Raspberry Pi Zero W - мини-пути-штуси компьютер. Теперь с WiFi и Bluetooth.

(цена очень меняется от продавца к продавцу)
Что это?
Пожалуй, многие знают про серию мини-компьютеров Raspberry Pi.
На всякий случай напомню, что это одноплатные компьютеры на базе ARM архитектуры, которые работают под управлением достаточно большого выбора ОС (самый популярный выбор — это разные Linux дистрибутивы).
Из особенного надо только добавить Micro SD карту с ОС.
Предлагаю небольшой обзор одной из моделей в этой серии.
Интересно? Продолжаем разговор.

Зачем это?

Raspberry Pi отличаются низкой ценой, компактными размерами и достаточно скромным энергопотреблением.
Изначально эти мини-компьютеры был нацелены на обучение в школах, но так же получили очень большую популярность среди DIY любителей.
Размеры позволяют встраивать их практически куда попало.

Какие бывают?

В далёком 2012 году изначально были анонсированы две модели Raspberry Pi на базе ARM архитектуры с процессором 700MHz и 256/512MB памяти.
Для начала было очень неплохо особенно если учесть цену порядка $25-$35.

После этого было несколько реинкарнаций и сейчас серия Raspberry Pi выпускается в виде следующих вариантов:

• Raspberry Pi 3 и 3+:
  полноценная плата с несколькими USB портами, «взрослым» HDMI и проводным сетевым портом
• Raspberry Pi Zero W:
  Отличается меньшим размером из-за отсутствия сетевого порта, уменьшения HDMI выхода и т.п.
• Compute Module и ещё несколько менее популярных вариантов

Как раз о втором варианте Raspberry Pi Zero W я попробую тут поведать.

Raspberry Pi Zero W

Эта модель очень хорошо подходит для встраивания в какие-то свои поделки, где нужен полноценный Linux, а возможностей платформ на базе того же OpenWRT не всегда хватает.
Буква «W» означает, что добавлены беспроводные интерфейсы к предыдущей модели Zero — WiFi 802.11n и Bluetooth.

Вообще, серия Raspberry Pi Zero состоит из трёх моделей (не всё выпускается):

• Raspberry Pi Zero v1.2
• Raspberry Pi Zero v1.3 (добавили разъём для камеры)
• Raspberry Pi Zero W v1.1 (добавили WiFi/Bluetooth)

У меня как раз есть все три варианта. Для сравнения сфотографировал их вместе.
Сверху вниз: Pi Zero 1.2, Pi Zero 1.3, Pi Zero W:

Без «W» цена анонсирована $5, а для «W» уже $10.
Конечно, цена в $10 для «W» была анонсирована классная, но не у всех есть возможность купить по этой цене, к сожалению.
Есть офлайновые магазины, где можно купить за $10, но мало у кого есть это под боком.
Я даю ссылку на продавца, у которого на eBay сейчас самая низкая цена. Но есть смысл поискать если кто-то предлагает более интересные варианты особенно если учесть что адрес доставки может быть где угодно.

Внешний вид

Вид сверху рядом с Micro SD картой для сравнения:

Тут хорошо видно чип памяти Elpida B4432BBPA-10-F (это и есть 512MB памяти). Под ним бутербродом находится процессор.
Видно место под 40-контактный разъём для подключения периферии.
Справа от памяти-процессора виден небольшой прямоугольный чип — это и есть наш WiFi/Bluetooth. Рядом с ним есть место для установки разъёма для внешней антенны. Внутренняя антенна разведена на плате и видна рядом.

Вид сзади не особо радует обилием компонентов:

Тут видно несколько контрольных точек, к которым может подключатся дополнительная периферия.

Так выглядит сторона с портами:

Слева направо: Mini HDMI выход, Micro USB порт для периферии, Micro USB порт для питания.
На заднем плане слева виднеется Micro SD слот для флеш-карты. Справа тщетно от нас скрывается разъём CSI для камеры.

Технические подробности

• Raspberry Pi Zero W
• Начальная дата выпуска: февраль 2017
• Broadcom BCM2835 32bit CPU, 1GHz, 1 ядро
• 512MB SDRAM памяти
• WiFi/Bluetooth: BCM43438, 802.11n 2.4GHz, поддерживает Bluetooth Low Energy (BLE)
• 40-контактный разъём для подключения дополнительного оборудования
• 1 порт USB 2.0 (Micro USB)
• Mini HDMI выход
• CSI порт для камеры
• Micro SD слот на накопителя и загрузки
• Micro USB порт для питания
• Размеры: 65 мм * 30 мм * 5 мм
• Сайт производителя: https://www.raspberrypi.org/products/raspberry-pi-zero-w/

На 40-пиновый разъём выведено несколько GPO, I2C, I2S, +3.3V, +5V и т.д. Под него есть много разных плат расширения для добавления нового функционала.

Софт

Серия Raspberry Pi Zero поддерживает много разных ОС (Windows 10 не в их числе).
Я лично предпочитаю ArchLinux, поэтому его и установил на Micro SD карту.
Информация для скачивания и установки ArchLinux на Pi Zero: https://archlinuxarm.org/platforms/armv6/raspberry-pi
Официальные дистрибутивы можно найти тут: https://www.raspberrypi.org/downloads/

Немного информации, которую выдаёт Linux на Zero W:

Наш Linux:

# uname -a
Linux alarmpi 4.14.34-1-ARCH #1 SMP Mon Apr 16 19:16:02 UTC 2018 armv6l GNU/Linux

Процессор:

# lscpu 
Architecture:        armv6l
Byte Order:          Little Endian
CPU(s):              1
On-line CPU(s) list: 0
Thread(s) per core:  1
Core(s) per socket:  1
Socket(s):           1
Vendor ID:           ARM
Model:               7
Model name:          ARM1176
Stepping:            r0p7
CPU max MHz:         1000.0000
CPU min MHz:         700.0000
BogoMIPS:            997.08
Flags:               half thumb fastmult vfp edsp java tls

# cat /proc/cpuinfo 
processor	: 0
model name	: ARMv6-compatible processor rev 7 (v6l)
BogoMIPS	: 697.95
Features	: half thumb fastmult vfp edsp java tls 
CPU implementer	: 0x41
CPU architecture: 7
CPU variant	: 0x0
CPU part	: 0xb76
CPU revision	: 7

Hardware	: BCM2835
Revision	: 9000c1
Serial		: 00000000bbe78b00

Одноядерный процессор. Архитектура armv6l (надо обязательно учитывать при выборе ОС).

Broadcom BCM2835 имеет один USB порт, на котором ничего не висит:

# lsusb
Bus 001 Device 001: ID 1d6b:0002 Linux Foundation 2.0 root hub

Немного про производительность

Конечно, Raspberry Pi Zero W не заточен под высокую производительность, но для многих целей вполне хватает.

Самый просто тест на скорость Micro SD. В данном тесте использовалась карта SanDisk Ultra 64GB Class 10 Micro SDXC.
Сначала запись, а потом чтение. Размер файла 4GB что бы наверняка не уместился в кеш.

# sync && dd if=/dev/zero bs=1024k of=test.bin conv=fdatasync count=4096
4096+0 records in
4096+0 records out
4294967296 bytes (4.3 GB, 4.0 GiB) copied, 363.781 s, 11.8 MB/s

# dd if=test.bin of=/dev/null bs=1024k
4096+0 records in
4096+0 records out
4294967296 bytes (4.3 GB, 4.0 GiB) copied, 212.825 s, 20.2 MB/s

Нагрузка на процессор для AES и SHA1/2. Я выбрал именно эти алгоритмы, так как они часто используются для VPN (одно из применений таких мини-компьютеров):

# openssl speed aes-256-cbc aes-128-cbc sha1 sha256
OpenSSL 1.1.0h  27 Mar 2018
built on: reproducible build, date unspecified
options:bn(64,32) rc4(char) des(long) aes(partial) idea(int) blowfish(ptr) 
compiler: gcc -DDSO_DLFCN -DHAVE_DLFCN_H -DNDEBUG -DOPENSSL_THREADS -DOPENSSL_NO_STATIC_ENGINE -DOPENSSL_PIC -DOPENSSL_BN_ASM_MONT -DOPENSSL_BN_ASM_GF2m -DSHA1_ASM -DSHA256_ASM -DSHA512_ASM -DAES_ASM -DBSAES_ASM -DGHASH_ASM -DECP_NISTZ256_ASM -DPOLY1305_ASM -DOPENSSLDIR="\"/etc/ssl\"" -DENGINESDIR="\"/usr/lib/engines-1.1\""  -Wa,--noexecstack -D_FORTIFY_SOURCE=2 -march=armv6 -mfloat-abi=hard -mfpu=vfp -O2 -pipe -fstack-protector-strong -fno-plt -Wl,-O1,--sort-common,--as-needed,-z,relro,-z,now
The 'numbers' are in 1000s of bytes per second processed.
type             16 bytes     64 bytes    256 bytes   1024 bytes   8192 bytes  16384 bytes
sha1              7877.55k    18909.88k    33737.12k    42122.02k    45244.42k    45693.77k
aes-128 cbc      20002.91k    22338.63k    23031.27k    23202.33k    23225.28k    22975.96k
aes-256 cbc      15641.13k    17085.62k    17481.05k    17648.07k    17655.27k    17501.84k
sha256            5741.76k    13324.56k    23334.70k    28692.89k    30852.88k    30981.65k

Если ещё какие-то специфичные тесты надо погонять, то прошу в комментариях отметиться.

Корпус

Что бы два раза не вставать, я так же добавлю мини-обзор на простой и популярный корпус для Pi Zero.
Я покупал тут: https://www.ebay.com/itm/172529138707
«Корпус» — очень уж громкое слово для этого, но для многих целей вполне достаточно. Это представляет из себя две акриловые пластины (верх-низ), четыре винта и четыре акриловых шайбы.
Есть выреза для 40-контактного разъёма с лицевой и обратной стороны платы.

Комплект выглядит так:


А это уже в собранном виде:

Применение

Тут сложно сказать что-то однозначное, так как применений достаточно много.
Это может быть простой компьютер для вылазки в интернет (немного со скрипом если пользоваться графикой, но реально) до разных приспособлений и довольно продвинутых поделок.
Так же очень популярны для автоматизации, камеры, мини-сервера, игровой консоли, музыки, робототехники, VPN клиента, медиа-центра, игр, разработки на php/python/nodejs/etc/c++ и т.д.

Я лично собрался делать на них FPV с камерой для своих ползающих, бегающих, ходящих роботов. Но это уже тема для отдельного поста.