Was ist ein Raspberry Pi?

Der Raspberry Pi ist ein Minicomputer, der durch seine geringe Größe im Scheckkartenformat auffallend klein, dafür aber sehr leistungsstark ist. Er wurde von der Firma Raspberry Pi Foundation entwickelt, um jungen Leuten das Programmieren zu erleichtern sowie Kenntnisse über Hardware zu vermitteln. Der Einplatinencomputer mit einem ARM-Mikroprozessor und einem Ein-Chip-System von Broadcom kostet je nach Modell nur zwischen 5 und 35 US-Dollar und verbraucht unter Volllast nur etwa 3-4 Watt.

Somit ist der Minicomputer extrem stromsparend und verbraucht gegenüber einem handelsüblichen PC nur etwa ein Zehntel des Stromes. In Zahlen ausgedrückt bedeutet dies, dass die Platine im Dauerbetrieb nur circa 10 Euro im Jahr verbrauchen würde, ein großer Rechner hingegen 800 Euro.

Ein Mini als Mediacenter

Der Minicomputer wird sehr oft als Mediacenter verwendet. Der Rechner verfügt über eine HDMI-Schnittstelle mit denen Videodaten in voller HD-Auflösung (1080p) ausgegeben werden können. Die Grundausstattung der Platine verfügt über einen ARM-Prozessor, Grafikprozessor und Arbeitsspeicher.

Vor allem ist es das Experimentieren und Handling mit der Platine, die diese zum Beispiel auch in der Robotik äußerst interessant macht. Des Weiteren kann das Gerät als intelligente Haussteuerung verwendet werden.

Als Betriebssystem für die Platine ist jede grafische Benutzeroberfläche von Linux und Windows geeignet. Das System wird dabei für gewöhnlich von einer wechselbaren SD-Speicherkarte als internes Boot-Medium gestartet. Über USB-Schnittstellen, Ethernet und 21GPIO-Pins lässt sich der Minicomputer mit anderen Geräten, wie zum Beispiel einer externen Festplatte verbinden.

Der Computer im Kleinstformat kann sehr einfach programmiert werden. Es ist mit ihm möglich, Programme zu installieren und auch im Internet zu surfen. Zurzeit sind mehrere Modelle auf den Markt, die je nach Verwendung unterschiedlich geeignet sind.

Was brauche ich zum Einstieg?

Um den Computer in Betrieb nehmen zu können, werden einige Module und Gerätezubehör benötigt.

Stromversorgung

Die Stromversorgung des Gerätes erfolgt über ein Micro USB Kabel, wie sie auch für das Handy verwendet werden. Das Netzteil sollte dabei genug Strom für die Anwendungen liefern, was im Normalbetrieb etwa 700 mA entspräche. Wird das Gerät jedoch mit mehreren USB Geräten oder Sensoren pro GPIO bestückt, kann der Stromverbrauch sich erhöhen. Es empfiehlt sich deswegen ein 3A Netzteil zu verwenden (Micro USB Netzteil 5V 3A). Die Platine lässt sich auch mit Akkus oder Powerbänken betreiben. Hierfür benötigt man einen Batteriehalter und 4 x 1.2 V Akkus oder eine Powerbank mit einer Leistungskapazität von 20 A/h.

Display

Das Gerät kann zur Medienwiedergabe, zum Beispiel von Video oder Fotodateien genutzt werden. Für die bildliche Wiedergabe dazu ist im Grunde jede Art von Touchscreen und Display zunächst geeignet. Es empfiehlt sich jedoch, einen Touchscreen des Herstellers zu verwenden, da dieser über den intergierten DSI Port mit der Platine verbunden werden kann und keine externe Stromversorgung benötigt. Alle anderen Geräte, wie normale Touchscreens und Monitore werden über HDMI mit dem Gerät verbunden und benötigen externen Strom. Die Treiber der Geräte sollten jedoch kompatibel mit der Platine sein.

Steuerung

Der Minicomputer ist über SSH oder RDC remote steuerbar und kann auch über eine Tastatur oder eine Maus gesteuert werden. Hierfür eignen sich besonders kabellose Sets, die nur einen Empfänger für Kabel und Maus haben. Des Weiteren lässt sich die Platine über eine Keypad Matrix oder einen Fingerabdrucksensor absichern.

