Raspberry Pi Donanımı

Bu bölümde genel olarak Raspberry Pi’ın donanımsal alt yapısını oluşturan donanım bölümleri ve bu bölümlerin teknik özellikleri hakkında bilgiler verilmiştir. Bu bölüm sayesinde hem Raspberry Pi’ı elektronik uygulamalarınızda kullanırken bilmeniz gereken bazı kritik özellikler hakkında bilgi sahibi olacak hem de temel bilgisayar kavramlarının Raspberry Pi özelinde nasıl yorumlamanız gerektiğini öğreneceksiniz. Bu bölüm özellikle Raspberry Pi ile IOT ve kontrol otomasyon uygulamaları geliştirecek olanlarında mutlaka okuması gereken bir bölüm.

Bu bölümde, BCM283x sistem çipi (SoC) içine yerleştirilmiş olan Raspberry Pi’ın USB hub’ını da içine alan LAN (LAN9514/LAN7515) kontrolörü ile kablosuz ağ kontrolörü olan BCM43438 tanıtılmış, Raspberry Pi’ın USB, işlemci, disk, disk bölüm yapısı ve bellek kullanımı hakkında nasıl bilgi edinilebileceği, bu bilgilerin nasıl yorumlanacağına değinilmiştir. Raspberry Pi’ın donanım ve yazılım alt yapısına dair bilgiler verilirken, elektronik bir kart olarak Raspberry Pi’ın belli başlı arıza durumlarında sorunun teşhisinin nasıl yapılabileceği amaçlanmıştır.

Raspberry Pi’ın üzerindeki LED’lerin yanış sıraları ve zamanlamaları sistemin normal çalışması sırasında ve bir arıza durumunda bize birtakım açıklamalarda bulunur. Bu LED’lerin manalarına da bu bölümde öğreneceksiniz. Özellikle deneyim sahibi bilgisayar kullanıcılarına hitap eden ve faydalı olabileceğini düşündüğüm açılış süreci (boot) konusu, Raspberry Pi donanım sisteminin nasıl çalıştığı ya da açılış yaptığı hakkında fikir verecektir.

Son olarak Raspberry Pi’ı portatif bir güç kaynağı ile besleyerek çalıştıracak olanlar ve bu konuda elektronik projeleri gerçekleştirmek isteyenlerin mutlaka bilgi sahibi olmak isteyecekleri güç tasarrufu seçenekleri hakkında detaylı bir liste hazırladım. Bu liste sayesinde Raspberry Pi’ın güç tüketimini azaltacak ayarlamaları nasıl gerçekleştirebileceğinizi öğreneceksiniz.

Raspberry Pi Donanımı

Bu başlıkta bir elektronik kart olarak Raspberry Pi’ın belli başlı bölümleri tanıtılarak bazı temel kavramları hakkında bilgiler verilecektir. Raspberry Pi bilgisayarını oluşturan birimler çeşitli veri yolları ile birbirleriyle iletişim kurarlar. Aşağıdaki şekilde bir Raspberry Pi 3 bilgisayarını oluşturan birimlerin veri yolu ilişkisinin basit bir gösterimi yer almaktadır.

Raspberry Pi 3 bilgisayarının veri yolları

Şekilde ilk göze çarpan kısım USB Hub olmalıdır. USB Hub’ı üzerinde Ethernet ve USB kontrolörlerini bulunduran bağımsız bir çiptir ve USB 2.0 arayüzü üzerinden CPU/GPU (BCM2837B) çipine bağlıdır. Yani, ethernet arabirimi ile USB port’ları aynı veri yolunun bant genişliğini paylaşırlar. Bu nedenle sınır değerlere yakın kullanımlarda USB trafiği ya da ethernet trafiği birbirinin başarımını etkileyebilir.

Raspberry Pi’ın yıllar içerisinde birçok ana modeli üretilmiştir. Bunlar model A, model B ve model Zero’dur. Model A genel olarak fazla işlem gücüne ihtiyaç duymayan düşük güç tüketiminin ön plana çıktığı projelerde tercih edilen bir model dir ve bunu fiziksel boyutları ufaltılmış Zero versiyonu takip eder. Model B ise genel olarak üretildiği zamanın en hızlı işlemcisini ve fazladan donanım bileşenlerini içerir. Dâhili Wi-Fi, Bluetooth, Ethernet ve fazladan USB port’ları buna örnek verilebilir.

