Arch RPi Linux Embarqué

1Dcouverte du Raspberry PiVotre circuit Raspberry Pi est une vritable petite merveille, car il contient une puissance de calcul non ngligeable dans un encombrement de la taille d'une carte de crdit. Ce circuit sait faire des choses incroyables, mais prenez le temps de dcouvrir ses grands principes avant de vous jeter tte la premire dans son utilisation.

astuce

Si vous tes impatient de passer la pratique, sautez quelques pages jusqu' la section dcrivant la dcouverte pratique du Raspberry et ses quatre connexions essentielles: un cran, une souris, un clavier et l'alimentation secteur.

Processeurs ARM ou x86Le processeur qui anime le systme Raspberry Pi est un processeur multimdia Broadcom BCM2835 de type SoC (System-on-Chip, tout le systme sur un seul circuit). Cela signifie que la plupart des composants du systme (unit centrale, coprocesseur graphique, matriel audio et vido) sont runis dans un seul composant, qui est physiquement cach sous le circuit mmoire de 256 ou 512 Mo qui est implant au centre de la plaque (voir Figure 1.1).

Le processeur BCM2835 ne se distingue pas seulement des processeurs pour PC de bureau par cette conception intgre SoC. Plus important encore, il utilise un autre jeu d'instructions machine (ISA, Instruction Set Architecture) nomm ARM.

2013 Pearson France Raspberry Pi Eben Upton, Gareth Halfacree

4 Guide de l'utilisateur Raspberry Pi

Figure 1.1Le processeur BCM2835 SoC est situ sous le circuit mmoire Hynix.

L'architecture ARM a t invente la fin des annes 1980 par la socit Acorn Computers. Elle n'est pas trs rpandue dans le monde des ordinateurs de bureau, mais elle l'est beaucoup plus dans l'univers des appareils nomades : de nombreux modles de smartphones fonctionnent avec un processeur ARM. Cette architecture utilise un jeu d'instructions machine rduit (RISC). La faible consommation lectrique des circuits ARM leur donne un net avantage par rapport aux processeurs des ordinateurs de bureau qui se basent sur un jeu d'instructions complexes (CISC).

C'est grce ce circuit ARM BCM2835 que le Raspberry Pi peut fonctionner avec une alimentation 5 V 1 A, et donc tre aliment par le port Micro-USB de la carte. Si vous cherchez, vous ne trouverez aucun radiateur, car la consommation du circuit rend ce genre de dissipateur de chaleur inutile, mme dans les priodes de forte charge du processeur.

En revanche, puisque le Raspberry Pi se base sur un jeu d'instructions machine diffrent, les programmes ne sont pas compatibles avec ceux des PC. En effet, les logiciels conus pour les ordinateurs de bureau et portables ciblent l'architecture x86 qui est celle des processeurs AMD, Intel et VIA. Tous ces programmes ne fonctionnent donc pas sur le Raspberry Pi et son processeur ARM.

Le BCM2835 fait partie de la gnration de processeurs ARM nomme ARM11, qui utilise la version de l'architecture du jeu d'instructions ARMv6. Il est important de le savoir, car ARMv6 est une architecture lgre tout en tant puissante, mais lgrement infrieure l'architecture ARMv7 adopte par la famille de processeurs ARM Cortex. Les logiciels conus pour ARMv7, comme ceux pour les x86, ne sont pas compatibles avec le processeur


Chapitre 1 Dcouverte du Raspberry Pi 5BCM2835. Ceci dit, on peut en gnral raliser sans trop d'efforts la conversion entre ces deux membres de la mme famille.

N'en dduisez pas pour autant que vous allez tre limit dans vos choix de logiciels. Vous verrez tout au long du livre qu'il existe une foule de logiciels pour le jeu d'instructions ARMv6. Le succs du Raspberry Pi ne se dmentant pas, cette offre ne fera que crotre. Nous verrons d'ailleurs au cours de ce livre comment crer vos logiciels pour le Raspberry, mme si vous n'avez encore aucune exprience en programmation.

Windows ou Linux ?En dehors de la taille et du prix d'achat, une importante diffrence entre le Raspberry Pi et la majorit des ordinateurs vendus dans le commerce est son systme d'exploitation, c'est--dire le logiciel principal qui anime et rgit l'ordinateur.

De nos jours, la grande majorit des ordinateurs proposs dans le commerce utilisent soit le systme Microsoft Windows, soit le systme Apple Mac OS X. Il s'agit dans les deux cas d'une plate-forme ferme, conue dans des laboratoires confidentiels et protgs par des batteries de brevets.