Speicher

Zum Speichern von Daten wird für das Gerät eine SD Karte verwendet. Je nach Modell handelt es sich dabei entweder um eine normale SD Karte, Model A/B oder eine microSD Karte für die Modelle B+, Pi 2 und Pi 3B. Da auf dieser Karte das Betriebssystem installiert werden muss, empfiehlt es sich eine Karte mit genügend Kapazität zu verwenden. Für die meisten Betriebssysteme werden circa 8 GB Speicher benötigt, jedoch ist es nicht unklug, von vornherein das System mit genügend Speicher zu bestücken.

Für die Verwendung der Platine wird als Betriebssystem oft Raspbian verwendet oder eine LITE Version, die über keinen Desktop verfügt, jedoch mit einer Kommandozeile ausgestattet ist.

Falls weiterer Speicherplatz benötigt wird, kann die Platine über den USB Port mit einer externen Festplatte verbunden werden.

Zubehör

Sollte man mit dem Computer in das Internet gehen wollen, ist der Zugang dazu modellabhängig. Für das Modell A wird ein WLAN Stick benötigt. Bei den Modellen B/B+ ist der Anschluss zum Internet über ein Ethernet Kabel möglich, aber eine Drahtlosverbindung ist auch hier möglich. Im Pi 3 ist bereits ein Netzwerkmodul vorintegriert.

Da elektronische Bauteile sehr Schmutz- und Staubpartikel anfällig sind, lohnt es sich die Platine in einem Gehäuse zu benutzen. Diese werden in verschiedenen Formen und Farben angeboten und können auch mit Kühlkörpern versehen werden, da das Gerät selbst über keine integrierte Kühlung verfügt.

Interessanterweise werden für den Minicomputer sogenannte Starterkits angeboten, in denen die Platine, Stecksysteme, Adapter und SD Karten komplett enthalten sind und auch zusätzliches, nützliches Material bereitgestellt wird. Das reine Starterkit, welches vom Hersteller angeboten wird, enthält die Platine mit Gehäuse, ein USB-Netzteil sowie eine SD Karte mit vorinstalliertem NOOBS Betriebssystem und ein Steckbrett.

Experimentieren und Programmieren

Der Minicomputer eignet sich hervorragend zum Experimentieren und zum Programmieren. Dazu kommen sogenannte GPIO Pins zum Einsatz. Die Pins sind programmierbar und können Signale einlesen und ausgeben, wodurch Schaltungen und Steuerungen von elektrischen und elektronischen Bauteilen und Geräten möglich sind.

Für das Verbinden von Bauteilen wie Sensoren und GPIO Pins mit der Platine ist ein sogenanntes Steckbrett, das Breadboard, sehr nützlich. In dieses werden die Sensoren, Kabel oder LEDs einfach eingesteckt und dann miteinander verbunden. Die GPIOs werden mit der Platine über Jumper Kabel verbunden. Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, diese über einen T-Cobbler miteinander zu verbinden.

Es gibt zahlreiche Lektüre und Schritt für Schritt Tutorials, die den Einstieg in die Handhabung erleichtern und das Programmieren mit den Bauteilen des Gerätes genauestens erläutern.

Welche Modelle gibt es?

Da die Preise für die unterschiedlichen Modelle recht ähnlich ausfallen, sollte je nach Anwendungsbereich entschieden werden. Der erste Prototyp des Raspberry Pi entstand im Jahr 2006 und wurde mit einem Atmel-ATmega644-Mikrocontroller produziert. Folgende Modelle gibt es:

• Model A hat eine Speicherkapazität von 256MB RAM und besitzt nur einem USB Anschluss. Es besitzt keinen Netzwerkanschluss.
• Model A+ ist eine verbesserte Version des Model A mit mehr Zubehör.
• Model B verfügt über 512MB RAM, zwei USB Anschlüssen und einem Netzwerkanschluss.
• Model B+ besitzt, gegenüber dem Model B, 4 erweiterte USB Anschlüsse und wird mit einer microSD Karte anstelle der normalen SD Karte betrieben.
• Pi 2 Model B
• Pi 3 Model B hat als erstes Modell einen 64bit Quadcore CPU, einen WLAN Adapter sowie ein Bluetooth Modul. Dadurch sind USB Anschlüsse für andere Geräte frei.

Die Rechenleistung und der Arbeitstakt der verschiedenen Modelle haben sich von Generation zu Generation stetig verbessert. In den ersten Modellen wurden Prozessoren vom Typ Broadcom BCM 2835 (ARMv6) verwendet, die eine Taktfrequenz von 700 Megahertz besitzen. Das neueste Pi 3 Model B wird hingegen mit einem BCM2837 (ARMv8) Quad-Core-Prozessor betrieben mit einer Rechenleistung von 1,2 Gigahertz.