Многобукфф
Vladislav’s personal blog site
Заливаем Windows IoT Core на Raspberry Pi 3 (что в результате и зачем)
Плата микрокомпьютера Raspberry Pi 3
Честно говоря, идея опробовать одноплатный компьютер Raspberry пришла ко мне неожиданно. Опыт по Arduino и прочим ESP имеется, с «большими» ПК и серверами тоже. А вот промежуточный вариант, представленный сонмой разнокалиберных устройств, мной как-то совсем не изучен. А еще мне хотелось опробовать в деле, что же такое Windows IoT и для чего можно применить новинку от Microsoft. Выбор устройства оказался совсем очевидным: Raspberry Pi 3 с 1 Гб ОЗУ на борту, самое что ни на есть популярнейшее устройство. Конечно, различные Pine64 поджимают, но тут популярность играет на руку. Чем выше популярность, тем меньше проблем совместимости.
Обратная сторона Raspberry Pi 3. Виден чип ОЗУ.
И вот, спустя месяц ожидания, хорошо упакованная коробчонка с Raspberry обосновалась на моем столе. Я сразу же взял полный комплект: плата, мощный блок питания, радиаторы для чипов и пластиковый корпус. Придраться к комплектации и качеству изготовления сможет только самый мерзкий и дотошный критик. Все оборудование сделано на совесть. Плата с отмытым флюсом, пайка надежная, USB-порты на месте все, как и должно быть. Блок питания не свистит и не греется с избытком. Радиаторы чистые, с комплектным скотчем 3M для приклейки их к чипам. Корпус из пластика, хоть и маркий, но удобный в использовании. Если требуется, его можно открыть и протереть плату тряпочкой. А через многочисленные отверстия отлично подключаются кабеля для внешних устройств. Ладно, хватит описывать то, что давно всем известно. Настало время установки Windows.
Ставим Windows IoT на Raspberry Pi 3
Я еще помню времена, когда Windows устанавливался с дискетки. Потом уже операционка поставлялась на CD-диске, затем на DVD. А сейчас же все делается посредством простых «флешек». С Windows IoT и Raspberry все немного иначе.
Микрокомпьютер Raspberry Pi 3 в пластиковом блестящем корпусе и с установленными радиаторами
Существует как минимум два способа установки Windows IoT на Raspberry. Первый способ — воспользоваться услугами официального сайта Raspberry и скачать либо готовый образ Windows IoT, либо загрузить его через специализированный установщик NOOBS. Второй способ изобретен Microsoft. Он немного хитрее и именно им я и воспользуюсь. Да, способ применим только если на вашем рабочем компьютере используется зарегистрированная версия Windows 10. Иначе путь может быть осилен только первым способом.
Шаг 1. Скачиваем Windows IoT Dashboard
Dashboard — специальная утилита, позволяющая подготавливать носители, а в случае Raspberry Pi 3 это MicroSD, для запуска Windows IoT. Скачать утилиту можно с сайта Microsoft. Для бесплатной загрузки и использования доступны только две версии Windows IoT: Core и Insider Preview. Различий между ними не так много. Core — стабильная система, подходящая для большинства разработчиков, а Insider Preview позволят энтузиастам испытывать легкое волнение от новых «фич» и «багов».
Для версии Core существует одно, не очень существенное ограничение. Тут можно запускать только одно приложение UWP (Universal Windows Platform). Вернее, запускать их можно несколько, но активным в один момент времени будет только одно. Аналогичным образом работает и Insider Preview. В общем-то обе эти системы ориентированы на устройства с ограниченными ресурсами, к которым относится и Raspberry. Поэтому ограничение вполне разумное. А если хочется большего, то придется приобретать версию Enterprise.
Шаг 2. Подготавливаем карту памяти, устанавливаем на нее систему
Все делается в том же Dashboard. Выбираем тип платы, вставляем карту памяти, вводим сетевое имя устройства, меняем пароль. Кстати, по умолчанию, а иногда пароль, введенный на стадии подготовки карты не срабатывает, используется связка Administrator/p@ssw0rd в качестве пары логина и пароля. Тут же можно прописать и подключение к вашей Wi-Fi сети.
Если выбранный дистрибутив не был ранее скачен на компьютер, то Dashboard автоматически его скачивает. Далее происходит запись на карту памяти.
