Настольный ПК на базе Raspberry Pi

Робот-тележка 2.0. Часть 3. Внутри навигационного стека ROS, немного majordomo

Tutorial

Эта часть цикла статей по навигации домашнего автономного робота на базе open-source linorobot будет суховата на картинки, так как будет большей частью посвящена теории. «Теория, мой друг, суха, но зеленеет жизни древо», -как говорил классик. Заглянем под капот linorobot, разберем подробно составляющие его навигационного стека ROS, а также n-е количество параметров, стандартно используемых в ROS.
В конце небольшой бонус — как прикрутить робота к другому проекту — majordomo и приподнять автоматизацию своего жилища на новый уровень.
Предыдущие статьи цикла:Робот-тележка 2.0. Часть 2. Управление в rviz и без. Элементы красоты в rvizРобот-тележка 2.0. Часть 1. Автономная навигация домашнего робота на базе ROS

Сборка корпуса для Raspberry Pi 3

После установки радиаторов остается только установить Raspberry Pi в корпус – и на этом приготовления к запуску можно считать законченными.

Корпус, как и радиаторы, продается отдельно. Конечно, можно обойтись и без него – но будет очень неприятно, если плата микрокомпьютера погибнет преждевременно от разряда статического электричества или будет случайно повреждена каким-то иным образом.

Кроме того, крепление в корпусе придает всей конструкции законченный и эстетичный вид.

Тот корпус, который я купил, сделан из прозрачного акрила (оргстекла) и поставляется в виде набора для самостоятельной сборки.

Состоит он из 6 акриловых пластин: 4 боковушки, днище и подъемная крышка.

Все элементы оклеены с обеих сторон защитной транспортировочной пленкой. Я сначала этого не понял: больно хорошо пленка прилегает к пластинам, нигде нет воздушных пузырей и надрывов. Так что про себя подумал плохо о китайцах, приславших мутный и исцарапанный корпус, и собрал его “как есть” :).

Потом сообразил что к чему, разобрал все обратно на составляющие и снял с них защитную пленку.

Затем снова собрал корпус. Вот такая получилась красота.

Единственный недостаток – такой корпус быстро собирает на себя жирные отпечатки пальцев, что портит вид. Поэтому периодически нужно протирать его салфеткой.

Аркадный контроллер RasPi (Crowdfunding)

Аркадный контроллер RasPi поставляется с аркадным джойстиком и кнопками, он включает в себя плату Raspberry Pi 3 model B+. Его можно использовать как стандартный аркадный контроллер, просто подключив его к компьютеру через USB, также вы сможете не только играть в игры, но и просматривать видео на обычном телевизоре, просто вставив в него микро SD-карту с Retropie, Recalbox, Batocera, Lakka, Kodi, Pi MusicBox и другими прошивками, совместимыми с платами Raspberry Pi. На видео ниже показан режим мультиплатера, в котором подключено одновременно два аркадных контроллера RasPi.

RasPi был запущен на Kickstarter несколько дней назад, но вам стоит обратить внимание, на то что компания предлагает как аркадный контроллер TALENTEC (который предназначен для подключения к другому оборудованию через USB), так и аркадный контроллер RasPi с / без платы Raspberry Pi 3 model B+. Цена на аркадный контроллер TALENTEC начинает от 59 евро, в то время как RasPi стоит от 99 евро без RPi, а за полную систему с Raspberry Pi 3 model B+ придется отдать от 124 евро и выше

Ожидается, что награды будут отправлены в период с июля по сентябрь 2019 года, если все будет идти по плану.

Выражаем свою благодарность источнику из которого взята и переведена статья, сайту cnx-software.com.

Оригинал статьи вы можете прочитать здесь.

Raspbian Desktop: Interfaceif(typeof ez_ad_units!=’undefined’){ez_ad_units.push([[300,250],’raspberrytips_com-leader-2′,’ezslot_11′,168,’0′,’0′])};if(typeof __ez_fad_position!=’undefined’){__ez_fad_position(‘div-gpt-ad-raspberrytips_com-leader-2-0’)};

What’s new about the interface?

