Raspberry Pi Zero W Краткое руководство пользователя

Содержание руководства:

1. Введение в Raspberry Pi
2. Характеристики Raspberry Pi Zero W
3. Что расположено на плате RPi Zero W
4. Подготовка мини-ПК Raspberry Pi Zero W
5. Подготовка операционной системы Raspberry Pi OS
6. Файл config.txt конфигурации ОС Raspberry Pi
7. Включение Raspberry Pi Zero W и первая загрузка ОС
8. Элементы персонализации операционной системы Raspberry Pi OS
9. Оффлайн установка даты и времени в системе Raspberry Pi OS

Примечание. Настоящее руководство применимо к моделям компьютеров Raspberry Pi Zero (H), Raspberry Pi Zero W(H), Raspberry Pi Zero 2W(H), за исключением раздела описания аппаратных характеристик.

• Купить набор 9в1 Raspberry Pi Zero W в интернет-магазине CompactTool
• Купить набор 8в1 Raspberry Pi Zero 2W в интернет-магазине CompactTool

Введение в Raspberry Pi

Популярная цифровая платформа Raspberry Pi представляет собой полноценный аппаратно-программный комплекс, созданный с целью обучения начальным навыкам программирования и изучения фундаментальных основ построения простых электронных схем в учебно-образовательной среде. Многопользовательские мультимедийные мини-компьютеры Raspberry Pi прежде всего ориентированы на массовую доступность среди обычных пользователей. Компактный одноплатный ПК RPi позволяет воспроизводить и записывать файлы аудио и видео, играть в видеоигры или просматривать страницы глобальной сети Интернет, разворачивать локальные или облачные сервера. А также на нём можно легко и быстро конструировать любые DIY-проекты автоматики и робототехники, вплоть до базовых элементов машинного ИИ с распознаванием речи или очертаний человеческого лица. Raspberry Pi поддерживает огромное количество готовых вариантов операционных систем, сформированных на дистрибутивах Linux, Android или Windows.

С момента выхода первого официального устройства, платформа Raspberry Pi эволюционировала в несколько уникальных и самодостаточных решений, удовлетворяющих требованиям различных задач. Современная по меркам конца 2023, начала 2024 года Raspberry Pi отображена в следующем формате:

а) полноразмерные модули RPi, обладающие самыми высокоскоростными процессорами, с полным набором независимых портов и разъёмов пользовательских интерфейсов;

б) ультракомпактные модули RPi Zero, оснащённые менее скоростными процессорами, меньшим размером оперативной памяти и минимальным количеством портов прямого подключения;

в) периферийные модули RPi Compute Module со встроенной памятью флеш, предназначенные для промышленной интеграции. Имеют характеристики аналогичные полноразмерных моделей, однако лишены возможности прямого подключения какого-либо внешнего оборудования;

г) модели домашних компьютеров RPi 400, встроенные в фирменную "малиновую" клавиатуру;

д) модули разработчика RPi Pico - бюджетные маломощные платы для небольших DIY-проектов.

MagPi.cc - нескончаемый источник идей и подсказок от сообщества для реализации любых, самых смелых проектов на платформе Raspberry Pi.

Характеристики Raspberry Pi Zero W

• Процессор: Broadcom BCM2835, 32-разрядная система в одном кристалле (SoC) 
• Вычислительное ядро CPU: ARM1176JZ-F на частоте 1ГГц
• Графическое ядро GPU: VideoCore IV 3D на частоте до 400 МГц с поддержкой OpenGL-ES 1.1/2.0 и OpenVG 1.1
• Память (SDRAM): 512 Мб LPDDR2 
• Модуль беспроводной связи: CYW43438
  • WiFi: 2.4 ГГц, IEEE 802.11b/g/n
  • Bluetooth: 4.1, BT Classic, Bluetooth Low Energy (BLE)
• Слот TF карты: microSD
• Питание: 5В через гнездо microUSB / выводы GPIO 
• Минимальный потребляемый ток: 600мА 
• Рабочее напряжение: 3.3В 
• Мультимедийные интерфейсы: 
  • Композитный 2-контактный видеовыход PAL/NTSC под пайку
  • Видео/аудио выход mini-HDMI v1.3/v1.4 (PAL/NTSC, разрешение 640x350-1920x1200)
  • Разъём microUSB-OTG 2.0
  • Разъём MIPI CSI 22 контакта с шагом 0.5мм (для видеокамеры)
• Порт GPIO: 40-контактный разъём, совместимый с модулями расширения RPi HAT
• Интерфейсы: GPIO, UART, I2C, SPI, I2S, PWM
• Вес: 9г