Шаг 3. Первый запуск Raspberry с Windows IoT на борту
После установки карты памяти, можно смело подключать плату к сети Ethernet (или не подключать, если настроен Wi-Fi), да подавать питание. Первая загрузка происходит дольше, чем все последующие, поскольку происходит первичное развертывание операционной системы. В моем случае первичная загрузка заняла минуты три или четыре. Первичная настройка может производиться в полностью Headless режиме, нет необходимости подключать дисплей или клавиатуру. Что, согласитесь, очень удобно, особенно если устройство у вас уже физически интегрировано куда-нибудь в подвал и приварено стальной арматурой к бетонному блоку, чтобы вандалы не уволокли.
Антенна с поддержкой Wi-Fi и Bluetooth на чипе у Raspberry Pi 3
Кстати, на Raspberry 3 есть два светодиода. Красный сигнализирует, что питание на плату подается. А зеленый горит, когда есть обращения к карте памяти. С Windows IoT зеленый светодиод бесполезен, по крайней мере в текущей редакции системы. Он ничего не сигнализирует, просто не горит и все.
Шаг 4. Дальнейшая настройка
После прохождения первоначальной настройки к устройству уже можно обращаться по сети и использовать его на полную. Если же в сети его, по каким-то причинам, не видно. То тогда придется подключить монитор и клавиатуру, а затем выполнить настройку сети через интерфейс Windows IoT.
Если же с сетью все в порядке, то основным способом настройки системы является Web-интерфейс. Попасть в него можно через тот же Dashboard. В разделе My Devices отображаются все ваши Windows IoT устройства доступные в вашей сети. Жмакаем правой кнопкой и выбираем панель управления устройством.
Под нагрузкой (установка апдейтов) плата греется до существенных значений. Радиаторы холоднее, чем сама плата, видимо используемый скотч 3M не очень здорово проводит тепло. Необходимо отклеить радиаторы от чипов, заменить скотч на нормальный термоинтерфейс.
Кстати, на удивление, отрабатывает Web-сервер в Windows IoT куда быстрее, чем даже на моем микросервере. Через интерфейс можно настроить все, что положено настраивать обычному пользователю, включая пароль доступа, пин-код для удаленной отладки и прочее вкусности. Не обойдены стороной и любимые Microsoft обновления для системы. Да, Windows IoT обновляется аналогично своим собратьям для больших ПК. Процесс обновления кстати не быстрый, а железо раскаляется от нагрузки.
Отдельно хочу упомянуть про мониторинг нагрузки на плату. На соответствующей вкладке доступны различные показометры, что вполне удобно, хотя бы с целью определения нагрузки на плату самой операционной системой. Графики наглядны и отображают сведения в режиме реального времени.
Что еще? Я заметил, что Dashboard хитро подготавливает карту памяти для записи. Вне зависимости от ее объема он ее форматирует как карту на 64 Гб. Возможно, что такой подход нужен для установки Windows IoT, но вот после, когда передумаете использовать Windows IoT, стоит не забыть и переформатировать карту под ее истинный размер. Иначе могут возникать различные коллизии, например, операционная система видит, что на карте осталось еще куча места, поэтому не ограничивает себя и пишет множество данных на карту, не стирая старое. А потом бац и система становится нестабильной, вплоть до невозможности ее загрузки.
Как управлять Raspberry с установленной Windows IoT
Вариантов тут несколько. Самое первое и самое простое, что может прийти в голову — использование монитора и клавиатуры. Подключаем и попадаем в интерфейс Windows IoT. Тут же можно слегка подшаманить сетевые настройки, перезагрузить плату, запустить установленные приложения.
Если вариант прямого управления не подходит, то можно (и даже нужно) управлять платой по сети. В настоящее время для этих целей присутствует целых три способа. Можно управлять Windows IoT через штатное средство Windows PowerShell. Легче всего подключиться к удаленной системе все через тот же Dashboard. Либо можно воспользоваться подключением по SSH. Тут уж подключаться можно вообще с любой системы, хоть из-под Windows, хоть с Android, а в Linux SSH так вообще стандартное средство. Даю наводку, для Windows можно использовать сверхпопулярный терминал PutTTY.