Raspberry Pi OS has been updated from Stretch (Debian 9) to Buster (Debian 10) in 2019.You need Raspbian Buster (or more) to use the Raspberry Pi 4So if your goal is to use your SD card from another model, you need to update your system before booting on Raspberry Pi 4

These changes bring many new features and optimizations, but for the end user, it doesn’t change muchThey redesigned the overall look, but the interface is almost the same, no major changesIf you need more information about the Raspbian installation and configuration, click on the link to see my post on the subject

To go back to the topic of this post: is the Raspbian interface ready to be used for a desktop?I think so, it’s similar of what you can get on Debian or Ubuntu for example, which target desktop users

My interface choice

Even after this redesign, I don’t really like the default interfaceSo same thing as on Raspberry Pi 3, I installed XFCE to get a beautiful interface, more tools and all of this in a lightweight environmentIt’s a personal choice, you can choose the environment you prefer

Here is what it looks like if you want to test it (Adwaita-dark theme):

Want to try? Read my step-by-step tutorial on how to custom the Raspberry Pi OS style here.

Support me: Join the community on Patreon to show your support, get behind-the-scenes content and other awesome perks!

You may also like:

• 25 awesome Raspberry Pi project ideas at home
• 15 best operating systems for Raspberry Pi (with pictures)
• My book: Master your Raspberry Pi in 30 days

Особенности и характеристики Raspberry Pi 3 Model B

Устройство представляет собой компактный компьютер, имеющий размеры пластиковой карты банка. На чипе установлено необходимое оборудование для работы — CPU, «оперативка», HDMI-разъем, USB и композитный выход. Также имеется Ethernet-разъем, беспроводная связь и блютуз.

В блоке Raspberry Pi 3 Model B предусмотрено четыре десятка вводных и выводных контактов базового назначения. Они предназначены для подключения периферийных устройств, нуждающихся во взаимодействии с остальными элементами внешнего мира. Речь идет о коммутации с сенсорами и исполнительными изделиями, работающими от сети.

Базовая ОС для умного дома на Raspberry Pi 3 — Linux. Операционная система инсталлируется на карту памяти типа microSD, которая устанавливаемся в специальном разъеме платы.

Многие ранее работали только с Windows и бояться Linux. В этой ОС нет ничего необычного. Она проста в пользовании и отличается высоким уровнем безопасности. Если при установке допущены ошибки в настройке, их легко исправить путем восстановления образа.

Версия Raspberry Pi 3 Model — более продвинутый вариант второй модели. Новая плата отличается полной совместимостью с прошлой версией, но отличается большей производительностью и дополнительными средствами для подключения:

1. Появилась беспроводная связь Wi-Fi серии 802.11n и блютуз 4.1.
2. Предусмотрен процессор с четырьмя ядрами (тип — ARM Cortex-A53). Частота работы составляет 1,2 гигагерца. В основе лежит однокристальный чип типа Broadcom BCM

В CPU предусмотрена архитектура ARM v53. Это позволяет использовать любую операционную систему, к примеру, Ubuntu или Windows 10.

Применение 4-ядерного чипа гарантирует рост мощности изделия на 50-60 процентов (если сравнивать со второй модель) и на 1000 процентов в сравнении с первым Raspberry Pi.

Благодаря этой особенности, мини ПК открывает еще больше возможностей по созданию сложных проектов умного дома, что на фоне доступа к Сети открывает почти безграничные перспективы.

Новая модель Raspberry Pi 3 наделена «оперативкой» на 1 ГБ. Часть этой памяти применяется графической подсистемой. Что касается графической части, здесь установлен 2-ядерный CPU VideoCore IV.

Система поддерживает разные стандарты типа OpenGL ES 2.0, VC-1, OpenVG, MPEG-2. Дополнительные возможности — способность кодировать, раскодировать и выводить полноэкранное видео формата HD на экран. Параметры видео — 1080p, 60 FPS, H.264.

Производительность и надёжность

Хорошая новость о производительности и надёжности Pi 400 заключается в том, что устройство, похоже, не испытывает склонностей Pi 4 к перегреву. Несмотря на отсутствие активного охлаждения, при тестировании мой Pi 400 никогда не достигал критической температуры – даже при 10-минутном стресс-тесте процессора.

