Raspberry Pi stagione 4 puntata 2: ancora sulla nuova Rpi

Ben ritrovati.
Seconda puntata e continuiamo ad esaminare, stavolta più da vicino, la nuova Rpi.
Ricordiamo che, per la prima volta nella storia della Rpi, la scheda è stata resa disponibile in tre versioni, a seconda della RAM. Ma ne parleremo dopo. Ora avviciniamoci alla nostra scheda per vedere novità e conferme nel layout.

Il nuovo Rpi 4
Il nuovo Rpi 4

Diamo un’occhiata più da vicino alla nostra nuova Rpi:
In Fig. 1 è visibile la modifica al layout dei connettori Ethernet e USB rispetto alla disposizione presente nei modelli 4 e 3.

Fig. 1: Rpi 4 (a sinistra) e 3B a confronto
Fig. 1: Rpi 4 (a sinistra) e 3B a confronto

Da sinistra, si possono notare prima i due connettori USB-2 poi quelli USB-3 ed infine il connettore Ethernet, il tutto, come si può intuire, ruotato rispetto alle versioni precedenti. I quattro pin del collegamento PoE (Power over Ethernet), invece, conservano la posizione dei modelli precedenti, salvaguardando, come si diceva nella puntata precedente, la compatibilità con il modello 3.
Il resto, a parte i due connettori micro-HDMi che hanno sostituito il connettore HDMi delle versioni 3, non è variato di molto.
A livello hardware, comunque, le migliorie più evidenti possono essere riassunte così:
1) una CPU ed una GPU (Processore grafico) più veloci che permettono di gestire applicazioni grafiche più “affamate” di risorse su due schermi HDMI;
2) un connettore micro SD Card che permette una velocità di trasferimento dati doppia rispetto alle versioni precedenti;
3) i connettori di tipo USB 3.0 che permettono l’utilizzo di memorie esterne, ad esempio un disco fisso esterno in modo decisamente più performante;
4) un connettore di alimentazione USB C in grado di fornire una maggiore corrente alle periferiche esterne USB, ma anche più performante, per garantire un’alimentazione più efficiente della scheda;
5) una connessione Ethernet Gigabit “vera”.

Fig. 2: Il nuovo Rpi 4 (si vedono in primo piano i due connettori Micro-HDMi e il connettore USB-C da un lato, le porte USB e Ethernet dall'altro)
Fig. 2: Il nuovo Rpi 4 (si vedono in primo piano i due connettori Micro-HDMi e il connettore USB-C da un lato, le porte USB e Ethernet dall’altro)

Come si intuisce, vi sono stati molti miglioramenti; in primis, sono stati superati alcuni limiti tecnici presenti nelle precedenti versioni ed è arrivato il supporto completo all’hardware decode a 4K60fps con il formato HEVC.
Sulla superficie superiore della scheda si possono vedere i connettori ribbon per Camera Serial Interface (CSI) e Display Serial Interface (DSI), che costituiscono connessioni dedicate ai display o alla webcam di Raspberry Pi e agli accessori compatibili. Comunque, è consigliabile collegare la videocamera all’USB e ci sono strade più praticabili, incluse le porte micro HDMI, per l’uscita verso lo schermo.
Per quanto riguarda la dotazione wireless, possiamo trovare un chip WIFI Dual-band 802.11ac ed il Bluetooth 5.0.
Su Raspberry Pi 4, dunque, è finalmente stato implementato un Gigabit LAN controller dedicato. Il full-throughput Gigabit Ethernet permette di offrire prestazioni di rete senza precedenti. Nei modelli precedenti, il controller della scheda LAN era condiviso con quello delle porte USB, tale impostazione limitava notevolmente sulla velocità della connessione.
Raspberry Pi 4 beneficia anche di un nuova CPU ARM Cortex-A72 quad-core 64-bit a 1.5GHz, che dovrebbe rendere più scattante la scheda All-in-one. Anche la GPU è stata migliorata: si è passati, infatti, da una Broadcom VideoCore IV a 400 MHz ad una VideoCore VI a 500 MHz. La nuova architettura permette di uscire su uno schermo a una risoluzione fino a 4K a 60 fps o supportare due monitor fino a 4K a 30 Hz.
La gestione energetica è stata completamente rinnovata grazie all’introduzione del connettore USB-C. Questa scelta permette alla board di supportare device USB maggiormente energivori (fino a 1.2A).
È necessario un alimentatore in grado di fornire almeno 3 ampere e 5 volt, anche se la nuova Rpi può funzionare con 2,5 ampere se non sono collegate molte periferiche via USB.
Il Raspberry Pi 4 ha dimensioni e design simili ai predecessori, ma è, come si evince dalle note sopra, una piattaforma totalmente nuova, alimentata da un processore Broadcom BCM2711B0. Dal primo Pi del 2012 tutti i modelli si sono avvalsi di un SoC a 40 nanometri, ma questo nuovo processore è basato su un processo a 28 nanometri. Al contrario della vecchia architettura Cortex-A53, il chip adotta la più recente Cortex-A72.
Inoltre, come si accennava più sopra, la Rpi è disponibile in tre versioni differenti, a seconda della memoria RAM che si vuole adottare: i modelli con 1 GB, 2 GB o 4 GB di memoria RAM permettono un notevole aumento di prestazioni delle applicazioni utente ma anche la salvaguardia delle diverse tipologie di approccio disponibili.

Contro

Ed ecco qualche elemento negativo: occorre rivoluzionare gli accessori. Per connettere l’Rpi al monitor, infatti, serviranno i cavi di conversione da micro HDMI ad HDMI standard. In più, per supportare l’aumento di richiesta di corrente, servirà anche un alimentatore più potente con uscita USB tipo C, oppure (se proprio non possiamo fare a meno dei vecchi modelli di caricatore perché ne abbiamo fatto scorta) un adattatore da micro USB a USB C.
Il BCM2711B0 nel Raspberry Pi 4 ha quattro core e una frequenza di 1,5 GHz che, a prima vista, non sembrano garantire una velocità molto superiore al BCM2837B0 a 1,4 GHz cuore del Raspberry Pi 3B+.
L’architettura Cortex-A72, però, presenta una pipeline più profonda, a 15 istruzioni, rispetto alle appena 8 del modello più datato, e fornisce anche l’esecuzione out of order, cioè non attende il completamento di un processo prima di iniziarne un altro. Perciò, anche alla stessa frequenza di clock – il BCM2711B0 è basato su un processo inferiore -, i processori Cortex-A72 sono nettamente più veloci ma usano più energia dei precedenti A53.
Inoltre, le nuove opzioni che fanno riferimento all’hardware sono disponibili solo per Raspberry Pi 4. Non è possibile tentare di configurarle per Raspberry Pi di versioni precedenti.

Fig. 3: i pin GPIO del nuovo Rpi 4
Fig. 3: i pin GPIO del nuovo Rpi 4

Sui pin del GPIO sono disponibili I2C aggiuntivi, quattro connessioni SPI e quattro UART. Perciò, se i vostri sensori o periferiche richiedono qualcuna di queste interfacce, ora potete averne molte di più. Ovviamente, se un pin viene usato per un certo bus, non è disponibile per altri. I bus aggiuntivi vengono attivati utilizzando gli opportuni “device tree overlays”. I pin GPIO hanno reattività e velocità anche di molto superiori sul Raspberry Pi 4 rispetto alle versioni precedenti, probabilmente grazie al processore più veloce.
Se c’è la necessità di un case per il vostro Rpi 4, non potrete usare quello pensato per i Raspberry Pi precedenti. Il Raspberry Pi 3 B / 3 B+ ha quasi le stesse dimensioni, ma la disposizione delle porte è cambiata abbastanza per rendere il Pi 4 incompatibile.

Questi sono i livelli di benchmarking secondo Tom’s Hardware.

Fig. 4a Linpack benchmark delle schede Rpi© Tom’s Hardware
Fig. 4a Linpack benchmark delle schede Rpi© Tom’s Hardware
Fig. 4b memory benchmark© Tom’s Hardware
Fig. 4b memory benchmark© Tom’s Hardware
Fig. 4c: File compression benchmark©Tom’s Hardware
Fig. 4c: File compression benchmark©Tom’s Hardware

Ed ecco infine una tabella di comparazione fra i modelli:

Tabella 1: Comparazione fra i modelli di Rpi


Specifiche Raspberry Pi 4 B Raspberry Pi 3 B+
CPU Quad Core Broadcom BCM2711B0 (Cortex
A-72) – 1,5 GHz
Quad Core Broadcom BCM2837B0 
(Cortex A-53) – 1,4 GHz
RAM 1 – 4GB LPDDR4 1GB LPDDR2
GPU 500 MHz VideoCore VI 400 MHz VideoCore IV
Uscite video due micro HDMI HDMI
Risoluzione massima 4K 60 Hz + 1080p o 2x 4K 30 Hz 2560 x 1600
USB  2x USB 3.0 / 2x USB 2.0 4x USB 2.0
Connettività via cavo Gigabit Ethernet 330 Mbps Ethernet
Wireless 802.11ac (2.4 / 5 GHz), Bluetooth 5.0 802.11ac (2.4 / 5 GHz), Bluetooth 4.1
Porta di ricarica USB Type-C micro USB
Requisiti di alimentazione 3A, 5V 2.5A, 5V

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