Но к плате можно подключиться и иным способом. Прямиком в графический интерфейс. Для этого необходимо включить удаленный доступ на плате, лучше всего это сделать через веб-интерфейс (самая нижняя вкладка). А затем скачать через Windows Store приложение для доступа к Windows IoT. Его вызов возможен так же через Dashboard. К моему стыду, мне так и не удалось подключиться к плате при помощи графического интерфейса. Приложение просто отказывалось подключаться и все, а все советы по поводу модификации конфигурационного файла не помогали, т.к. в актуальной версии Windows IoT эти советы уже внедрены в конфигурацию. Тем не менее, такая возможность существует.
Что можно запускать на Windows IoT?
Самый интересный для меня вопрос. На текущий момент (начало весны 2017), Windows IoT очень стремительно развивается и постоянно модернизируется. Но выбор ПО, вернее программных платформ, для системы ограничен. Microsoft делает ставку исключительно на UWP, как на новую парадигму ПО, работающего одинаково на всех устройства экосистемы Windows. Поэтому приложения UWP должны работать на Windows IoT Core почти без вопросов. Другое дело, что они будут так работать, но на текущий момент могут наблюдаться несовместимости, связанные с неполноценной поддержкой всех API доступных в UWP. Кроме UWP можно попробовать запустить Win32 приложения, по слухам от очевидцев, работать нормально с ними все равно не выйдет. Никакого ввода-вывода от приложений Win32 добиться не выйдет, только доступ извне, например, по сети на каком-то порту.
Для чего и выводы
Эксперимент по скрещиванию продукции Microsoft и крошечного компьютера Raspberry можно считать успешным. Связка работает, обновления ставятся, в сети видно. Вот только совсем непонятно для чего его использовать. Запустить нужное мне ПО под Windows IoT не представляется возможным. Тот же SoftEther VPN или FAR даже и не установить на плате. Нужных мне UWP приложений под рукой тоже нет. Остается только заниматься разработкой. А вот тут у Microsoft запасен такой козырь в рукаве, против которого мало кто сдюжит. Разрабатывать приложения, на множестве языков, для Windows IoT можно с использованием среды Visual Studio. С использованием всей ее мощи, включая развитые средства профилирования и отладки.
Но и тут есть одно, небольшое «но». Да, Raspberry обладает хорошо развитым интерфейсом связи с внешним миром. К плате можно подключить, хоть черта лысого. Да и производительности предостаточно. Но на мой взгляд, при наличии копеечных плат ESP8266 делающий все тоже самое, только куда дешевле и немного проще, целесообразность использования почти полноценного компьютера с реальной операционной системой и чрезмерной производительностью, излишне. Для реализации простых проектов по автоматизации ресурсов ESP8266 более чем достаточно. Впрочем, наверняка найдутся задачи, в которых Windows IoT вкупе с платами типа Raspberry придутся как нельзя кстати, но произойдет сие скорее всего в корпоративном секторе, например, некоторые банкоматы, наконец-то перейдут с уже устаревшей OS/2 на современную платформу.
Если же попытаться сформулировать вывод, например, для чего мне нужна плата Raspberry, то очень быстро приходишь к выводу, что в принципе ни для чего. Все, что мне нужно запрограммировать в плане автоматизации или поумневшего дома, отлично реализуется на чипах ESP и куда дешевле. Делать из Raspberry какой-то Hub при наличии полноценных серверов — тоже смысла не много. Разве что только установить на Raspberry операционную систему семейства Linux и организовать очередной серверок? Кстати, именно так я и поступлю.
Полезные ссылки :
Официальный FAQ по Windows IoT от Raspberry
Официальный сайт Microsoft по Windows IoT
Официальные образы операционных система для Raspberry и загрузчик NOOBS.
Опубликовано 20.04.2017 автором kvv в следующих категориях:
Soft железо статья
Настраиваем Raspberry Pi 3 и учимся программировать
Ставь лайк! Делись с друзьями, потому что дальше будет интереснее! Понравилась статья? Ставь палец вверх и будешь видеть наши новости чаще!
Raspberry Pi — одноплатный компьютер размером 55х85мм.