Во время тестирования температура в помещении была 26 °C, а мини-компьютер Raspberry Pi 400 работал при температуре около 32 °C и достигал максимума всего 52 °C. При том что железо здесь рассчитано на работу без дросселирования при температуре до 85 °C.

Я очень хотел разобраться в том, что происходит, когда Pi 400 вяло открывает приложения и не плавно воспроизводит видео. Многие были в восторге от новой прошивки Ubuntu, которая позволяет загрузку с USB, потенциально преодолевая ограничения ввода-вывода SD-карты. Поэтому я решил посмотреть на скачки CPU (время, которое процессор тратит на ожидание возврата данных из хранилища).

Хотя иногда и наблюдались всплески (пурпурные области на графике), они были редкими. По большей части – это нехватка мощности центрального процессора для выполнения временных задач с высокими требованиями так быстро, как привыкли пользователи системы x86.

Мы также можем видеть отсутствие мощности графического процессора при переключении видео с 480 p/30 fps на 720 p/60 fps. При 480 p/30 fps ЦП большую часть времени был загружен менее 50% с частыми, но небольшими скачками до 80%. Если же мы пытаемся рендерить видео со скоростью 60 fps, ЦП тратит почти всё время и мощность 80% всех четырёх ядер, что его очень замедляет. В результате рендеринг видео происходит со скоростью один кадр в секунду.

Конечно, можно заменить комплектную SD-карту высокопроизводительным твердотельным накопителем USB 3.0. Однако, я не уверен, что это решит проблему, заключающуюся в том, что Pi 400 по-прежнему является одноплатным компьютером с пассивно охлаждаемым. Он неспособен на равных соперничать с активно охлаждаемыми процессорами x86 в стандартных настольных ПК и ноутбуках.

Внешний вид

Микрокомпьютер классически поставляется в миниатюрной коробке из картона, выполненной в бело-красных тонах, где на лицевой стороне, помимо названия девайса, красуется лесная сладость, в честь которой он получил название.

Всё это завёрнуто в пупырчатый антистатический пакет. Внутри коробки дополнительно находится краткая справка о технике безопасности и бумажка с сертификацией.

Выпускаются «малинки» британской компанией RS Components с партнёрами и китайской Element14. В зависимости от производителя на упаковку наносится соответствующий логотип, а на плату – «Made in UK» или «Made in PRC».

Тестирование Raspberry Pi 4

Стресс-тест

Прежде чем приступать к тестированию я оценил эффективность использующегося охлаждения, установив утилиту stress:

sudo apt-get install stress

И выполнив следующую команду:

while true; do vcgencmd measure_clock arm; vcgencmd measure_temp; sleep 10; done& stress -c 4 -t 2100

Эта команда запускает выполнение утилиты stress, обеспечивающей 100% нагрузку на все 4 ядра в течение 35 минут. Параллельно выводятся текущие значения температуры и частоты процессора.

Начальная температура процессора составляла 45°C. При повышении нагрузки она быстро повысилась до 54°C, затем вышла на плато с колебаниями в пределах 56°C — 59°C. За первые 15 минут температура доросла до 61°C. К моменту окончания тестирования максимальное значение температуры составило 64°C.

Напомню, что предельная рабочая температура процессора Raspberry Pi составляет 85°C, а троттлинг начинается на 82°C.

Таким образом, использующийся в обзоре корпус подтвердил свою эффективность при использовании в качестве пассивного охлаждения и я могу рекомендовать его к покупке.

Использование в качестве десктопа: субъективные впечатления

Когда я тестировал Khadas Edge, то отметил, что при наличии 4 Гб оперативной памяти и более-менее производительного процессора использовать ARM-микрокомпьютер в качестве десктопа становится комфортно.

Нет, система не летает как на современных компьютерах с традиционной x86 архитектурой. Но уже и не выводит из себя постоянными микроподтормаживаниями после каждого действия.

С Raspberry Pi ситуация аналогичная: система не летает, но работает достаточно сносно для того, чтобы не вызывать дискомфорта. Ей вполне можно пользоваться в качестве десктопа. Особенно если речь идет о гараже, даче, мастерской — тех местах, где наличие компьютера не требуется на повседневной основе, но все же не помешало бы.