Aşağıdaki fotoğrafta bir Raspberry Pi 3B+ bilgisayarının önemli bölümleri 1 ile 16 arasında numaralandırılmıştır. Raspberry Pi ile yazılımsal ve elektronik uygulamalarınızı gerçekleştirmeden önce kartın donanımsal yapısı ve işleyişi hakkında bilgi sahibi olmanın faydası olacaktır.

Raspberry Pi kartlarının devre şemalarına, ölçülerine, kullanılan sistem çipleri ve çevre bileşenleri hakkında en güncel bilgilere vakfın resmi web sitesi olan raspberrypi.org adresinden ulaşabilirsiniz. Rasberry Pi’ın donanım yapısı hakkında detaylı bilgi edinebileceğiniz sayfanın tam adresi şöyledir:

• https://www.raspberrypi.org/documentation/hardware/raspberrypi/

• 1:BCM283x sistem çipi içerisinde işlemci, ekran kartı (GPU) çipi ve çevre arabirimlerini barındıran ana omurgadır. Tüm sistem bu çipin etrafında şekillendirilmiştir.
• 2: LAN çipi içerisinde USB arabirimini de (USB Hub) bulunduran, yerel ağ arabirimini yöneten çiptir. Bu çip, USB ve LAN verilerini ortak olarak ileten bir veri yolu ile sistem çipine bağlanır. Dolayısıyla sistem çipinin veri bant genişliği USB ve LAN tarafından paylaşılır. Raspberry Pi 3B+ sürümünde ilk defa GigaBit ağ arabirimine sahip olmuştur.
• 3: Sistem ve diğer çiplerin besleme voltajını sağlayan MXL7704 regülatörüdür. Anahtarlamalı modda çalışan bu regülatör 4 besleme devresine sahiptir ve bu devreler 0.6v’tan 3.6 volta ve 2.1 MHz’e kadar anahtarlama frekansı ile 4A’e kadar güç sağlayabilir. Regülatörün üreteceği voljtalar sahip olduğu I2C arayüzü (pin 2 ve 3) üzerinden programlanmaktadır. Dolayısıyla, arızalanması durumunda programlanmamış bir regülatör ile değiştirilmesi sorunu çözmez.
• 4: Cypress CYW43455 model numaralı kablosuz ağ çipi. 2.5GHz ve 5GHz modlarında çalışabilen 802.11ac ve Bluetooth 4.2 BLE kablosuz iletişimini gerçekleştiren çiptir.
• 5: 40 pinlik GPIO konnektörü (P1), BCM283x sistem çipinin GPIO, I2C, SPI, UART ve PWM port’larına erişerek Raspberry Pi’a elektronik devre, sensör ve çeşitli iletişim cihazlarının bağlanması için kullanılır.
• 6: DSI konnektörü Raspberry Pi’a HDMI port’u haricinde monitör bağlamak için kullanılır.
• 7: Kamera port’u. Raspberry Pi için üretilmiş kameralar bir yassı flex (esnek) kablo ile bu port’tan bağlanır.
• 8: 3.5mm’lık kompozit (birleşik) ses ve görüntü çıkış jak’ıdır. Varsayılan ses çıkış aygıtı olan HDMI’ı değiştirmek için kitabın “Kamera ve Ses” ile ilgili bölümünü bakabilirsiniz.
• 9: HDMI port’udur. Ses ve görüntü çıkışı bu port’tan sağlanır.
• 10: Dişi Micro-USB konnektöre sahip 5 voltluk enerji girişidir. Enerji beslemesi GPIO üzerinden de yapılabilir.
• 11: GigaBit Ethernet (LAN) port’udur. Bu port’a RJ45 konnektöre sahip bir yerel ağ kablosu bağlanarak Raspberry Pi’ın yerel ağ veya internet üzerindeki diğer bilgisayarlar ile iletişim kurması sağlanır. Sistem çipi ile USB veri yolu üzerinden haberleştiğinden yaklaşık olarak 300Mbits hızına kadar iletişim gerçekleştirebilir.
• 12: Dört adet USB 2.0 port’u yer alır. Bu port’ların sayısı bir USB hub aracılığı ile artırılabilir. Klavye, fare, kamera ya da yazıcı gibi USB aygıtlar bu port’lar aracılığı ile Raspberry Pi’a bağlanır.
• 13: TVS diyotu. Güç girişi (10) üzerindeki ani voltaj dalgalanmaları bu diyot üzerinde absorbe edilir, aynı zamanda giriş beslemesinin ters bağlanmasına karşı polarite koruması sağlar.
• 14: Reset butonu için bağlantı pin’leri. Buraya bağlayacağınız bir buton ile Raspberry Pi’ın yeniden başlatılmasını sağlayabilirsiniz.
• 15: PoE pin’leri. Raspberry Pi’ın enerjisini PoE destekli cihazın bağlı olduğu ağ kablosu üzerinden almasını sağlayan genişleme pin’leridir. Bu pin’ler Raspberry Pi’ın ethernet konnektöründeki transformatörlere erişmeyi sağlar. Bu pin’lerden üretilen enerji ile Raspbery Pi’ı çalıştırmak için bir GPIO PoE eklentisi kart kullanmak gerekir.
• 16: Güç ve disk etkinlik LED’leridir.