Что расположено на плате RPi Zero W

Дизайн Raspberry Pi Zero рассчитан на максимальную экономию пространства, занимаемого электронной платой. Сохранение условия полного минимализма конструкции Raspberry Pi Zero отражается в значительном уменьшении количества доступных портов и интерфейсов для периферии. В распоряжение пользователю предоставлены слот чтения карты памяти misroSD для загрузки ОС, один порт mini-HDMI для вывода цифрового изображения на экран ТВ или дисплей, один порт mUSB 2.0 OTG для подключения периферийных устройств (мышка, клавиатура, джойстик и др.) и единственный 22-контактный порт видеокамеры стандарта CSI-2, несовместимый с 15-контактным портом CSI Camera у полноразмерных моделей. Выход аналогового звука у RPi Zero не предусмотрен, аналоговое видео выведено на две контактные площадки с пометкой TV.

Подготовка мини-ПК Raspberry Pi Zero W

Перед началом использования, к миниатюрному компьютеру Raspberry Pi следует подключить стабильный источник питания с выходной мощностью не менее 12.5Вт, устройства ввода данных (мышка и клавиатура) и вывода изображения/звука (монитор или ТВ). На этом этапе у начинающих пользователей может возникнуть первая трудность, связанная с конструктивными особенностями мини-ПК RPi Zero W. Редко используемый разъём цифрового изображения и звука mini-HDMI, а также крайне близкое расположение двух портов mUSB, могут озадачить приобретением новых соединительных шнуров с соответствующими разъёмами, либо покупкой совместимых переходников-адаптеров. Без простого шнура mUSB 2.0 - OTG во многих случаях присоединение штекеров формата USB Type-A от устройств ввода/вывода к порту OTG на Raspberry Pi Zero не представляется возможным. На следующих изображениях представлены пример подключения беспроводного комплекта мыши/клавиатуры с единым общим ресивером-донглом (1) и пример присоединения их классических проводных аналогов (2).

Изображение 1

Использующееся оборудование:

1. Источник питания 5В DC / 12.5Вт
2. Кабель USB/On-The-Go (OTG)
3. Кабель mini-HDMI
4. Донгл ресивера от беспроводного комплекта клавиатуры/мыши

Изображение 2

Использующееся оборудование:

1. Проводная мышка
2. Проводная клавиатура
3. Разветвитель портов USB (USB-хаб)
4. Источник питания 5В DC / 12.5Вт
5. Кабель USB/On-The-Go (OTG)
6. Кабель mini-HDMI

Обратите внимание! Модель Raspberry Pi Zero W поддерживает прямое подключение устройств ввода информации с интерфейсом беспроводной связи по протоколу Bluetooth.

Сборка мини-ПК Raspberry Pi Zero W завершена!

Подготовка операционной системы Raspberry Pi OS

Подавляющее большинство современных компьютеров, больших или маленьких, стационарных или портативных, не могут обходится без своей операционной системы. Внутри операционной системы хранится техническая информация, необходимая для загрузки компьютера и для запуска программного обеспечения. Чтобы мини-ПК Raspberry Pi Zero W загрузился в нормальное рабочее состояние, ему также нужна подходящая операционная система (ОС). Для платформы Raspberry Pi наиболее распространена в использовании Raspberry Pi OS, ранее известная под названием Raspbian OS, которая является одной из разновидностей ОС Debian с ядром от ОС Linux. Компьютер Raspberry Pi может автоматически загружать операционную систему из разных источников, будь-то встроенный накопитель (HDD или SSD), внешний накопитель (U-диск, TF-карта), локальная или облачная сеть (через порт Ethernet, если доступно). Метод загрузки ОС из TF-карты памяти считается наиболее простым и приоритетным для новых пользователей.

Для создания карты памяти с загружаемой ОС (системной флешки) понадобятся:

1. TF-карта памяти формата microSD/microSDHC размером от 8ГБ, отформатированная в FAT32, вставленная в USB-порт Windows-ПК
2. Файловый образ 32-разрядной Raspberry Pi OS Bullseye Desktop (устаревшие версии Buster, Stretch, Jessie или Wheezy можно найти в архиве на raspberry.org)
3. Программное приложение balenaEtcher для записи образа ОС на карту памяти
4. Программное приложение Raspberry Pi Imager для загрузки и записи образа ОС на карту памяти (заменяет 2 и 3 пункты одновременно)

Далее приводится пошаговая инструкция к программе Raspberry Pi Imager v1.8.1

Главное окно Raspberry Pi Imager v1.8.1

На первом этапе создания системной флешки, пользователь настраивает программу Raspberry Pi Imager. Кнопка "Выбрать устройство" открывает перечень всех актуальных моделей мини-ПК Raspberry Pi. Выбор имеющегося у пользователя устройства RPi влияет на список предлагаемых для загрузки ОС с учётом их совместимости. В случае отказа от фильтрации "No filtering", будут отображены все доступные образы для всех моделей Raspberry Pi.