Веб-серфинг и YouTube

«Тяжелые» сайты на Raspberry Pi 4 грузятся медленнее, чем на ПК. Там, где на хорошем ПК загрузка страницы займет пару секунд, на малине придется подождать секунд 5-6. Но уже прогруженной страницей можно нормально пользоваться, ничего не дергается и не подвисает при скролле.

Видео в 1080p на YouTube идет с едва заметными подергиваниями. Зато в 720p все идеально.

Проблемы с Wi-Fi

Так и не смог оценить качество беспроводного соединения при подключении к беспроводной сети в 5 Ггц диапазоне.

Во-первых, Wi-Fi-адаптер «малинки» обладает очень низкой чувствительностью и даже будучи вытащенным из металлического корпуса и расположенным в метре от роутера умудряется иногда отображать низкий уровень сигнала.

Во-вторых, соединение с 5 Ггц беспроводной сетью постоянно рвется по непонятным для меня причинам. Попытки переключения каналов ситуацию не улучшили. Возможно предназначенный для китайского рынка Xiaomi Mi Router 4 имеет какие-то особенности, несовместимые с микрокомпьютером, создававшимся в первую очередь для рынка британского, но подобных проблем с другими устройствами у меня никогда не возникало.

Впрочем, проблемы с работой Wi-Fi я не считаю серьезными, поскольку убежден что при наличии у устройства Ethernet-адаптера нужно пользоваться именно проводным подключением к сети. А тут у Raspberry Pi 4 все обстоит хорошо.

Тестирование производительности

Для тестирования производительности использовался пакет Phoronix Test Suite и браузерный бенчмарк Octane 2.0.

	Khadas Edge	Raspberry Pi 3	Raspberry Pi 4
PostMark (Disk perfomance) больше — лучше	1282	88	94
RAMSpeed SMP (Integer) больше — лучше	4713.37	1692.45	3941.44
RAMSpeed SMP (Floating point) больше — лучше	4691.84	1580.41	3814.39
C-Ray (CPU perfomance) меньше — лучше	632.93	2831.820*	648.866
Octane 2.0	7024	2685	8382

* во время проведения теста начался троттлинг

Непонятными для меня остаются результаты теста C-Ray: и в случае с Khadas Edge и в случае с Raspberry Pi 4 я ожидал значительно лучших результатов. И если в случае с Edge имеющийся результат можно было оправдать перегревом, то в случае с Raspberry Pi 4 троттлинга в процессе проведения этого теста не было.

Операционные системы Retro Gaming для Raspberry Pi

На Raspberry Pi можно установить несколько операционных систем в стиле ретро. Эти инструменты, работающие на Raspbian / Debian, позволяют запускать игровые ПЗУ и эмуляторы.

Помните: при использовании эмулятора вам обычно требуются загрузочные и игровые ПЗУ. Чтобы использовать их на законных основаниях, вы должны были предварительно приобрести оригинальные системы и игры.

Для получения более подробной информации, ознакомьтесь с нашим руководством, чтобы узнать все, что нужно знать о ретро-играх на Raspberry Pi.

, Следующие ретро-игровые системы работают на всех моделях Raspberry Pi.

12. RetroPie

RetroPie, оригинальное решение для ретро-игр Raspberry Pi, предлагает эмуляцию широкой коллекции ретро-платформ 80-х, 90-х и начала 2000-х годов.

С RetroPie вы можете играть практически в любые классические игры, даже с аркадных автоматов. Все это украшено пользовательским интерфейсом EmulationStation.

13. RecalBox

Основным конкурентом RetroPie является RecalBox. Эта система имеет тенденцию выпускать эмуляторы для некоторых более поздних систем, чем раньше, чем RetroPie. Например, эмулятор Dreamcast для Raspberry Pi

был выпущен для Recalbox до RetroPie.

14. Lakka

Считающийся «легким дистрибутивом Linux, превращающим маленький компьютер в полноценную консоль эмуляции», Lakka — это интеллектуальная ретро-игровая платформа.

Официальный Linux дистрибутив RetroArch и libretro, Lakka доступен для множества печатных плат, а также для Windows и macOS.

15. Система развлечений Pi (PES)

PES — это коллекция эмуляторов на основе Arch Linux. Он обрабатывает эмуляцию для 22 платформ, отслеживает достижения с помощью RetroAchievements.orgи включает в себя Kodi.

