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Instalación de la placa Raspberry Pi Zero y Zero W
IMPORTANTE
Con frecuencia, la Raspberry Pi Zero se vende con un paquete de accesorios para dotar a nuestra placa de conectividad, aunque muchas veces sean más caros que la placa misma. No obstante, será muy recomendable adquirirlos si se tiene la posibilidad, ya que nos solucionarán potenciales problemas.
IMPORTANTE
El USB OTG (USB On-The-Go) es una extensión de la norma USB 2.0 que nos permitirá mayor flexibilidad en la interconexión de dispositivos, ya que permitirá cambiar los roles de maestro y esclavo entre los dispositivos conectados.
Una de las últimas novedades de la Fundación Raspberry es la placa de bajo coste (5 €) llamada Raspberry Pi Zero 1, y su versión con WiFi integrado, la Raspberry Pi Zero W (10 €). Esta placa tiene unas funcionalidades y una potencia más limitada, pero es mucho más pequeña (65 × 30 × 5 mm) y económica que el resto, lo que la hace ideal para muchísimos tipos de proyectos. Dadas sus particulares características, la instalación de la Raspberry Pi Zero es un poco diferente a sus hermanas mayores.
1. La Raspberry Pi Zero dispondrá de un conector de tipo mini-HDMI en lugar de un conector HDMI estándar. Por este motivo, para poder conectarla a nuestra pantalla, o monitor, deberemos conseguir un adaptador mini-HDMI a HDMI.
2. El puerto GPIO de la Raspberry Pi Zero y Zero W es 100 % compatible con las otras placas Raspberry, pero no llevará el conector soldado (últimamente ha aparecido la versión llamada Raspberry Pi Zero WH, que sí que incorporará los conectores soldados), por lo que necesitaremos adquirir un conector 2 en cualquier tienda de electrónica, y soldarlo nosotros mismos en caso de querer usarlo.
3. El proceso para soldar el conector (ver nota Importante) a la placa es simple, pero delicado. Deberemos tener cuidado, ya que implicará hacer 40 soldaduras (tantas como pines posee el puerto GPIO) utilizando un soldador para componentes electrónicos 3 y estaño 4.
4. Igual que la Raspberry Pi A/A+, la Raspberry Pi Zero no llevará conector Ethernet, por lo que deberemos conectarla a Internet mediante un dongle WiFi por USB 5.
5. Otra de las características especiales que encontraremos en la Raspberry Pi Zero es que, debido a su pequeño tamaño, no dispondrá de un puerto de conexión USB estándar, sino de un puerto micro-USB (como el usado en los cargadores de teléfonos), por lo que tendremos que utilizar un adaptador USB-OTG 6 para conectar nuestros dispositivos USB a la Raspberry Pi Zero.
6. Dado que los conectores USB de carga y de datos son idénticos, y están uno al lado del otro, seráimportante no confundirse al hacer las conexiones para no estropear la placa.
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Las diferencias entre Raspberry Pi y Arduino
IMPORTANTE
Un sistema en tiempo real (STR, o RTS en inglés) es aquel sistema digital que interactúa activamente con un entorno con una dinámica conocida, en relación con sus entradas y salidas, para darle un correcto funcionamiento y que sea predecible y estable.
Después de conocer la características de la Raspberry Pi, una de las dudas más frecuentes de las personas que se inician es entender las diferencias entre esta y Arduino. Aunque en algunos casos pueden dar respuesta a necesidades similares, en realidad son dispositivos totalmente diferentes y, muchas veces, complementarios.
1. La Raspberry Pi es un ordenador completo basado en un SoC (System on a Chip) 1 que contiene, entre otras cosas, el procesador y la memoria RAM. Esto implica que, a todos los efectos, una Raspberry Pi se comportará como un portátil o un ordenador de sobremesa, y se podrá usar para las mismas tareas, pero con ciertas limitaciones de potencia y memoria.
2. Arduino es una placa de prototipado 2 que contiene un microcontrolador. Eso significa que, a diferencia de la Raspberry Pi, su funcionamiento estará centrado en unas tareas muy específicas, que básicamente serán leer y escribir datos utilizando sus pines de entrada y salida.
