Afin pouvoir réaliser une multitude de projets à l’aide de la Raspberry Pi, il est nécessaire d’en apprendre un minimum au sujet de cet ordinateur monocarte.
Raspberry Pi est une fondation qui produit des ordinateurs monocartes, mais aussi des cartes de développement à microcontrôleur (comme celles produites par Arduino, mais ici, seul les ordinateurs nous intéressent). À l’instar d’Arduino, Raspberry Pi produit aussi des cartes destinées à l’industrie (principalement les compute modules) et vise principalement le secteur de l’éducation (en proposant des kits, des projets, etc.).
Raspberry Pi a monopole dans le monde des ordinateurs monocarte (aussi appelé SBC, pour single board computer en anglais), mais des alternatives existent. Toutefois, ces SBC alternatifs sont moins bien supportés, ce qui a d’ailleurs donné naissance au projet armbian qui propose des images Linux plus récentes pour ces cartes, mais avec quelques limitations.
Raspberry Pi n’est pas toujours la solution à tous nos problèmes, mais cela permet d’avoir une bonne introduction à Linux et à l’électronique.
Le focus de ce guide se porte sur les ordinateurs monocartes (et donc pas sur les cartes de développement à base de microcontrôleur), que l’on appelle communément Raspberry Pi.
Comme on peut le voir ci-dessus, la carte est bien fournie en connecteurs. On retrouve un connecteur USB C qui sert uniquement à l’alimentation de la carte, deux connecteurs micro HDMI, un connecteur audio, 4 ports USB A (dont deux USB 3.0), un port Ethernet, un connecteur pour raccorder une caméra, un autre pour raccorder un écran, des broches d’entrée sortie, un lecteur pour une carte micro SD (en dessous de la carte) et une carte réseau sans fil.
La RPi via le système d’exploitation (ou OS pour Operating System en anglais) peut interagir avec ces entrées et sorties. Le système d’exploitation est un ensemble de programmes complexes qui apportent un niveau d’abstraction important pour faciliter l’utilisation de la carte. Le système d’exploitation est en général installé sur une carte micro SD. Cependant, des alternatives existent, car les cartes micro SD ne sont pas fiables pour cet usage sur du long terme. C’est pourquoi certaines personnes installent l’OS sur un SSD ou dans une mémoire interne à la carte (RPi ou équivalent) quand elle existe. Ci-dessous, le compute module 4 (CM4) peut être équipé d’une mémoire flash (ici, il ne l’est pas).
La RPi permet donc de faire tourner un voire plusieurs programmes en même temps qui peuvent ou non interagir avec les entrées sorties de la carte. Le niveau de complexité étant plus important que pour une carte Arduino, la consommation électrique se voit aussi plus importante (en général autour de 6 W à 9 W avec un usage intensif). Cependant, pour des projets nécessitant l’utilisation de caméra en temps réel, ce type de petit ordinateur est idéal (dans l’image ci-dessous, une carte RPi Zero est utilisée).
Contrairement à la plupart des cartes Arduino, il n’y a ici pas de limitation quant au langage de programmation utilisable. Par simplicité ce guide couvrira l’utilisation de Python afin d’interagir avec les entrées/sorties (GPIO, pour General Purpose Input Output en anglais). En revanche, les RPi n’embarque pas de CAN (Convertisseur Analogique Numérique ou ADC pour Analog Digital Converter en anglais), ce qui nous empêche de mesurer des tensions directement avec la carte. Mais des entrées sorties numériques fonctionnant en 3,3 V (niveau logique haut) sont belles et bien présentes sur la carte. Le niveau de tension logique maximal est de 3,3 V !
Avant de pouvoir utiliser la Raspberry Pi, vous devez obligatoirement (à moins de faire tourner votre programme directement avec FreeRTOS ou encore Rust) installer un OS (système d’exploitation ou operating system).
Plusieurs choix s’offrent à vous, soit vous savez quel OS installer (une distribution particulière de Linux, android ou encore Windows), soit vous débutez et dans ce cas, Raspberry Pi OS est là pour vous.
Afin d’installer cet OS, il vous faut le fichier "d’installation", que l’on appelle image disque. Cette image (disque) contient tous les fichiers du système d’exploitation et aussi la table de partitionnement à utiliser pour ce système d’exploitation. L’avantage d’utiliser une image est que l’installation sera strictement la même sur toutes les RPi, mais aussi que l’image peut être modifiée et redistribuée facilement. Les utilisateurs avancés peuvent modifier des images de Raspberry Pi OS (ou autre OS compatible) afin de distribuer plus facilement leur application spécialisée (e.g. le projet My Naturewatch qui permet à ses utilisateurs de construire une caméra d’observation de la faune). Mais, il ne faut pas être un expert pour modifier les images que vous installez sur la RPi. En effet, Raspberry Pi Imager, permet de choisir directement une image puis de l’écrire (de la grave ou encore de la flasher) sur une carte micro SD tout en changer des paramètres de l’image.
Installation de Raspberry Pi Imager, lancement de l’application.
- choix de l’OS ;
- sélection de la carte (micro) SD (la taille de la carte doit être de minimum 8 Go) ;
- modification des préférences :
- modification de l’
hostname; - activation de SSH (avec une clef publique ou avec un mot de passe) ;
- changement du nom d’utilisateur et du mot de passe ;
- configuration du Wi-Fi (SSID, mot de passe et pays) ;
- configuration du fuseau horaire et de la langue du clavier.
- modification de l’
Ou en images :
Le programme va ensuite écrire sur la carte (micro) SD et vérifier l’écriture.
N.B. : pour l'activation de SSH avec une connexion via une clef publique, vous avez besoin d'avoir généré une paire de clefs avec un outil tel qu'OpenSSH. Si OpenSSH est installé sur votre machine il suffit d'ouvrir un terminal et de lancer la commande ssh-keygen -t rsa et d'appuyer autant de fois que nécessaire sur la touche Enter. Après ça vous pourrez ouvrir Raspberry Pi Imager et sélectionner Allow public-key authentication only. Veuillez noter que vous pourrez seulement vous connecter via SSH avec la machine sur laquelle vous avez généré la clef (vous pourrez par la suite ajouter d'autres clefs publics depuis les machines déjà autorisées).
Avant de démarrer la Raspberry Pi, insérez la carte (micro) SD dans le lecteur de la carte Raspberry Pi. Ensuite, brancher les périphériques en fonction de vos besoins (clavier, souris, écran, câble réseau, etc.) et finalement branchez l’alimentation de la carte RPi. Le premier démarrage est plus long (plus d’une minute en fonction de la carte RPi utilisée).
Lisez les méthodes de connexion ci-dessous avant de démarrer votre carte.
Ici, deux choix s'offrent à vous pour votre première connexion. Soit vous avez accès à une écran, un clavier USB et une souris, soit vous savez connecter votre Raspberry Pi au réseau (connexion Ethernet filaire ou sans fil que vous utiliserez probablement aussi dans le premier cas) et vous connecter à distance via SSH (Secure Shell) à l'aide d'un second ordinateur connecté au même réseau.
La première technique est assez directe, je ne vais donc pas la détailler ici.
La seconde est plus complexe, mais présente un avantage certain. Vous pouvez continuer à utiliser votre ordinateur principale pour vous connecter à une ou plusieurs machines (SSH est utilisable sur tout type de machines)