RASPBERRY Pİ ve LİSANS HAKLARI

Raspberry Pi’ın donanımsal tasarımı açık kaynak değildir. Yani, elektriksel devre şeması ve PCB montajı şeması paylaşılmamaktadır; fakat yazılım kısmı için aynı şey geçerli değildir. Resmi dağıtım olan Raspbian, GPL lisansından dolayı tam olarak açık kaynak kodludur. GPL lisansına göre bir GPL yazılım kopyalanabilir, değiştirilebilir ve ticari hale getirilebilir. Bunun için en önemli lisans şartı da kaynak kodunun da beraberinde sunulmak zorunda olmasıdır. Raspberry Pi, donanım lisansı olarak Creative Commons’ı kullanır. Raspberry Pi Vakfı kartın yeniden üretilmesi ile ilgili hakları sadece Farnell, RS Components ve Egoman gibi şirketlere vermiştir. Satışını da bu şirketler aracılığı ile yapmaktadır. Ek olarak Raspberry Pi 3B+’a gelinceye kadar GPU firmware ’i de kapalı kaynak kodluydu ve haricen güncellenmesi gerekmekteydi. Yeni sürüm ile birlikte firmware kodları da kamuya açıldı.

BCM Sistem Çipi ve SoC (System on a Chip) Kavramı

Raspberry Pi’ın omurgasını[1] oluşturan çip BCM2837’dir. Raspberry Pi 2 ve 3’de kullanılan ve Broadcom firması tarafından üretilen BCM2837, çip sistem ya da SoC (System on Chip) olarak adlandırılan bir çiptir.

BCM2837 SoC’un Raspberry Pi 3 B+ üzerindeki konumu

İçerisinde CPU (merkezi işlem birimi), GPU (grafik işlem birimi), SD kart arabirimi,  ses çıkış birimi, USB arabirimi ve CSI kamera arabirimi gibi onlarca alt birim ile UART, SPI, I2C, PWM ve GPIO arayüzleri için devreler bulundurur. Aşağıdaki blok diyagramda BCM2827 SoC çipinin çevre birimler ile olan ilişkisi görülüyor.

BCM28xx SoC çipinin Raspberry Pi 3 üzerindeki aygıtlar ile bağlantısı

Raspberry Pi 2 ve 3’ün kullandığı BCM2837 içerisinde CPU olarak ARM firmasının tasarladığı Arm Cortex A53 adlı CPU kullanılmıştır. Aynı işlemci, akıllı telefonlarda da kullanılmaktadır. Arm Cortex A53, 64 bit veri yolu genişliğine sahip 4 çekirdekli bir işlemci tasarımıdır ve ARM firmasının ARM tabanlı işlemciler için tasarladığı ARMv8-A komut kümesini destekler. Aşağıdaki tabloda belli başlı Raspberry Pi bilgisayarları ve kullanılan sistem çipleri gözükmektedir[2].