3. Esta diferencia significará, por ejemplo, que con la Raspberry Pi podremos instalar un sistema operativo completo para navegar por Internet, jugar, programar o trabajar, cosa que será imposible con Arduino.
4. De la misma manera, podemos considerar que la Raspberry Pi será más flexible que un microcontrolador Arduino. Las placas Arduino, al dedicarse a una tarea mucho más específica, podrán funcionar como un dispositivo en tiempo real, y serán energéticamente más eficientes y menos propensas a fallos.
5. Si deseamos utilizar la Raspberry para que interactúe, exclusivamente, con el entorno mediante sensores y actuadores 3, deberemos meditar la posibilidad de adquirir un Arduino para complementarla, ya que dispondrá de un rango más amplio de salidas PWM, y entradas analógicas, de las que carece Raspberry Pi. Sin embargo, si buscamos un entorno de desarrollo mucho más flexible, que nos brinde fácilmente conexión a Internet, la elección más completa sería la Raspberry Pi.
6. La baza más importante con la que cuenta la Raspberry Pi será la flexibilidad, ya que, como veremos en los diferentes ejercicios de este libro, nos permitirá hacer infinidad de proyectos interesantes con una amplia y activa comunidad de usuarios y desarrolladores detrás. Estos proyectos serán mucho más variados de lo que serían con Arduino u otro microcontrolador, sobre todo en el campo del desarrollo de software 4.
007
Puesta en marcha de nuestra Raspberry Pi
IMPORTANTE
Aunque existen adaptadores de HDMI a VGA, a veces es difícil encontrar uno que funcione correctamente con la Raspberry Pi, por lo que recomendamos siempre usar HDMI o DVI.
IMPORTANTE
Si quieres arrancar rápidamente, y sin complicaciones, la Raspberry Pi puede ser interesante comprar una tarjeta SD oficial, ya que su precio será razonable, y nos ayudará en los primeros pasos.
Ahora que conocemos todas las partes que componen la Raspberry Pi, en este ejercicio vamos a conectarla y ponerla en marcha por primera vez. Para hacerlo, vamos a explicar paso a paso cómo hacer todas las conexiones para tener lista nuestra Raspberry Pi para trabajar.
1. Aunque la Raspberry Pi puede funcionar con cualquier tipo de televisor o monitor (VGA/DVI/HDMI) 1, por defecto, la Raspberry Pi (hasta el modelo 3) solo trae un conector HDMI. En el caso de que tengamos un monitor o televisor con HDMI, lo conectaremos directamente a nuestra Raspberry Pi.
2. Los modelos Raspberry Pi Zero/Zero W traerán conectores mini-HDMI y, por ello, deberemos disponer adicionalmente de un adaptador de mini-HDMI a HDMI, por lo que tendremos que hacernos con un adaptador si queremos usar otro tipo de conexión.
3. El modelo Raspberry Pi 4 traerá dos conectores micro-HDMI (que permiten conectar dos pantallas de resolución 4K). Debido a esto, deberemos disponer, adicionalmente, de un adaptador de micro-HDMI a HDMI para hacer la conexión a nuestro(s) monitor(es).
4. Deberemos conectar un teclado y un ratón a los puertos USB 2. También podremos usar un teclado y ratón Bluetooth para minimizar el uso de los puertos.
5. En el caso de que dispongamos de una una RasPiCam 3, aprovecharemos para acoplarla al conector superior de nuestra Raspberry Pi.
6. Introduciremos nuestra tarjeta SD/micro-SD con el sistema operativo 4 (si hemos comprado la Raspberry Pi con tarjeta, la introduciremos en la ranura. En caso contrario, seguiremos los pasos de los ejercicios que van desde el 8 al 12).
7. Cuando todo esté conectado correctamente, usaremos un cargador con conector micro-USB 5 para alimentar nuestra Raspberry Pi (hasta el modelo 3). Se trata del mismo utilizado por los teléfonos móviles (excepto iPhones).