Ces systmes sont dits ferms parce que le code source, c'est dire les lignes d'instructions qui incarnent ces systmes, est secret. L'utilisateur peut utiliser le logiciel qui en rsulte, mais il ne peut jamais avoir accs au code source et savoir comment cela fonctionne.

Le Raspberry Pi a t au contraire conu ds le dpart pour faire fonctionner un systme d'exploitation appel GNU/Linux, que nous abrgeons dans la suite en Linux. la diffrence de Windows ou de Mac OS X, Linux est le symbole mme du logiciel ouvert. Vous pouvez tlcharger la totalit du code source du systme, appliquer des modifications et utiliser votre version personnelle. Rien n'est masqu et toutes les volutions restent accessibles au public.

C'est cette philosophie Open-source qui a permis d'adapter rapidement Linux pour qu'il puisse fonctionner sur le Raspberry Pi, ce processus tant nomm portage. l'heure o nous crivons ces lignes, il existe dj plusieurs variantes de Linux, des distributions, utilisables avec le circuit BCM2835 du Raspberry Pi. Citons notamment Debian, Fedora Remix et Arch Linux.

Chaque distribution met l'accent sur un sous-ensemble fonctionnel spcifique, mais toutes restent Open-source. De plus, les diffrentes distributions restent pour l'essentiel compatibles entre elles : un logiciel crit pour une distribution Debian fonctionnera sur une distribution Arch Linux et vice versa.

Le systme Linux n'est videmment pas cantonn au Raspberry Pi. Il existe des dizaines de distributions pour les ordinateurs de bureau, les portables, les smartphones et les tablettes (et les super-calculateurs). La plate-forme trs populaire de Google nomme Android a t dveloppe partir d'un noyau Linux. Lorsque vous aurez pris plaisir dcouvrir Linux sur le Raspberry Pi, vous songerez peut-tre l'installer sur d'autres ordinateurs. Vous pourrez vous en servir en parallle avec votre systme d'exploitation actuel, celui qui vous permettra de profiter du meilleur des deux mondes tout en continuant progresser sous Linux lorsque vous tes loin de votre Raspberry.


6 Guide de l'utilisateur Raspberry PiDu fait qu'au niveau de l'architecture, les logiciels pour ARM ne sont pas compatibles avec ceux pour x86, les programmes crits pour Windows, OS X et Linux ne sont pas compatibles entre eux. Mais la grande majorit des logiciels auxquels vous tes habitus dans l'un des deux systmes ferms possdent un quivalent sous Linux, et mieux encore, la plupart sont gratuits, et conus dans un esprit Open-source comme le systme lui-mme.

Dcouverte pratique du Raspberry PiAprs avoir prsent les grandes lignes de ce qui distingue le Raspberry Pi des autres environnements informatiques, nous pouvons aller plus avant dans sa dcouverte. Si vous venez de recevoir votre machine, dballez-la et posez la carte sur une surface isolante avant de poursuivre.

Branchement d'un cranAvant de dmarrer votre Raspberry, il nous faut connecter un cran. Le Raspberry possde trois sorties vido : la vido composite, la vido HDMI et la vido DSI. Les deux premires sont directement accessibles l'utilisateur, comme dcrit dans la suite. La sortie vido DSI requiert du matriel spcialis complmentaire.

Sortie vido composite

La vido composite correspond au connecteur jaune et argent dans le haut de la carte. Il s'agit d'un connecteur appel RCA ou Cinch (voir Figure 1.2). Cette sortie est surtout destine aux anciens crans. Comme son nom l'indique, le signal sur ce connecteur est une composition des trois couleurs primaires rouge, vert et bleu, qui sont mlanges avant d'tre transmises sur un seul fil vers l'cran, qui est en gnral un cran tube cathodique (CRT).


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Figure 1.2Le connecteur de sortie vido composite jaune RCA.

Si vous n'avez pas d'cran rcent, la sortie vido composite vous permettra de commencer, mais la qualit d'image ne sera pas excellente. Les signaux vido composites sont en effet plus sensibles aux interfrences. L'image manque de nettet et la rsolution est limite. Cela signifie que le nombre d'icnes et de lignes de texte l'cran n'est pas maximal.

Sortie vido HDMI

Vous obtiendrez une bien meilleure image en utilisant le connecteur HDMI (High Definition Multimedia Interface), qui est le seul connecteur dans le bas de la carte (voir Figure 1.3). Le port HDMI dlivre un signal numrique haute vitesse qui garantit une excellente image tant sur un cran informatique que sur un tlviseur HD. Le Raspberry peut afficher en HDMI des images la pleine rsolution Full HD 1920x1080, qui est accessible la plupart des crans plats actuels. Cette rsolution permet un niveau de dtails trs confortable.

Si vous comptez rutiliser un cran informatique avec le Raspberry, il est possible que ce dernier n'offre pas d'entre HDMI. Ce n'est pas une catastrophe car les signaux HDMI peuvent tre convertis vers le niveau des signaux DVI (Digital Video Interconnect). Il suffit d'acqurir un cble HDMI vers DVI pour pouvoir connecter la sortie HDMI du Raspberry vers un cran ne disposant que d'une entre DVI-D. Seul inconvnient : le DVI ne trans-porte pas le son.


8 Guide de l'utilisateur Raspberry Pi

Figure 1.3Le connecteur argent HDMI pour une sortie vido haute rsolution.

En revanche, le Raspberry Pi ne pourra pas se connecter un cran qui ne possde qu'une entre VGA (un connecteur trapzodal quinze broches, en gnral argent et bleu). Il existe des adaptateurs de DVI vers VGA, mais ils sont onreux et encombrants. Dans cette situation, le mieux est peut-tre de songer l'acquisition d'un cran plus rcent avec une entre DVI ou, mieux encore, HDMI.

Sortie vido DSI

La troisime sortie vido disponible sur la carte Raspberry correspond au petit connecteur plat protg par un cabochon en plastique, au-dessus du connecteur de la carte SD. Cette sortie correspond au format DSI (Display Serial Interface). C'est le format utilis par les crans plats des tablettes et des smartphones. Vous ne trouverez pas aisment ce genre d'cran entre DSI dans le commerce. Ils sont en gnral utiliss par les ingnieurs qui ont besoin de crer des systmes embarqus compacts. Vous pouvez ajouter un afficheur DSI en insrant un cble en nappe dans le connecteur prvu cet effet, mais nous conseillons aux dbutants de s'en tenir la sortie composite ou HDMI.

Branchement d'une sortie audioSi vous avez choisi la sortie vido HDMI et que votre cran possde des haut-parleurs, la connexion audio est simplifie : une fois la configuration effectue, vous rcuprez le signal audio par le cble HDMI. Vous pouvez donc vous contenter d'un seul cble vers votre cran pour avoir le son et l'image.


Chapitre 1 Dcouverte du Raspberry Pi 9Mais de nombreux crans HDMI ne possdent pas de haut-parleurs. Dans ce cas, lisez la suite.

Si vous utilisez un cran entre DVI-D, le cble ne transporte pas la partie audio. C'est d'ailleurs la principale diffrence entre les deux formats HDMI et DVI.

Pour un cran DVI-D, ou si vous utilisez la sortie vido composite, vous profiterez du connecteur audio 3,5 mm qui se trouve dans la partie suprieure de la carte, prs du connecteur jaune de la sortie composite. Cette sortie dlivre de l'audio analogique (voir Figure 1.2). C'est le connecteur standard des casques et des microphones sur les appareils audio du commerce, et il est connect de la mme manire. Vous pouvez directement brancher un casque sur ce connecteur pour vrifier que l'audio fonctionne.

astuce

Lorsque vous connecterez un casque la sortie audio du Raspberry Pi, vous remarquerez sans doute que le volume est un peu faible. Utilisez de prfrence une paire d'enceintes amplifies pour augmenter le volume de sortie.

Pour une installation long terme, optez pour des haut-parleurs amplifis pour PC qui ont normalement une entre 3,5 mm. Si vous utilisez la sortie vido composite, prvoyez un cble avec jack 3,5 mm stro d'un ct et deux fiches RCA rouge et blanche de l'autre. Vous pourrez ainsi directement connecter les deux canaux audio, par exemple un ampli-tuner.

Les chanes hi-fi offrent soit une entre Jack 3,5 mm, soit une paire de prises RCA. Vous trouverez tous les cbles ncessaires dans le commerce, y compris les adaptateurs.

Branchement d'un clavier et d'une sourisUne fois les sorties branches, intressons-nous aux entres. Il vous faut au minimum un clavier, et la plupart voudront galement une souris.

Commenons par les mauvaises nouvelles : si vous voulez recycler un vieux clavier ou une vieille souris connecteur PS/2 (un connecteur rond avec une dcoupe et un brochage en forme de fer cheval), n'y comptez pas. La connexion PS/2 est obsolte depuis quelques annes. Le Raspberry n'accepte que des priphriques d'entre fonctionnant en USB.

Selon que vous ayez le modle A ou le modle B du Raspberry, vous disposez d'un ou deux ports USB du ct droit de la carte (voir Figure 1.4). Si vous avez le modle B, vous disposez dj de deux ports, permettant de brancher directement le clavier et la souris. Si vous avez le modle A, vous devez ds le dpart acheter un concentrateur USB (hub) pour pouvoir connecter les deux priphriques.


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