	Model A	Model B					Zero
	1, 1+,	2	2 sürüm 1.2	3	3+	4	1.2,1.3,W
SoC	BCM2835	BCM2836	BCM2837		BCM2837B0	BCM2711	BCM2835
CPU	ARM11	Cortex A7	Cortex A53 (900MHz)	Cortex A53 (1.2 GHz)	Cortex A53 (1.4GHz)	Cortex A72 (1.5GHz)	ARM11
Komut kümesi	ARMv6Z	ARMv7-A	ARMv8-A				ARMv6Z
Veriyolu	32 Bit	32 Bit	64/32-bit				32 Bit

BCM2837’nin içerisinde grafik işlemci (GPU) olarak da VideoCore IV adlı işlemci kullanılmıştır. Broadcom firması tarafından üretilen bu işlemci, her biri 1200MHz’de çalışan 4 çekirdeğe sahiptir. Bu GPU, CPU ile karşılaştırıldığında video codec çözme, Full HD kalitesinde akıcı görüntüler oluşturma ve yüksek FPS’li oyunlarda oldukça tatmin edici sonuçlar üretir. Bu GPU OpenGL-ES 1.1/2.0 ve OpenVG 1.1’ye uygulama programlama arayüzü (API) için tam destek sunar ve içerisinde donanımsal MPEG2 ve VC-1 kod çözüşücü içerir. Bu kod çözücüler lisanslıdır ve yasal kullanım için Raspberry Pi Vakfının sitesindeki dükkândan lisans anahtarı satın alınması gerekir.

ARM (Advanced RISC Machine) HAKKINDA

ARM bilinenin aksine bir işlemci üreticisi değildir, daha çok gömülü sistemler için düşük güç tüketimine sahip RISC mimarisinde çalışan işlemci tasarımları yapar. ARM Limited Şirketi bu tasarımlarını lisans ücretleri karşılığında çeşitli sistem çipi (SoC) üreticisi firmalara satar (örn.:Qualcom, Broadcom, NXP vb.). 1980’lerin başından beri farklı üreticiler tarafından yüzlerce ARM tasarımlı işlemci üretilmiştir. Günümüzde kişisel bilgisayarların (PC) dışındaki sistemlerde (mobil ve gömülü sistemler) kullanılan işlemcilerin %98’i ARM tabanlıdır yani en basit tabiri ile ARM firmasının tasarladığı komut kümesi ile uyumludur. ARM tabanlı belli başlı işlemci/SoC üreticileri Apple, NVidia, Qualcom ve Samsung’dur.

RISC-V Açık Kaynak İşlemci Mimarisi

ARM’dan bahsetmişken RISC-V adlı yeni işlemci mimarisinden ve onu hayata geçiren topluluktan da bahsetmeden geçmeyelim. ARM’ın RISC işlemci pazarında sahip olduğu hâkimiyet ve lisans sınırlamaları, tıpkı yazılım dünyasında olduğu gibi kendini açık kaynak bir işlemci tasarımında da göstermiştir. Yüzlerce organizasyonun ve şirketin desteği ile geliştirilen RISC-V, herhangi bir firmaya bağlı olmayan ortak akılla geliştirilen bir işlemci mimarisi ortaya koymayı amaçlıyor. Destekçileri arasında ASELSAN’ın da olduğu işlemci tasarımının ilk modelleri FPGA üzerinde üretilmiş durumda. RISC-V yaygın bir kullanım bulduğunda donanım fiyatlarının düşeceğini ve işlemci kullanan sistemlerin başarımlarının artacağını tahmin etmek hayalci olmaz. RISC-V gibi bir projenin neden var olduğundan bahsetmek gerekirse;

Bilinen her büyük işlemci üreticisi kendi tasarımlarını kullanmaktalar. Her firmaya özel tasarım, işlemciler arasında bir standardizasyonun oluşamamasına, bu da işlemci üreticilerine bağımlı platformların oluşturduğu sınırlılıkların kullanıcıların zararına (hem maliyet hem de nitelik olarak) olmasına neden oluyor. RISC-V projesinin çıkış nedenlerinden biri de;  AMD ve Intel gibi üreticilerin işlemci geliştirirken komut çalıştırma biriminin haricindeki birçok birimle de uğraşmak zorunda oldukları. Örneğin işlemcinin içerisine dâhili olarak eklenen h.264 kod çözücü, şifreleme, sanallaştırma, ses ve görüntü işleme gibi modüller. Bu da işlemcilerin komut mimarisi ile ilgili birimlerine yeterince geliştirme çabası ayrılamamasına neden oluyor. RISC-V projesi amacına ulaştığında, komut mimarisi yönünden gelişmiş ve her zaman geliştirilmeye açık bir işlemci tasarımı ortaya çıkacak, hem işlemcilerin başarımı artacak hem de ortak bir işlemci komut setinde buluşulması sağlanacak.

USB Hub’ı

Raspberry Pi 3 B+ sürümünde LAN9514 Soc kontrolörünü kullanmaktadır. Bu kontrolörün içerisinde bir USB Hub’ı yer alır. USB Hub’ına Ethernet kontrolcüsü (SMSC9512) ve dört adet USB port’u bağlıdır. USB Hub’ı da BCM2837 ile bir USB port’u üzerinden bağlıdır. Yani, Raspberry Pi 3’ün üzerindeki USB port’ların bant genişliği Ethernet port’u ile paylaşımlı olarak kullanılır. Bu durum Raspberry Pi 3’ün en çok eleştirilen donanım özelliklerinden birisidir. Çünkü teoride 480Mbit/saniye olan USB 2.0 iletişim hızının içinde ethernet’i de barındıran 5 aygıt tarafından ortak kullanılmasına neden olur. İlerleyen sürümlerde Ethernet kontrolcüsünün kendi bağımsız USB arayüzü ile BCM28xx SoC çipine bağlanması planlanmaktadır.

Raspberry Pi 3’ün LAN9514 kontrolörünün blok şeması

Raspberry Pi’ın sahip olduğu USB hub’ına herhangi bir USB cihazı doğrudan bağlanabilir. USB hub’ın arkasında duran Linux ise çok kapsamlı bir USB aygıt sürücü desteğine sahiptir. Port sayısı yetersiz geldiğinde bir harici USB 2.0 hub yardımıyla port sayısını artırabilirsiniz.

Raspberry Pi’ın USB port’ları daha çok 100mA’e kadar akım sarfiyatı olan fare ve klavye gibi aygıtlar için uygundur. USB harddisk ve USB kablosuz ağ adaptörleri gibi cihazların harici bir güç beslemesine sahip olan bir USB Hub ile kullanılması tavsiye edilir. Yine de bir USB port’undan tek başına 500mA’e kadar akım çekilebilir; fakat bunun üzerindeki akımların kararlılığı açısından bir garanti yoktur. Diğer taraftan, yüksek akım çeken bir USB aygıt Raspberry Pi’a bağlandığında Raspberry Pi reset’lenebilir. Bir USB aygıtını Raspberry Pi’a bağladığınızda, muhtemelen sürücüsü otomatik olarak etkinleştirilir ve cihazın ID’si (kimlik numarası) lsusb çıktısında gözükür. Cihaz hata kodu döndürmemesine rağmen (dmesg çıktısından incelenebilir) hiç tepki vermiyorsa muhtemelen Linux sürücüsü mevcut değildir. Bunun için cihaz ID’sini kullanarak internetten bir Linux sürücüsü araştırmayı deneyebilirsiniz.

RAM

Raspberry Pi’ın model A, A+, B, B+ ve Zero sürümlerinde RAM ana omurga olan BCM283x çipinin içerisinde yer almaktaydı ve değiştirilmesi mümkün değildi. Pi 2 ve 3 Model B sürümlerinde ayrı bir çip olarak kartın altına lehimlenmiştir ve azami RAM sınırı SoC tarafından 1GB olarak ayarlandığından artırılması da mümkün değildir. Ancak RAM arızalandığında değiştirilebilir. Raspberry Pi 3B+ 900MHz’de çalışabilen LPDDR2 SDRAM kullanmaktadır. LPDDR (Low Power) genellikle akıllı telefon ve tablet gibi mobil cihazlarda kullanılan, düşük güç tüketime sahip bir RAM türüdür.

Raspberry Pi, ana belleğin (RAM) bir kısmını GPU için tahsis eder. Monitöre aktarılacak görüntü bu alanda inşa edilerek HDMI kontrolörüne gönderilir. Grafik ağırlıklı işlemler yapıyorsanız raspi-config aracı ile bu değeri kendinize en uygun değere ayarlayabilirsiniz.

Raspberry Pi, RAM belleğin bir kısmını da tampon amaçlı kullanır veya bu amaç için tahsis eder. Tampon bellekte disk dosyaları ve yakın zamanda programlar tarafından kullanılmış veriler hızlı erişim için hazırda tutulur. Bu model, programların disk erişimini (SD kart) en aza indirme amacını taşır. Sistemin genel başarımını çok olumlu artıran tampon belleğin boyutu ve hangi verilerin ne kadar tutulacağının kontrolü tamamen Linux çekirdeğinin yönetimindedir. Raspberry Pi’ın A ve Zero sürümlerinde tampon bellek kullanımı B sürümlerine göre daha azdır. Bunu nedeni sınırlı miktardaki belleğin (256/512MB) işletim sistemi ve programlar arasında paylaştırılmış olmasıdır.

Raspberry Pi’ın bellek kullanım durumu hakkında bilgi almak için bakılabilecek ilk yer /proc/meminfo dosyasıdır.

meminfo’nun verdiği çıktıdaki değerlerin anlamları hakkında detaylı bilgi kitabın “BÖLÜM 14: SİSTEM BAŞARIMINI İZLEMEK” adlı bölümde detaylı olarak verilmiştir.

CSI (Seri Kamera Arabirimi) konnektörü

Raspberry Pi’ın sahip olduğu CSI (Camera Serial Interface) arabirimi ile CSI-2 standardını destekleyen kameralar kolayca bağlanabilir. CSI arabirimi ZIF-15 tipindeki J3 konnektörü ile doğrudan BCM çipine bağlıdır. MIPI (Mobile Industry Processor Interface) adlı kuruluş tarafından, daha çok tablet ve mobil cihazların kameralarını bağlamak için oluşturulan CSI standardı, mobil işlemci ile kameranın konuşmasını sağlar. Raspberry Pi’da ise bu işi BCM38xx SoC çipinin içinde yer alan GPU yapar.

Raspberry Pi’ın CSI (Seri Kamera Arayüzü) arabirim konnektörü

CSI uyumlu kameradan gelen ham veri GPU tarafından encode edilerek ilgili programa (host) sunulur. Raspberry Pi’da CSI arabiriminin bulunması sistemin başarımını olumlu etkileyen bir özelliktir; çünkü USB kameralara kıyasla görüntü işleme GPU tarafından gerçekleştirildiğinden sistem genelinde bir başarım kaybı yaşanmaz. USB kameralarda ise görüntü aktarım protokolünü çözen ve görüntüyü istenilen formatta kodlayan CPU’dur ve hatırı sayılır miktarda bir işlem gücü tüketir. Bir diğer avantaj da enerji kullanımıdır, GPU aynı işi donanımsal olarak yaptığı için (göreceli olarak daha az program kodu çalışır) çok daha az enerji tüketir. Bu nedenlerle CSI arabirimi sınırlı enerji kaynağına sahip günümüzün cep telefonlarında da kullanılmaktadır. Pin bağlantılarını doğru yaptığınız takdirde bir mobil cihaz kamerasını Raspberry Pi’ın CSI arabirimine doğrudan bağlayabilirsiniz. Üreticiler açısından da, ham veri sunan CSI kameraların üretim maliyeti düştüğünden ağırlıklı olarak görüntü sensörünün kalitesine odaklanılmasını sağlamıştır.

CSI kameranın 15 hatlı esnek ve yassı kablosunu (FFC [flexible flat cable]) konnektöre bağlarken doğru yönde takmaya özen göstermelisiniz. Flex kablonun ucundaki çıplak iletkenler konnektörün içinde terminallere bakacak yönde bağlanmalıdır.

DSI (Seri Görüntü Arabirimi) Konnektörü

DSI arabirimi, CSI’a benzer olarak ekran bağlamak için kullanılan bir port’tur ve seri görüntü arabirimi (Display Serial Interface) anlamına gelmektedir. Özellikle ucuz LCD ekranların arabirimlenmesi için oluşturulan DSI standardı yine MIPI tarafından tanımlanmıştır. DSI’da yine doğrudan BCM38xx SoC üzerindeki GPU’ya bağlıdır ve enerji tüketimi ve başarım açısından CSI ile benzer avantajları sunar. DSI standardı ile I2C protokolünü birlikte kullanmak mümkündür. Buradaki I2C kullanımı daha çok dokunmatik LCD’lerin SoC ile iletişimi gerçekleştirmek için kullanılır.

Raspberry Pi’ın DSI arabirimi ve konnektörü

Wireless

İlk defa Raspberry Pi 3 ile beraber gelen dâhili Wi-Fi ve Bluetooth donanımı, kablosuz ağlar ile iletişim kurmanın daha kolay ve düşük bir maliyetle gerçekleşmesini sağlamıştır. İlk defa Raspberry Pi 3B+ modelinde 802.11ac ile 5Ghz’lik Wi-Fi ağlarına gelen destek ile pratikte kablosuz hızı 80Mbit’e kadar çıkmıştır.

Raspberry Pi 3B+ üzerindeki Cypress CYW43455 çipinin sunduğu kablosuz teknolojiler arasında bir FM radyo da vardır; fakat bu özellik PCB üzerinde etkinleştirilmemiştir.

Raspberry Pi 3B+ ile Zero W modelleri Wi-Fi ve Bluetooth 4.2 LE (low energy)  anteni olarak Proant (isveç) firması tarafından tasarlanan bir PCB antenini kullanmaktadır. Anten çift bant bir antendir ve hem Wi-Fi 2.4GHz (aynı zamanda Bluetooth) hem de Wi-Fi 5GHz (802.11ac) frekans bantlarını destekler. Bu anten önceki modellerde kullanılan antene göre daha başarılı ve uzun ömürlüdür ve çoğu durumda harici bir anten bağlamanıza gerek bırakmaz. Aşağıdaki fotoğraflarda üçgen biçimli Proant PCB Antenleri gözüküyor.

  

Raspberry Pi 3B+ ve Zero W’in PCB Wi-Fi antenleri

Raspberry Pi’ın dâhili antenine ek yapıp harici bir antenle desteklemek mümkündür. Özellikle Raspberry Pi’ı metal bir kutu içerisinde muhafaza ediyorsanız bunu yapmak bir gereklilik olabilir. Çünkü metal kutular bir Faraday Kafesi etkisi yaratarak radyo frekans sinyallerinin içeri girmesini ve dışarı çıkmasını engellerler. Harici anten bağlantısı doğru yapıldığında kablosuz ağ kapsamı artabilir; fakat Raspberry Pi’ın FCC tarafından sağlanan radyo frekans girişim sertifikası geçersiz olarak, içinde bulunulan ülkenin radyo frekans yönetmeliklerine bir ihlal oluşturabilir. Buna dikkat etmelisiniz.

Raspberry Pi 3 ve Zero W üzerinde harici anten bağlanabilecek bağlantı noktaları (pad) vardır. Yalnız bu pad’lere anten bağlantısı için bir konnektör lehimlenmemiştir. UFL konnektör temin ederek buralara lehimleyebilir, harici anteninizi bağlayarak Wi-Fi kapsamını genişletebilirsiniz. Aşağıdaki fotoğraflarda dâhili antene sahip olan Zero W ve Raspberry Pi 3 modellerine yapılabilecek harici anten bağlantı noktaları gözükmektedir.

   

RPi Zero W ve Rpi 3’ün harici anten UFL konnektör pad’leri

YASAL BİLGİLENDİRME

Anten modifikasyonu veya sinyal kuvvetlendirme ülkelerin radyo frekans mevzuatlarına aykırı durumların ortaya çıkmasına neden olabilir. Raspberry Pi dünyanın büyük kısmında geçerli radyo frekans yönetmeliklerine uygun bir tasarıma sahiptir. Antende yapacağınız değişiklik veya kuvvetlendirme kamunun ortak malı olan hava iletim ortamını kirleten radyo frekans girişimlerine sebep olarak, kablosuz iletişim kuran diğer cihazların düzgün çalışamamasına neden olabilir. Bu cihaz yakınlardaki bir komşunuzun cihazı da olabilir. Raspberry Pi’ın izin verilen ya da onayı alınan radyo frekans girişim ve sinyal gücü değerlerine Amerikan İletişim Komisyonunun (FCC) web sitesi olan www.fcc.gov adresinden, Raspberry Pi’ın FCC kimlik numarası olan 2ABCB kodu ile erişilebilir.

Boot EEPROM (Raspberry Pi 4)

Raspberry Pi 4 ile birlikte ana omurgaya (SoC) SPI port’u üzerinden bağlı 512KB’lık bir EEPROM eklenmiştir. EEPROM’lar içeriği elektrikle yazılıp silinebilen belleklerdir, tıpkı bir USB flaş bellek ya da SD kart gibi. Raspberry Pi bu EEPROM’u açılışı gerçekleştiren Bootloader programını ve yapılandırmasını depolamak için kullanır. Önceki modellerde bu Bootloader boot bölümündeki bootcode.bin dosyasında yer alıyordu. Bu programa firmware adı da verilir. Açılış süreciyle ilgili detaylı bilgiyi kitabın “Raspberry Pi 3’ün Açılış (Boot) Süreci” başlığında ayrıca firmware’in güncellenmesi ile ilgili bilgiyi de “ Rasberry Pi’ın Firmware’ini Elle Güncellemek” başlığında bulabilirsiniz.

Raspberry Pi 4 ile birlikte EEPROM kullanılmasının nedenleri vakıf tarafından şöyle açıklanmış [3]:

• Raspberry Pi 4’ün açılış süreci ve açılışta SDRAM’ın yapılandırılmasının daha karmaşık bir hal alması ve olası sorunlarda SoC ROM’unun daha fazla risk oluşturmaması. ROM’da yüklü olan birinci aşama bootloader bir nedenle başarısız olduğunda Raspberry Pi açılamaz hale gelebilir.
• Yeni modelle birlikte USB’nin ve Gigabit Ethernet’in bir PCIe veri yoluna bağlanması daha sofistike işlemler gerektirdiğinden bu işleri yerine getirecek yeterli ROM alanının olmaması.
• Harici bir SPI EEPROM (EEPROM SoC’ın SPI arabirimine bağlanmıştır) kullanmak mevcut güncellemelerin daha rahat yapılmasını sağlayacak olması.
• Önceki modellerde Raspberry Pi’ın USB bellekten başlatılabilmesi için kullanıcının OTP (one time programmable) belleğinde bir biti değiştirmesi gerekiyordu ve bu değişiklik sadece bir kez yapılabiliyordu. Yeni modelle birlikte bu görev EEPROM’a kaydırıldı ve kullanıcı istediği başlatma aygıtlarını seçebilir duruma geldi. EEPROM’da yüklü bootloader’a getirilen destek ile kullanıcı isterse Ağ üzerinden (PXE boot) veya USB üzerinden açılış yaptırtabilecek. PC’lerde olduğu gibi UEFI tarzı güvenli ve gelişmiş başlatma özellikleri kullanılabilecek. Açılış yapmayan bir Raspberry Pi 4 ve üzeri modeli EEPROM güncellemesi ile tamir edebilirsiniz. Bunun için kitabın “Raspberry Pi 4 ve sonrasını güncellemek” başlığına göz atın.

---

[1] Raspberry Pi Donanımı: https://www.raspberrypi.org/documentation/hardware/raspberrypi/

[2] Karşılaştırmalı Raspberry Pi Tasarımları: https://en.wikipedia.org/wiki/Raspberry_Pi

[3] Raspberry Pi 4 EEPROM – http://tiny.cc/rpi-eeprom