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Présentation du Raspberry Pi

Le Raspberry Pi est un petit ordinateur, de la taille d'une carte bancaire, qui a été conçu pour donner aux programmeurs débutants, et ceux ayant des compétences plus avancées, la possibilité de développer des projets à partir de zéro. Bien qu'il ne soit pas fourni avec des périphériques ou un stockage interne, les petites dimensions du Pi et ses puissantes fonctions en font un excellent point de départ pour toute personne souhaitant apprendre à programmer.

 

Histoire du Raspberry Pi

L'histoire du Raspberry Pi se confond avec celle de la programmation dans les années 1980. L'arrivée du ZX Spectrum et du BBC Micro B a soulevé une vague d'intérêt pour la programmation. En outre, de nouveaux langages de programmation plus accessibles, comme le BBC Basic et le Spectrum Basic, ont ouvert la voie à une génération de programmeurs autodidactes. En effet, permettant à des programmeurs débutants de comprendre et d'utiliser des commandes traduites en code machine, ou des commandes de puce, BASIC s'est révélé être une excellente base de formation pour de futurs professionnels de l'informatique.

Une évolution similaire était en cours en Amérique, supportée par le C64 de Commodore, qui a offert aux enfants américains des possibilités d'apprentissage similaires dans la programmation informatique. Alors que la programmation changeait d'environnement, passant des laboratoires à la sphère privée, elle a bénéficié d'efforts accrus, d'une propagation des connaissances sur les processus « back end » indispensables au développement, à la compilation et à l'exécution de nouveaux programmes. À une époque où le Commodore 64 (puis le Spectrum +2) était le seul à avoir une interface graphique rudimentaire, les utilisateurs étaient obligés de développer une maîtrise minimale des instructions en ligne de commande pour faire autre chose que simplement charger un jeu.

Au cours de la décennie suivante, la révolution des PC allait bouleverser la situation, puisqu'il n'était plus nécessaire de savoir piloter une puce pour exécuter certaines fonctions et obtenir des résultats spécifiques. Avec l'utilisation généralisée des systèmes d'exploitation (et leur interface utilisateur graphique), il n'était plus aussi important de maîtriser autre chose que les principes de navigation propres à chaque représentation graphique de la structure des fichiers.

À la fin des années 1990, l'industrie informatique commença à exprimer une certaine inquiétude concernant la qualité des candidats dans le secteur du développement logiciel. Le monde universitaire se trouva confronté au même problème. Au milieu des années 2000, les membres du Computer Laboratory de l'université de Cambridge ont ouvertement remis en cause la qualité des étudiants souhaitant s'inscrire aux programmes d'enseignement informatique. Après certaines enquêtes, l'université de Cambridge a conclu que le manque d'accès à des ordinateurs dans les foyers, offrant de véritables possibilités d'acquérir des techniques de programmation, entravait la naissance d'une nouvelle génération de professionnels expérimentés en informatique, capables de relever les prochains défis de l'ère informatique au niveau national.

En 2006, poursuivant son engagement à inverser cette tendance, les membres du Cambridge Computer Science Department – Eben Upton, Jack Lang, Alan Mycroft et Rob Mullins en particulier – ont formé une équipe avec David Braben (co-auteur du jeu Elite sur BBC Micro, dont la conversion sur Spectrum a eu un remarquable succès) et Pete Lomas (Norcott Technologies) pour créer le Raspberry Pi. Leur objectif était de mettre sur le marché de l'informatique domestique une solution alternative aux systèmes PC et Mac afin d'encourager le développement des programmeurs de demain.

 

Raspberry Pi Modèle B

Le Raspberry Pi Modèle B est un ordinateur intégré sur un seul circuit imprimé. Il se compose d'un processeur ARM 1176JZF-S 700 Mhz (une fréquence similaire à celles de certains téléphones portables), une unité graphique Videocore IV et une mémoire vive de 512 Mo. Contrairement aux ordinateurs de bureau ou portables, son démarrage ne nécessite pas un disque dur ou un support optique. Le Modèle B utilise des cartes SD pour démarrer et stocker des données exploitables. Un peu plus cher que le Modèle A, il offre des caractéristiques supplémentaires, telles qu'un port Ethernet pour assurer la connectivité au réseau et un deuxième port USB.

 

Le Raspberry Modèle A

Le Raspberry Modèle A a toutes les caractéristiques du Modèle B, mais n'offre pas la connectivité Ethernet et n'a qu'un seul port USB. En outre, la mémoire vive de ce modèle ne compte que 256 méga-octets disponibles pour les utilisateurs. Le modèle A peut être connecté à un réseau en branchant une antenne WiFi sur un port USB.

 

Boîtiers du Raspberry Pi

Les boîtiers du Raspberry Pi sont conçus pour protéger un seul circuit Pi. Ces boîtiers sont prédécoupés pour recevoir les emplacements des ports USB et/ou Ethernet, et incluent des connecteurs d'alimentation, de sortie TV sur jack RCA. Des boîtiers sont disponibles pour les Modèles A et B. Les fabricants prévoient aussi des emplacements pour le nouvel appareil photo Pi.

 

Module Appareil photo Raspberry Pi

Conçu comme un accessoire pour le Raspberry Pi, ce module contient un appareil photo qui permet de développer des applications photographiques. Il se connecte sur l'interface CSI dédiée conçue pour les transferts de données nécessaires aux prises de vue. Le module est relié directement au circuit Pi avec un câble ruban, qui assure l'accès au bus de données CSI. Cette connexion supporte les transferts à haut débit requis par l'appareil photo et le processeur BCM2835 pour transférer les informations des pixels.

Ce module très compact mesure 25 x 20 x 9 mm et certains boîtiers Pi offrent des emplacements préperforés. Cet appareil photo a une résolution respectable de 5 millions de mégapixels. Il est conçu pour produire des images de 2592 x 1994 pixels, des vidéos 1080 Full HD, 720 et 640 x 480p 60/90. Le circuit Pi supporte le système d'exploitation Raspbian, choisi par le fabricant.

 

Carte SD

Le circuit Raspberry Pi n'est pas fourni avec un disque dur externe. Pour le stockage, il utilise des cartes mémoire à semi-conducteurs SD (secure digital). Une carte SD est indispensable pour installer un système d'exploitation sur le Pi. Ces cartes mémoire servent aussi de stockage portable et sont disponibles dans différentes tailles et vitesses. Cependant, l'installation d'un système d'exploitation nécessite au minimum 2 Go. Des tailles de cartes mémoire plus importantes offrent un plus grand choix d'options d'installation et assez d'espace libre pour des solutions logicielles. La plus haute capacité disponible sur une carte SD compatible avec le Pi est de 32 Go.

Les utilisateurs débutants doivent avoir un autre ordinateur disponible et une carte SD qui pourra être formatée. Elle servira à transférer le système d'exploitation depuis l'ordinateur hôte et le Raspberry Pi.

 

Éléments techniques importants

L'architecture du Raspberry Pi réunit des composants simples sur une seule carte principale. La carte est fournie sans les périphériques traditionnellement associés aux ordinateurs (tels que des dispositifs d'entrée). Il est livré sans boîtier, qui doit être acheté comme accessoire supplémentaire.

Au cœur de la carte réside une unité centrale ARM Broadcom cadencée à 700 Mhz avec une unité graphique. Cette combinaison de l'unité centrale et de l'unité graphique gère toutes les fonctions essentielles de calcul et d'affichage de l'ordinateur sur un seul circuit. La version la plus récente du firmware autorise un surcadençage dynamique. Elle permet aux utilisateurs de choisir cinq options de surcadençage, pour augmenter la vitesse d'horloge de l'unité centrale jusqu'à 1 Ghz (en mode turbo) selon la charge et la température. Par exemple, si le Pi exécute des tâches à faible charge, la vitesse et la tension de l'unité centrale sont réduites. Lorsque la charge est élevée, ou en cas de demande intensive, la vitesse et la tension peuvent être augmentées.

L'unité centrale est un processeur Broadcom Videcore IV, qui supporte la norme graphique OpenGL ES 2.0. L'unité centrale est capable d'exécuter 24 GFlops (une mesure du nombre d'opérations graphiques à virgule flottante exécutables par seconde), de décoder et d'afficher une vidéo H.264 avec une résolution de 1080p.

 

Connectivité

Le Pi est fourni avec des connexions d'entrée/ sortie à usage général, qui permettent de brancher des dispositifs externes. Un jack RCA permet de connecter un téléviseur analogique standard. Pour des connexions de plus haute qualité, un emplacement HDMI accepte d'autres dispositifs, tel qu'un téléviseur à haute définition.

 

USB

La plupart des dispositifs actuels se connectent à un ordinateur par un port USB, dont les hauts débits de transfert et l'intégrité autorisent une utilisation efficace du temps et des ressources. Le Raspberry Pi Modèle A est fourni avec un port USB (la connexion de ce port à un concentrateur USB augmente les options de périphériques disponibles). Le Modèle B a deux ports USB.

 

Alimentation

L'alimentation est assurée par un connecteur Micro USB 5 V. Aucune unité d'alimentation n'est fournie avec le Raspberry Pi. Les utilisateurs doivent donc avoir une unité d'alimentation compatible avec le circuit Pi.

 

Ethernet

La connexion Ethernet supporte l'accès filaire au réseau. Elle est aussi utilisée lorsque l'ordinateur est directement connecté à un concentrateur réseau. Elle offre une alternative très utilisée pour les connexions sans fil. Actuellement, le Raspberry Pi Modèle B est le seul circuit Pi fourni avec des fonctionnalités Ethernet, qui peuvent être utilisées lorsque d'autres formes de connectivité réseau ne sont pas disponibles.

 

Système d'exploitation

Le Raspberry Pi est conçu pour utiliser des distributions du système d'exploitation Linux. Initialement développé par Linus Torvalds, alors étudiant en sciences informatiques, Linux est une alternative de plus en plus demandée, au lieu des systèmes Windows. Des différences fondamentales séparent les produits Linux et Microsoft (ou MacOS). L'une d'elles est que le code source est librement disponible pour tous ses utilisateurs, qui peuvent le modifier, l'améliorer, créer différentes distributions, ou « distros ». Le concept « open-source » signifie que la copie et la modification de Linux est la norme, au lieu d'être l'exception illégale.

Linux est un système d'exploitation fréquemment utilisé sur divers dispositifs qui ont des spécifications matérielles faibles et sont dépourvus de stockage matériel. Grâce à ses besoins relativement faibles en mémoire, Linux fonctionne sur des dispositifs simples, tels que le Raspberry Pi comme un système d'exploitation complet et indépendant.

Bien que le Pi puisse exécuter différents systèmes d'exploitation, la distribution Raspbian reste le SE recommandé par le fabricant. Basé sur la distribution Debian, elle est fournie avec plus de 35 000 packages (l'équivalent Linux des installateurs .exe sous Windows) précompilés et prêts à installer.

Raspbian a aussi l'avantage clé d'exécuter LXDE, une version allégée de l'environnement de bureau Linux KDE. Elle est intégralement optimisée pour un système ayant des ressources limitées. Elle autorise l'utilisation d'Openbox (un gestionnaire de fenêtres rationalisé), démontrant que la solution est configurée pour offrir une grande facilité d'utilisation.

Les programmeurs expérimentés peuvent installer d'autres distributions de Linux – telles qu'Arch – et des versions développées de l'environnement desktop à partir de l'interface de ligne de commande. Contrairement à un SE comme Raspbian, Arch a été conçu sans un installateur qui guide l'utilisateur dès les premières étapes jusqu'à l'interface utilisateur graphique complète. Il démarrera sur la commande shell et attendra des instructions spécifiques.

 

Programmation

Même si le Pi exécute une distribution de Linux, il n'est pas limité dans ses choix de langages de développement. Deux en particulier sont souvent mentionnés comme les choix parfaits pour les programmeurs débutants. Python et Scratch se distinguent par des approches différentes, mais permettent de comprendre les principes fondamentaux de la programmation, et ouvrent une porte vers d'autres explorations.

Scratch utilise une interface visuelle et intègre derrière l'approche graphique certains concepts de programmation associés aux langages traditionnels. De ce fait, il élimine la nécessité d'apprendre un langage symbolique et des éditeurs appropriés, mais permet néanmoins de développer des programmes sophistiqués.

Python est un langage bénéficiant d'un support étendu, avec des centaines de modules spécialisés, conçus pour donner au programmeur la puissance et la souplesse requises pour développer des applications. Contrairement à certains langages, sa syntaxe (ou ses fonctions structurelles) permet d'exécuter des commandes et de voir les résultats avec des quantités de code relativement faibles. Très utile pour créer des jeux 2D, Python offre aussi la possibilité de développer des applis et des applications à fenêtres.

Ces deux langages sont fournis avec la dernière version de Raspbian, mais les Raspberry Pi sous un autre SE peuvent les acquérir à partir des sites web dédiés.

 

Fabrication

Après une fabrication initiale en Chine, la production des Raspberry Pi a été implantée en Extrême-Orient, puis transférée au Pays de Galles, dans une usine Sony, le géant de l'électronique japonais. En octobre 2013, la Raspberry Pi Foundation – organisme caritatif qui conçoit et supporte le Pi – a annoncé que 1,75 millions d'unités avaient été produites.