Написанный на Python, PES — более увлеченный подход к ретро-играм.

How Does Raspberry Pi 4 Improve on Other Models?

The most important new features are the faster processor, a 1.5-GHz Broadcom CPU  and GPU, more and faster RAM, the addition of USB 3 ports, dual micro HDMI ports (instead of a single HDMI connection) and support for 4K output. The higher bus speed that enables USB 3 support also allows the on-board Ethernet port to support true Gigabit connections (125 MBps) where the last-gen models had a theoretical maximum of just 41 MBps. The microSD card slot is also twice as fast, offering a theoretical maximum of 50 MBps versus 25 MBps on the 3B+.

Because the new SoC needs more power, the Raspberry Pi 4 B charges over USB Type-C instead of micro USB. It also requires a power adapter that can deliver at least 3 amps of power and 5 volts, though you may be able to get away with 2.5 amps if you don’t attach many peripherals to the USB ports. Putting aside the power needs, USB Type-C connectors are reversible, which makes them much easier for kids (and adults) to plug in.

The Raspberry Pi 4 has similar design and dimensions to its predecessors, but it’s an all-new platform, powered by a new processor, the Broadcom BCM2711B0. Since the first Pi in 2012, all  Pis have used 40nm SoCs, but this new chip is based on a 28nm process and, instead of the older Cortex-A53 microarchitecture, it uses Cortex-A72. The BCM2711B0 in the Raspberry Pi 4 has four CPU cores and has a clock speed of 1.5 GHz, which at first blush doesn’t seem much quicker than the quad-core, 1.4-GHz BCM2837B0 in the Raspberry Pi 3B+.

However, Cortex A72 has 15-instruction pipeline depth, compared to just 8 on the older model, and it also provides out-of-order execution so it’s not waiting for the output of one process to start on another. So, even at the same clock speed (and the BCM2711B0 is based on a smaller process node), Cortex-A72 processors will be significantly faster and use more power than their A53-powered ancestors.

For example, on the Linpack benchmark, which measures overall compute power, the Pi 4 absolutely whooped the Pi 3 B+ in all three tests. On the all-important single precision (SP) test, the Pi 4 scored 925 compared to the Pi 3 B+’s 224, a 413% boost. 

The RAM is also quite a bit quicker, going from 1GB of DDR2 RAM operating on the Pi 3B+ to up to 8GB of DDR4 RAM on the Pi 4. In addition to the increased bandwidth, having more memory is a huge deal, particularly for web surfing.

The GPU got a nice boost too, moving from a Broadcom VideoCore IV that operated at a core clock speed of 400 MHz on the Pi 3 B to a VideoCore VI that’s set at 500 MHz. The new architecture allows it to output to a display at up to 4K resolution with a rate of 60 frames per second or to support dual at up to 4K 30 Hz. 

Третье поколение Raspberry Pi 3. Самая массовая “малинка”

Пик популярности Raspberry пришелся на 2016-2018 годы. В этот период количество проданных одноплатников стремительно росло. Гаджет стал широко известен за пределами узкой гиковской ниши, множество проектов строились на базе “малинки”.

Выпускать такие платы начали далеко за пределами лицензированных заводов. Появилось множество аналогичных проектов, вдохновленных примеров Raspberry. Так в магазинах электроники и на онлайн-прилавках стало возможно найти аналоги вроде Banana Pi или Orange Pi.

Официальная “малина” порадовала поклонников выходом сразу четыре новых модификаций.

Raspberry Pi 3B

◉ В феврале 2016 публике была представлена Raspberry Pi 3B. За основу взята популярная модель-предшественник.

На плату устанавливается более мощный и энергоэффективный 4-ядерный чип Cortex-A53 (ARM v8), работающий на частоте 1.2 ГГц. Модель комплектуется 1 ГБ ОЗУ, четырьмя USB-разъемами и сетевым портом.

Впервые в модельном ряду Raspberry появляется беспроводной модуль связи, который поддерживает работу Wi-Fi 802.11n и Bluetooth 4.1.

Цена на модель не меняется и составляет $35.

◉ Через год аналогичный апдейт получает и компактный “зеро”. Raspberry Pi Zero W при схожих с предшественником габаритах дооснастили модулем беспроводной связи Wi-Fi 802.11n и Bluetooth 4.0.

