si può usare Terminal o Putty con Windows. Con questo metodo, è necessario effettuare l’accesso al Pi da un normale PC ed eseguire ogni operazione su di esso da remoto tramite linea di comando.

Architettura

I componenti che costituiscono un Raspberry Pi (3 Model B) sono:

• 1.2GHz 64-bit quad-core ARMv8 CPU
• 4 porte USB 2.0
• 1 uscita HDMI
• 1 uscita combinata di 3.5 mm per audio e video composito
• 1 slot per Micro SD Card
• 1 porta micro USB per l’alimentazione
• 1 porta Ethernet
• 802.11n Wireless LAN
• Bluetooth 4.1
• Bluetooth Low Energy (BLE)
• 40 GPIO pin
• Camera Interface (CSI)
• Display Interface (DSI)
• VideoCore IV 3D graphics core

Usi tipici di un Raspberry Pi

Un utente può usare un Raspberry Pi per un enorme varietà di applicazioni:

• Insegnare ai ragazzi a programmare.
• Usarlo come un desktop PC, usando l’interfaccia HDMI.
• Costruire un media center con Rasplex o usarlo come computer sempre attivo per scaricare.
• Catturare le immagini di una videocamera di sorveglianza.
• Costruire una console per retrogaming (emulatore di console per videogiochi della vecchia generazione).
• Costruire un orologio con tutti i fusi orari oppure una radio FM usando un Pi Zero.
• Aggiungere un modulo per la fotocamera.

Esempi di progetti fai-da-te

Nel seguito vengono illustrati alcuni esempi di interessanti progetti fai-da-te di complessità variabile, dove si fa uso di Raspberry Pi. Alcuni sono quasi un gioco, altri richiedono competenze più avanzate.

Cabinato da sala giochi Il sogno erotico di ogni retro-gamer: un arcade tutto per sè, con i tastoni e la levetta con il pomello, proprio come ai tempi d’oro delle sale giochi. Chi non può permettersene uno originale, o non ha abbastanza spazio in casa, può farselo da sè sfruttando il Pi come centro nevralgico: è sufficientemente potente da far girare senza

problemi i giochi del Mame, del PC a livello di Duke Nuke e di varie console fino al Nintendo 64.

Sistema audio per la casa Un sistema audio che manda musica in streaming in quattro stanze della casa costa qualcosa nell’ordine delle centinaia di euro, se non di più. Ma comprando degli amplificatori minimamente decenti, sono necessari un Raspberry Pi, un set di trasmettitori e ricevitori e un altro paio di accessori, per costruirne uno.

Mini Mac John Leake di RetroMacCast ha costruito un Mac minuscolo in scala 1/3, perfettamente funzionante (con sistema operativo emulato), attrezzato di un piccolo display da 3,5 pollici con risoluzione 320 x 200 e porte USB, Ethernet e HDMI, oltre che Bluetooth.

Media Center Una delle applicazioni più classiche è quella di usare il Pi per costruire centri multimediali piccoli, efficienti ed economici da collegare al tv.

Telefono Non sarà particolarmente smart perchè chiama e basta, la silhouette non è proprio quella di un iPhone, e non è adatto a un utilizzo nella vita reale, ma un telefono basato sul Pi e assemblato con componenti economici resta un progetto davvero notevole.

Casa smart Usato in accoppiata con Arduino (un duo formidabile), il Pi può essere utilizzato per dare un tocco di domotica alla casa, componendo un centro di controllo per gli elettrodomestici. Si inizia gestendo l’accensione e lo spegnimento degli accessori, ma ci si può spingere oltre ideando soluzioni più avanzate, con sensori di temperatura e quant’altro.

Pi nel cielo Unito a un modulo GPS e a un trasmettitore diventa un sistema di rilevamento dell’altitudine dei palloni aerostatici. Nel 2012 Dave Akerman, inventore del progetto Pi in the Sky, ha spedito un Raspberry attaccato a 40 chilometri da terra e dopo la discesa lo ha recuperato intatto.

Cornice digitale Con il Raspberry Pi si può fare qualcosa di più di un semplice display che fa girare foto e video di gatti, parenti e vacanze di famiglia: permette di realizzare un pannello multimediale vero e proprio, capace anche di riprodurre film, musica e aggiornarti sul meteo. Si assembla in fretta, costa poco ed è pure sottile e sufficientemente gradevole nel design.

R2-D2 Si tratta del piccolo droide di Guerre Stellari ed è equipaggiato con rilevamento del movimento e della distanza per muoversi senza andare a sbattere, ed è capace di riprodurre messaggi audio (non proprio gli ologrammi del film), di riconoscere i volti e di comprendere comandi vocali in due lingue, inglese e cinese. Il tutto costruito a partire da un Raspberry Pi.

Sistemi operativi per Raspberry Pi

Un Raspberry Pi è una scheda con processore ARM, progettata per ospitare sistemi operativi basati sul kernel Linux o RISC OS. Nel seguito vengono elencati alcuni sistemi operativi che possono essere utilizzati su Raspberry Pi:

Raspbian Si tratta di un sistema operativo free basato su Debian, ottimizzato per l’hardware del Raspberry. E’ fornito con tutti i programmi di base e le utilities che ci si aspetta da un sistema operativo general purpose. Supportato dalla Raspberry foundation, è divenuto famoso per essere particolarmente veloce e performante. Il modo più facile per installare Raspbian sulla propria Pi è quello di caricare il suo file immagine su una scheda micro SD. Esistono due versioni di Raspbian, la prima dotata di interfaccia grafica user-friendly (versione with desktop) e un’altra priva di interfaccia grafica (versione lite) da usare con il protocollo SSH.

Ubuntu MATE Ubuntu MATE è un sistema operativo stabile, semplice, configurabile dall’utente e leggero. E’ particolarmente buono per dispositivi che non richiedono troppe risorse, rendendolo perfetto per i Raspberry Pi, che non richiedono un’interfaccia grafica composita. Infatti, l’interfaccia grafica di MATE è costituita da applicazioni essenziali come un file manager, un editor di testo, un visualizzatore di immagini e documenti e un terminale. A differenza di Snappy Ubuntu, Ubuntu MATE è proprio l’Ubuntu originale con il gestore di pacchetti APT e l’Ubuntu Software Center.

Snappy Ubuntu Si tratta di una versione leggera del famosa sistema operativo Ubuntu. Snappy Ubuntu Core usa l’immagine di un server minimale con le stesse librerie di sistema. Le applicazioni vengono eseguite in un modo notevolmente più veloce, affidabile e sicuro grazie alla gestione dei sistemi transazionali (per esempio con Docker ), da qui il termine “Snappy”, che in italiano può essere tradotto come svelto o rapido. A differenza di Ubuntu MATE, Snappy Ubuntu si differenzia da Ubuntu per quel che riguarda l’installazione e la disinstallazione di applicazioni e aggiornamenti, perchè fornisce un approccio più semplice con funzionalità di rollback.

Pidora Pidora è un remix del ben noto sistema operativo Fedora, ottimizzato e adattato per Raspberry Pi. Questa distribuzione è molto veloce e fornisce altre applicazioni oltre a quelle fornite da Raspberry Pi Foundation. In particolare, spicca l’Headless Mode, una modalità che ti consente di configurare il sistema operativo sui dispositivi Pi privi di monitor o display.

Linutop Si tratta di un sistema operativo che può essere configurato molto velocemente su un Raspberry Pi e che si basa su Raspbian. Linutop può essere configurato velocemente per ogni scopo e si avvia in meno di 30 secondi. E’ molto sicuro, poichè include una modalità di accesso in sola lettura dove le modifiche non vengono salvate a meno che non si inserisce la password, rendendo vani gli attacchi di virus e hacker.

SARPi Abbreviazione di “Slackware ARM on a Raspberry Pi”, SARPi è considerato uno dei migliori sistemi operativi per Raspberry Pi e può essere installato su una micro SD da 8 GB). Anche se la versione ARM non supporta tutte le applicazioni, la maggior parte delle applicazioni (incluse quelle essenziali) sono state rese compatibili per l’architettura ARM. Slackware è facile da usare anche se non si ha confidenza con Linux, per questo è considerato un’ottima scelta per utilizzatori di Raspberry Pi alle prime armi.

Arch Linux ARM Si tratta di una versione di Arch Linux reso compatibile per computer ARM. La filosofia e il design di questo sistema operativo puntano sulla semplicità e la centralità dell’utente, assicurando agli utenti di avere il pieno controllo del sistema. E’ caratterizzato da piccoli aggiornamenti quotidiani, in contrapposizione agli aggiornamenti di dimensione maggiore presenti negli altri sistemi operativi.

Gentoo Linux E’ un sistema operativo open source basato su Linux che compila il codice sorgente localmente, in accordo con le preferenze dell’utente, per mantenere alte le prestazioni. Per questo motivo, il codice compilato con Gentoo Linux è spesso ottimizzato per un particolare tipo di computer, come il Raspberry Pi. Oltre alla adattabilità quasi senza limiti, questa distribuzione Linux usa un sistema per la gestione dei pacchetti chiamato Portage, che aumenta la sicurezza e ottimizza le prestazioni. E’ anche molto semplice installare e aggiornare il software.

FreeBSD Si tratta di un sistema operativo installato su server e sistemi embedded oltre che sui normali computer. Esso offre funzionalità avanzate di rete, sicurezza e storage che lo rendono ideale per configurare un server Internet o Intranet, garantendo cos`ı tempi di risposta rapidi e una solida gestione della memoria.

Kali Linux Kali Linux è una piattaforma di penetrazione avanzata con delle versioni che supportano il Raspberry Pi. In particolare, si tratta di una distribuzione Linux, basata su Debian, che mette a disposizione parecchi strumenti per eseguire operazioni di sicurezza informatica come test di penetrazione, informatica forense e reverse engineering. Non si limita a queste operazioni, ma è anche in grado di comportarsi come un sistema operativo general-purpose.

RISC OS Pi RISC OS Pi è una versione di RISC OS ottimizzata per Raspberry Pi. Esso offre un ambiente grafico alternativo e una serie di applicazioni molto utili per la scheda Pi. Se creare una boot image è un’operazione troppo complicata, è possibile acquistare una scheda SD appositamente predisposta con RISC OS. La caratteristica principale di questa piattaforma è la leggerezza e la super reattività. E’ anche disponibile una versione minimale chiamata RISC OS Pico che occupa soltanto circa 3.5 MB (per il file ZIP).

Dato che il Raspberry Pi non è fornito con un sistema operativo, esiste un gestore di sistemi operativi chiamato NOOBS che è attualmente il modo più semplice per fare il flash delle immagini dei sistemi operativi per il nostro Pi. Con NOOBS, infatti, diventa semplicissimo scaricare, installare e configurare il proprio Raspberry Pi. La prima volta che NOOBS viene avviato, viene mostrato un elenco di sistemi operativi da scegliere. I sistemi operativi disponibili dipendono da quale modello di Raspberry Pi si sta usando. Anche se scaricare NOOBS è semplice, è possibile acquistare delle schede micro SD con NOOBS già preinstallato.

Un’alternativa, molto usata, per installare il sistema operativo nel Pi è Etcher, un tool grafico per scrivere su una scheda micro SD e che funziona su Mac OS, Linux e Windows. Infine, etcher supporta la scrittura di immagini direttamente da uno zip file, senza bisogno di scompattarlo.