Оформление списка устройств RPi, поддерживаемых программой Raspberry Pi Imager, содержит не только их названия, но и векторные изображения. Благодаря продуманному оформлению приложения, очень легко ориентироваться в выборе имеющегося оборудования.

Кнопка "Выбрать ОС" в главном окне установщика образов Raspberry Pi Imager предлагает онлайн-загрузку самой последней совместимой версии Raspberry Pi OS для модели RPi Zero W. Процесс скачивания образа ОС из сети Интернет может занять некторое время. Пользователь может выбрать и установить другую версию ОС из предложенного списка, куда входят упрощённая и расширенная версии Raspberry Pi OS, версии ОС для разработчиков, медиаплееры, ОС с играми и эмуляторами, узкоспециализированные версии ОС и некоторые сервисные инструменты.

Опция программы "Использовать настраиваемый образ" в разделе "Операционная система" позволяет выбрать произвольный файл с образом ОС, хранящийся в памяти Windows-ПК. Вручную указанный образ ОС для Raspberry Pi Zero будет впоследствии записан на загрузочную флешку. Настоятельно рекомендуется запись только проверенных образов ОС для Raspberry Pi Zero W, в том числе предложенных по умолчанию программой-установщиком RPi Imager.

Кнопка "Выбрать запом.устройство" открывает окно c выбором внешнего накопителя (TF-карты памяти), подготавливаемого для записи ОС Raspberry Pi. Вставленная в USB-порт на разных Windows-ПК, флеш-карта может иметь различные имена логического диска (например, имя H:\).

Всё готово к началу записи системной флешки для Raspberry Pi Zero. В последних версиях установщика Raspberry Pi Imager добавлена функция внесения вводных параметров для будущей ОС, указанных на следующем изображении. Пользователь может выполнить настройку ОС с указанием запрашиваемой информации или пропустить этот шаг. Если действие по заполнению параметров будет пропущено, новая ОС попросит ввод данных на этапе инициализации при первом запуске Raspberry Pi.

Ключевые настройки Raspberry Pi OS. Обратите внимание! Поля для ввода чувствительны к регистру символов (заглавные или прописные)

1. Имя хоста или имя компьютера — идентификатор, определяющий название Raspberry Pi для других устройств;
2. Имя пользователя и пароль —  идентификаторы учётной записи Raspberry Pi. По умолчанию на всех устройствах RPi установлены следующие значения: имя - pi, пароль - raspberry;
3. Настроить WiFi — поля с параметрами беспроводной точки доступа WiFi, к которой будет выполняться автоматическое подключение Raspberry Pi;
4. Указать параметры региона — часовой пояс используется при обновлении системного времени Raspberry Pi.  Раскладкой клавиатуры определяется стартовый язык для клавиш клавиатуры;
5. Включить SSH — управление автоматической активацией сетевого протокола удалённого доступа Security Shell (SSH) с выбором типа авторизации по паролю или с использованием открытого ключа.

Все перечисленные параметры операционной системы могут быть повторно изменены пользователем в любое время. Введённая информация автоматически сохраняется и в настройках приложении RPi Imager.

Осторожно! Ранее записанные на флеш-накопитель данные будут безвозвратно удалены!

Успешный перенос данных образа ОС на системную флешку завершается верификацией. Процессы записи или проверки пользователь может отменить в любой момент.

Запись операционной системы Raspberry Pi OS на TF карту памяти окончена.

Файл config.txt конфигурации ОС

Raspberry Pi OS обладает множеством тонких настроек, позволяющих ей успешно адаптироваться под пользовательское оборудование. Настройки храняться в свободно редактируемом файле config.txt, который можно открыть для внесения изменений практически на любом компьютере. Этот файл загружается в Raspberry Pi первее остальных, ещё до инициализации ОС. Более подробно о настройках Raspberry Pi OS можно прочесть на странице официальной документации.

Пример для Raspberry Pi OS Bullseye, подключение HDMI-дисплея с нестандартным разрешением 1280x800 пикселей. Без выполнения предварительной настройки в файле config.txt такой дисплей может не показывать изображение. Вписать в config.txt команды:

[all]

framebuffer_width=1280
framebuffer_height=800

Примечание. В разных версиях ОС Raspberry Pi, некоторые функционально одинаковые настройки могут отличаться друг от друга особенностями написания исполняемой команды.

В Desktop-версии Raspberry Pi Os, настройки HDMI разрешения экрана с выбором частоты обновления в Гц и переключением вертикальной/горизонтальный ориентации окна выполняются через приложение Screen Layout Editor.

Включение Raspberry Pi Zero W и первая загрузка ОС

Первое и все последующие включения Raspberry Pi Zero W начинаются с установки TF-карты памяти с записанной на неё ОС в разъём считывателя TF. Какого-либо механизма фиксации карты microSD в самом считывателе нет. Поэтому флешку необходимо вставлять в разъём TF без усилия и до упора, точно также аккуратно вынимать из разъёма. Старт загрузки ОС в память Raspberry Pi происходит после подачи напряжения питания, процесс загрузки отображается миганием единственного зелёного индикатора на плате. Красный индикатор рабочего состояния, которым обладают старшие модели RPi, на плате Raspberry Pi Zero W отсутствует.

Инициализация новой, чистой операционной системы, созданной из стандартного образа ОС с интегрированной графической оболочкой (версия Desktop) при первом запуске на Raspberry Pi Zero W может занимать время до 5-6 минут. Обычная загрузка системы при каждом следующем запуске длится немногим менее 2 минут. После приветственного окна запустится мастер настроек ОС, если пользовательские данные ранее не вводились через Raspberry Pi Imager. Обязательными для заполнения полями являются: страна, язык, регион для коррекции времени, раскладка клавиатуры, имя пользователя и пароль для создания аккаунта в Raspberry Pi OS, и калибровка краёв экрана.

Пропускаемыми полями значатся: выбор точки доступа WiFi и обновление программного обеспечения ОС (зависит от скорости беспроводного подключения WiFi, может занимать продолжительное время). По окончании ввода Raspberry Pi запросит перезагрузку ОС.

В панеле меню операционной системы Raspberry Pi OS имеются быстрые настройки беспроводных подключений WiFi и Bluetooth. Иконки настроек располагаются у правого края рабочего окна. Настройки беспродной связи в панеле меню позволяют оперативно управлять сетями и оборудованием.

Элементы персонализации операционной системы Raspberry Pi OS

Операционная система Raspberry Pi (версия Desktop) обладает удобным средством настроек  внешнего вида рабочего стола и окон, меню и иконок. Иструмент персонализации системы Appearance Settings находится в группе предпочтений Preferences в главном меню Raspberry Pi OS. С его помощью пользователь может добавлять системные иконки на рабочий стол, изменять фоновое изображение рабочего стола (1, вкладка Desktop) и его размеры, цвета шрифта и фона панели меню, настраивать размер и верхнее/нижнее расположение панели меню (2, вкладка Menu Bar). В том числе имеются настройки используемого шрифта и калибровки размеров экранного указателя мыши (3, вкладка System). Ко всему перечисленному, в окне песонализации есть настройки размера элементов рабочего стола: крупный для большого экрана от 10", средний для экранов 6-8", и мелкий для совсем маленьких дисплеев 3.5-5" (4, вкладка Defaults).

Оффлайн установка даты и времени в системе Raspberry Pi OS

В отличии от настольного ПК или ноутбука, у Raspberry Pi нет встроенных часов реального времени с календарём и будильником (RTC), которые могли бы постоянно хранить дату и время с поправкой на выбранный регион. Именно поэтому, после каждого выключения Raspberry Pi Zero W, все актуальные таймеры операционной системы сбрасываются. Восполнить недостаток можно приобретением модуля RTC DS3231 для Raspberry Pi. Если подключение к точке доступа WiFi настроено пользователем, операционная система  будет автоматически получать обновление даты и времени из облачного Интернет-сервиса. В ином случае, когда подключение к сети WiFi невозможно, обновление хронологического таймера осуществляется командой date в окне терминала.

Программирование даты и времени

pi@raspberrypi:~ $ sudo date -s '2023-11-17 12:57:00'

Правка только календарной даты

pi@raspberrypi:~ $ sudo date -s '2023-11-17'

Корректировка только текущего времени

pi@raspberrypi:~ $ sudo date -s '12:57:00'

Ссылки

1. Оффициальный сайт Raspberry Pi Foundation
2. Визуальное программирование на языке Scratch
3. Язык программирования Python для Raspberry Pi