Изначально проект создавался как образовательный. Raspberry Pi отлично подходит для изучения основ программирования и электроники из-за небольшой стоимости (порядка 35$) и наличия практически всех необходимых признаков настоящего компьютера. На основе Raspberry Pi создано множество компьютерных классов. Однако сегодня его назначение вышло далеко за пределы образовательного. Устройство широко используется для создания различных электронных устройств от радиоприемников и медиаплееров до роботов и «умных домов».
Самая мощная на сегодня модель Raspberry Pi 3 Model B имеет разъём HDMI для подключения монитора, 4 USB-порта для подключения USB устройств, Ethernet-порт для подключения к сети, встроенный Wi-Fi и Bluetooth, 4 ядерный 64-битный процессор ARM 1.2Ghz, 1GB оперативной памяти. В отличие от обычных компьютеров на маленькой плате Raspberry есть 40 контактов (пинов) GPIO, который могут использоваться как на вход, так и на выход с применением различных протоколов взаимодействия с внешними устройствами, что и позволяет подсоединять к плате различные датчики и исполнительные приборы.
1. Внешний вид, основные элементы, корпус.
Итак, в наших руках Raspberry Pi 3 Model B.
Верхняя сторона выглядит так:
На нижней стороне установлены слот для SD-карты и оперативная память. SD-карта служит постоянным запоминающим устройством и содержит файлы операционной системы, программ и файлы пользователя.
Для удобства обращения с платой предлагается множество различных корпусов, аот детали одного из них, они соединяются между собой без винтов:
Но сначала на процессор и графический чип стоит установить радиаторы, поскольку эти микросхемы прилично греются при активной работе платы:
Вот теперь можно собрать корпус и пометить туда плату микрокомпьютера:
Корпус имеет открывающуюся крышку для удобного подключения камеры, дисплея и контактов GPIO.
1. Подготовка к включению и первый запуск.
Для первого запуска Raspberry необходимо следующее:
- микро SD-карта с установленной операционной системой (OC) Raspbian, рекомендуемой для этого устройства (оптимальная емкость карты – 8Гб, класс скорости — 10);
- монитор с HDMI входом;
- сетевой блок питания с выходным напряжением 5В и током не менее 2А, с выходным разъемом micro-USB;
- USB-мышь и USB-клавитура.
Образ операционной системы Raspbian, созданной на основе Linux Debian 8 Jessi, можно скачать в разделе Downloads сайта raspberrypi.org . Для начала можно воспользоваться образом RASPBIAN JESSIE LITE, как наиболее простым в изучении. Записать образ на SD-карту удобно из-под Windows с помощью программы Win32DiskImager. Способ установки и сама программа описаны на сайте Raspberry по адресу .
Вы также можете воспользоваться файлами, размещенными на нашем сайте в карточке Raspberry Pi 3 или напрямую скачать с Яндекс диска :
- образ операционной системы;
- программа Win32DiskImager.
Дальнейшее описание базируется именно на этом образе.
Мышь и клавиатура, подключенные к Raspberry без проблем распознаются системой. Можно также использовать беспроводную мышь и клавиатуру, например Bluetooth, но их надо настроить после запуска Raspberry, а для этого нужна хотя бы USB-мышь. У нас в хозяйстве не нашлось USB-клавиатуры, поэтому для первого запуска мы подключили USB-мышь, а также монитор и питание:
Кстати, на плате нет выключателя питания, она запускается сразу при подключении разъема, и начинается загрузка операционной системы. После загрузки на экране появляется рабочий стол с вполне привычными (но оригинальными) обоями и иконками:
На начальном экране имеются легко распознаваемые иконки Меню, интернет-браузера, менеджера Bluetooth, регулятора громкости, настройки сети и некоторые другие. Из них, пожалуй, самая нужная при настройке и работе – это черный экранчик в правой верхнем углу: терминал. С помощью терминала вводятся команды операционной системы. Поскольку далеко не все программы для Linux имеют графический интерфейс, их можно запустить и работать в них только посредством командной строки. Именно эту возможность и предоставляет терминал. Также все системные операции Linux, например установка и удаление программ осуществляются преимущественно через терминал. В OC используется программа LXTerminal, которая и запускается при щелчке правой кнопкой мыши по иконке. Следует заметить, что многие команды требуют ввода в начале строки приставку sudo (gksudo при запуске программ с графическим интерфейсом), что позволяет выполнить команду от лица администратора компьютера, то есть с наивысшими правами (sudo — Super User Do). Только администратор может устанавливать и удалять программы, а также менять параметры OC и ее конфигурацию.