Остальные параметры остались неизменными: процессор ARM11 1 ГГц, 512 МБ оперативной памяти и 40-контактный разъем расширения.

Цена компактного одноплатника составляла $10.

Raspberry Pi 3B+

◉ Весной 2018 года разработчики выпускают модель Raspberry Pi 3B+, которая до сих пор считается самой продаваемой в линейке. Устройство получило идеальное сочетание мощности, возможностей расширения и приятной цены.

Достаточно производительный 4-ядерный процессор Cortex-A53 (ARM v8) с частотой 1,4 ГГц отлично справляется с запуском полноценных операционных систем. Графический интерфейс и даже несложные игры не являются для него большой проблемой.

На борту 1 ГБ оперативной памяти и 4 USB-порта, пара из которых имеет поддержку стандарта USB 3.0. Беспроводные интерфейсы тоже стали лучше. Появился двухдиапазонный Wi-Fi 802.11ac и Bluetooth 4.2. При проводном подключении сети поддерживается гигабитная скорость передачи данных.

При этом цена остается на привычной для топовой модели планке $35.

Raspberry Pi 3A+

◉ Осенью того же года появляется еще одна популярная модель Raspberry Pi 3А+. Разработчики вспомнили про доступную линейку “малинок” и выкатили актуальный апдейт.

За основу была взята платформа от Raspberry Pi 3B+ с достаточно производительным процессором. Устройство “облегчили”, уменьшив объем ОЗУ до 512 МБ и сократив количество USB-портов до одного.

Осталась и привычная для А-линейки фишка – отсутствие проводного сетевого интерфейса. При этом появился Wi-Fi 802.11ac и Bluetooth 4.2.

Цена более доступного одноплатника составляла $25.

Достоинства и недостатки

Достоинства:

• Хорошие технические характеристики. В отличие от сомнительно выглядящей Raspberry Pi 3B+, новое поколение «малинки» обладает действительно хорошими техническими характеристиками и достойно выглядит в сравнении с другими актуальными моделями одноплатных микрокомпьютеров 2020 года.
• Большое пользовательское сообщество. Я неоднократно писал на страницах этого сайта о главном достоинстве всех устройств линейки Raspberry Pi — огромном сообществе пользователей. Чем больше коммьюнити — тем ниже порог входа и шире коллективная база знаний. Вероятность того, что при использовании Raspberry Pi начинающий пользователь столкнется с проблемами, которые еще не были решены и описаны на Stack Overflow или страницах официального форума, стремится к нулю. А с учетом технических характеристик Raspberry Pi 4 больше не нужно идти на компромисс между хорошей производительностью и хорошей поддержкой.
• Умеренный нагрев. Да, новое поколение «малины» греется сильнее предшественников — но личный опыт показывает, что пассивного охлаждения все еще хватает даже для работы при высоких нагрузках. А схожие по производительности модели на базе чипа RK3399 греются сильнее и нуждаются в более серьезном охлаждении.

Недостатки:

• Низкая чувствительность Wi-Fi адаптера. Об этом я подробно писал выше в разделе про использование «малинки» в качестве десктопа. Встроенный Wi-Fi адаптер видит мало беспроводных сетей, а добиться нормальной работы с сетью 5 Ггц диапазона мне так и не удалось.
• Сомнительное решение с micro HDMI портами. Возможность подключения сразу двух мониторов — это круто и технологично, но одноплатный микрокомпьютер — это не рабочая станция для дизайнера или программиста. Реальных практических задач, требующих вывода изображения сразу на два экрана, можно придумать не так уж и много. Подобные задачи не являются типовыми для среднестатистического пользователя микрокомпьютеров. Поэтому удобство для небольшой категории людей оборачивается неудобствами из-за необходимости иметь малораспространенные HDMI — micro HDMI кабели для всех остальных.
• Отсутствие eMMC. Пора отказываться от использования медленных и обладающих ограниченным ресурсом microSD-карточек в пользу быстрой и более надежной eMMC-памяти. К сожалению, в Raspberry Pi 4 такое можно реализовать только с использованием «костыля» в виде адаптера для использования eMMC-модулей с кардридером.