8. En el caso de disponer de una Raspberry Pi 4, usaremos un cargador con USB de tipo C de un mínimo de 3 amperios. Se trata del mismo conector que usan los móviles de última generación (excepto iPhones).
9. La Raspberry Pi no tendrá un botón de encendido/apagado, por lo que en el momento de conectarla al cargador, esta arrancará y, si queremos apagarla, deberemos desconectarla de la corriente después de hacer un shutdown del sistema.
008
Formatear una SD con Windows o Mac
IMPORTANTE
Para poder formatear una tarjeta SD/micro-SD deberemos disponer de un lector de tarjetas en nuestro ordenador. Actualmente, la mayoría de ordenadores y portátiles llevarán lectores de tarjetas incorporados, pero, en caso de que no sea así, deberemos adquirir un lector de tarjetas de memoria externo.
IMPORTANTE
Si formateamos una tarjeta SD/ micro-SD de capacidad superior a 32 GB, deberemos seguir las instrucciones del siguiente sitio web: https://www.raspberrypi.org/documentation/installation/sdxc_formatting.md.
Uno de los primeros pasos que deberemos realizar para poner nuestra Raspberry Pi en marcha es preparar la tarjeta micro-SD para que funcione correctamente en nuestro dispositivo. Aunque, a menudo, las tarjetas ya están preparadas para ser usadas tal y como vienen de fábrica, siempre es recomendable formatearlas para evitar posibles problemas posteriores.
El método para formatear las tarjetas será diferente dependiendo del sistema operativo que usemos. En este ejercicio, vamos a hablar de cómo hacerlo en Windows o macOS X.
1. Iremos al sitio de SD Association (http://www.sdcard.org/). Aunque existan muchos otros sitios en los que podremos encontrar aplicaciones similares, este es el sitio web oficial que define los estándares de las tarjetas SD, por lo que será donde encontraremos el software más fiable para esta tarea.
2. Abriremos el menú Download de la página web y pulsaremos en la opción SD Card Formatter.
3. Escogeremos la versión a descargar 1 de la aplicación SD Card Formatter, según sea nuestro sistema operativo (Windows o macOS X), y aceptaremos los términos de la licencia para poder descargarla 2.
4. Descargaremos e instalaremos la aplicación basándonos en las indicaciones según nuestro sistema operativo. El proceso será simple y directo, independientemente de si estamos usando Windows o macOS X.
5. Cuando el software esté instalado correctamente, introduciremos la tarjeta SD/micro-SD en el lector de tarjetas (sea este integrado o externo), y arrancaremos el programa SD Card Formatter.
6. Una vez abierto, en la opción Drive escogeremos el dispositivo asignado a nuestra tarjeta SD/ micro-SD y, en el caso de que lo deseemos, definiremos el nombre de la etiqueta del volumen. Para terminar el proceso, pulsaremos sobre el botón Format 3.
7. Al finalizar, extraeremos la tarjeta, correctamente formateada, del lector de tarjetas 4.
009
Formatear una SD con Linux
IMPORTANTE
Aunque este sistema debe funcionar en todos los casos, existen algunas tarjetas podrán causar problemas al intentar arrancar en una Raspberry Pi después de formatearla de este modo. Si al intentar arrancar la Raspberry Pi no funciona, deberás volver a repetir el proceso, y modificar el arranque de la partición con con el comando a de fdisk.
IMPORTANTE
Otra manera de formatear una tarjeta SD/micro-SD consiste en usar software de terceros. Por ejemplo, en Ubuntu puedes descargar Gparted, que nos permitirá formatear la tarjeta mediante un entorno visual.
En general, para grabar una imagen en una tarjeta SD usando Linux, no es necesario formatear la misma, ya que el proceso de grabación elimina todo el contenido previo. Sin embargo, para usarla y luego cargar NOOBS (New Out Of the Box Software), sí que es necesario tenerla previamente formateada. De todas maneras, es muy importante aclarar que, en los sistemas de Linux modernos como Ubuntu, el formateo de una tarjeta micro-SD es muy sencillo, ya que solo debemos introducir la tarjeta, y usar el botón derecho del menú del gestor de archivos para poder formatearla 1. En este ejercicio vamos a explicar el método más genérico, que nos va servir en cualquier distribución de Linux, por muy antigua que sea, aunque también es el más complejo.
1. Lo primero que deberemos hacer es encontrar el dispositivo que asigna nuestro sistema a la tarjeta SD/micro-SD. Para hacerlo, ejecutaremos el comando sudo fdisk -l antes de introducir la tarjeta, y repetiremos el proceso después de hacerlo. Para localizar nuestro dispositivo deberemos observar las diferencias entre las dos salidas 2 3.
2. Introduciremos la tarjeta en nuestro ordenador, y nos aseguraremos de que el dispositivo no se monte automáticamente. Si eso ocurre, lo más recomendable será desmontar las particiones con el comando sudo umount /dev/sdXY, donde X es la letra del dispositivo asignado, e Y el número de partición que está montado.
3. Cuando conozcamos el dispositivo asignado haremos un sudo fdisk /dev/sdX, donde sdX será el nombre del dispositivo que hemos encontrado en el paso 1.
4. Utilizaremos el comando d para borrar las particiones de la tarjeta una a una. Para conocer las particiones de la misma, usaremos el comando p. Con el comando m, en cambio, podremos ver todas las opciones de fdisk 4.
5. Cuando todas las particiones estén eliminadas, crearemos una nueva partición con el comando n. Después, definiremos que sea una partición primaria asignada al número 1. Para finalizar, le asignaremos el tamaño máximo por defecto.
6. Con el comando p podremos ver que se ha creado la nueva partición correctamente, y después deberemos cambiar el tipo de la misma con el comando t. Elegiremos la partición 1 y el tipo b, que corresponde a W95 FAT32 5.
7. Con el comando w guardaremos los cambios.
8. Para finalizar, formatearemos la tarjeta mediante el comando sudo mkfs. vfat /dev/sdX. Con este último paso la tarjeta estará lista para ser usada.
010
Copiar una imagen de sistema a una tarjeta SD
IMPORTANTE
Cuando hablamos de imagen en este contexto, no nos referiremos a una fotografía, como en la mayoría de otros contextos, sino a una copia exacta bit a bit de un sistema, o de un conjunto de información.
IMPORTANTE
Grabar una imagen en una tarjeta SD siempre será un proceso delicado que debe ejecutarse con cuidado, ya que una confusión entre las diferentes unidades (si tenemos conectada más de una al mismo tiempo) podrá llevarnos a perder toda la información almacenada.
Una de las opciones más interesantes de la Raspberry Pi es que no es necesario usar el proceso de instalación clásico del sistema operativo en la misma. Podemos copiar un sistema operativo previamente instalado y configurado en nuestra SD, directamente, sin ser estrictamente necesario ningún proceso de instalación posterior. Esto significa que podremos guardar una imagen con un sistema totalmente configurado a nuestro gusto, y replicarlo en cualquier otro dispositivo.
También es importante recalcar que, aunque no sea estrictamente necesario, en general, las imágenes genéricas que existen tienen algunos pasos posinstalación para personalizar el sistema y brindar flexibilidad de configuración al usuario. En este ejercicio veremos la manera de hacerlo en tres sistemas operativos: Windows, macOS X y Linux.
1. Lo primero que tendremos que hacer es conseguir una imagen del sistema que queremos instalar. Las más conocidas se pueden descargar de https://www.raspberrypi.org/downloads/ 1.
2. Si es necesario, descomprimiremos el archivo para conseguir la imagen original.
3. Existen varias opciones para copiar de manera correcta una imagen del sistema, ya sea desde Windows, macOS X, Linux o Chromebook. En este caso, vamos a ver la manera más sencilla, que es compatible con todos los sistemas, a excepción de Chromebook.
4. Descargaremos el software BalenaEtcher 2 de https://www.balena.io/etcher/.
5. Introduciremos la tarjeta SD en nuestro lector de tarjetas.
6. Ejecutaremos el programa, seleccionaremos el archivo que contiene la imagen, la unidad SD de destino (sin equivocaciones de selección de unidad), y pulsaremos sobre Flash!
7. En el caso de usar Chromebook, o si queremos seguir métodos más elaborados para otros sistemas operativos, deberemos seguir las instrucciones de https://www.raspberrypi.org/documentation/installation/installing-images/README.md.
IMPORTANTE
Si la Raspberry Pi 4 no arranca, es posible que el bootloader esté corrupto. En estos casos, es posible que debamos reinstalarlo. Para ello, deberemos:
1. Descargar el bootloader de https://www.raspberrypi.org/downloads/.
2. Descomprimir y copiar el contenido del archivo en una tarjeta SD formateada (ver capítulos 8 y 9).
3. Arrancar nuestra Raspberry Pi 4 con esta tarjeta SD.
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Instalación usando NOOBS
La Fundación Raspberry Pi ofrece diferentes opciones de software para poner en marcha nuestro dispositivo. La más sencilla será mediante el uso de NOOBS, un instalador de sistemas operativos que contiene Raspbian. Además, brinda también la posibilidad de instalar una selección de diferentes sistemas operativos alternativos de manera cómoda, y sencilla, para un usuario que se esté iniciando.
1. Descargaremos el archivo NOOBS de https://www.raspberrypi.org/downloads/, ya sea mediante el enlace directo al archivo zip, o usando la tecnología P2P con torrent 1.
2. Formatearemos la tarjeta SD/micro-SD con las herramientas adecuadas, según el sistema operativo que utilicemos, siguiendo las instrucciones del ejercicio 8 para Windows o Mac, o del 9 para Linux.
3. Descomprimimos el contenido del archivo zip directamente dentro de la tarjeta SD/micro-SD. Al finalizar el proceso de copia, extraeremos la tarjeta de nuestro ordenador de manera segura 2, y la insertaremos en la ranura de nuestra Raspberry Pi. Conectaremos un teclado, una pantalla y, posteriormente, iniciaremos el sistema conectando la alimentación a la Raspberry Pi.
NOTA. En las últimas versiones de Raspbian este proceso se ha simplificado notablemente, y ahora se realizan en un entorno gráfico, pero el concepto es el mismo, por lo que aquí exponemos la versión «larga» para mantener la compatibilidad con versiones anteriores.
4. La Raspberry Pi se iniciará, y aparecerá una ventana con una lista de los diferentes sistemas operativos que se pueden instalar. Recomendamos usar Raspbian, de manera que marcaremos la casilla junto a Raspbian, cambiaremos la configuración del teclado en la parte inferior de la pantalla (de gb a es), y haremos clic en Instalar.
5. Raspbian se ejecutará a través de su proceso de instalación, el cual puede tomar un tiempo.
6. Cuando el proceso de instalación se haya completado, el menú de configuración de Raspberry Pi, llamado raspi-config, se cargará.
7. Entraremos en la opción Internationalisation Options/Change locale, y marcaremos la casilla de nuestra configuración regional (en el caso de España es es_ES.UTF-8).
8. Entraremos a la opción Change Timezone y seleccionaremos la zona horaria de nuestro país.
9. Entraremos en Keyboard Layout para configurar nuestro teclado.
10. Si deseamos que al arrancar Raspbian cargue un entorno de ventanas (recomendado), activaremos la opción Enable Boot to Desktop en el menú principal de raspi-config.
11. Seleccionaremos finish, y reiniciaremos la Raspberry Pi (si no se reinicia sola escribiremos sudo reboot en la consola).
IMPORTANTE
Aunque la Raspberry Pi permite instalar muchos sistemas operativos, tal y como veremos en ejercicios posteriores, recomendamos utilizar Raspbian para seguir los ejercicios correctamente, a menos que se indique lo contrario.
IMPORTANTE
Si al arrancar observamos un marco negro alrededor de la imagen deberemos ir a raspi-config 3, o a la configuración disponible en el entorno gráfico 4, y desactivar el overscan en Advanced Options.
IMPORTANTE
El usuario y la contraseña por defecto en Raspbian pueden cambiarse en raspi-config, o desde la configuración en el entorno gráfico, pero por defecto son pi (usuario), y raspberry (contraseña).