После первой загрузки системы имеет смысл сразу подключиться к интернету, чтобы обновить файлы ОС до актуальной версии. В правом верхнем углу рабочего стола есть иконка с узнаваемым изображением двух терминалов. При подключении кабеля к разъему Ethernet на плате Raspberry происходит автоматическое подключение к локальной сети. Если щелкнуть мышью по этой иконке, появляется список беспроводных сетей, из которых можно выбрать свою и подключиться к ней, введя соответствующий ключ. При этом вместо терминалов на иконке появится стандартное изображение подключение к беспроводной сети. Именно такая ситуация показана на рисунке выше.
Надо сказать, что по сравнению с ранними версиями Linux многие задачи сейчас автоматизированы. Например, если ранее было необходимо из командной строки монтировать том при подключении обычной флешки, то сейчас флешка распознается при подключении в один из четырех разъемов USB на плате вполне самостоятельно и ей сразу можно пользоваться.
Теперь можно подключить, например, беспроводные мышь и клавиатуру по Bluetooth:
Это делается щелчком на иконке с логотипом Голубого Зуба рядом с индикатором подключение к сети в правом верхнем углу экрана. Далее надо нажать Add Device и выбрать ваши устройства из списка найденных беспроводных устройств.
Следует отметить, что при всем удобстве использовании Bluetooth устройств ввода с Raspberry – они не занимают разъемов USB – эти устройства в нашем случае периодически теряли связь с платой. Поэтому для стабильной работы, все же следует использовать USB-мышь и клавиатуру, а так же, в качестве альтернативного варианта, занимающего только один USB-разъем, комплект мыши и клавиатуры с одним приемопередатчиком по радиоканалу.
После соединения с сетью мы попробовали, используя уже и мышь и клавиатуру, зайти в интернет, щелкнув на иконке браузера. Сайты открывались без проблем, с приемлемой скоростью.
1. Знакомство с GPIO, программированием на Python и запуск светофора
Контакты GPIO, безусловно, являются очень интересной частью Raspberry, значительно расширяющей возможности микрокомпьютера для применения в электронных автоматизированных системах. С помощью этих контактов можно как считывать данные с огромного множества предлагаемых сегодня датчиков: температуры, давления, движения, наклона, ориентации, открытия и т.п., так и посылать команды на исполнительные устройства: реле, двигатели, актуаторы, серво-машины и многие другие.
Вот схема 40-контактного разъема GPIO:
Как видно, кроме обычных цифровых пинов вход/выход, принимающих или выдающих значения логических 0 и 1, имеются контакты, работающие по распространенным интерфейсам I2C, SPI и UART. Также есть возможность генерации ШИМ и прерываний от изменения уровней на входах.
Используем GPIO для моделирования работы светофора по нажатию кнопки, как это делается на редко используемых пешеходных переходах, где обычно горит зеленый свет для транспорта, а пешеход может кнопкой запустить программу включения красного света для транспорта. Алгоритм этой программы такой: при нажатии кнопки начинает мигать зеленый свет, затем на короткое время зажигается желтый, затем красный; красный свет горит некоторое время, затем короткое время горят красный и желтый, и, наконец, снова зеленый; далее система ждет очередного нажатия кнопки.
Для программирования этого алгоритма воспользуемся встроенной в образ ОС Raspbian интегрированной среды разработки (IDE) на языке Python (Пайтон). Язык Python имеет имеет большое число достоинств, о которых можно почитать в сети, что делает его весьма хорошим инструментом как для начинающих программистов, так и для профессионалов. Это интепретирущий язык , его команды выполняются последовательно, одна за другой. В IDE Python команды можно выполнять, просто вводя их с клавиатуры и нажимая клавишу Enter в конце строки.
Среда разработки программ на языке Python запускается с рабочего стола последовательным выбором Menu – Programming — Python 3. Далее, в открывшемся окне Python Shell следует нажать File – New File. В открывшемся окне редактора нужно набрать или скопировать следущий текст программы, обращая особое внимания на отступы в тексте, так как для программ на Python они имеют принципиальное значение: