Raspberry Pi

Raspberry Pi

Der Raspberry Pi ist ein Mini-Computer, der ursprünglich für Schüler und Studenten gedacht ist, aus diesem Grund sehr günstig ist und nur ca. 35 Euro kostet. Dieser Mini-Computer ermöglicht den Erstkontakt zu Linux, Shell Scripting, Programmieren, Physical Computing und kann auch im Produktiveinsatz verwendet werden. Ganz nebenbei kann man mit dem Raspberry Pi viel über die grundsätzliche Funktionsweise von Computern lernen.
Der Raspberry Pi wurde wegen rückläufiger Bewerberzahlen für den Studiengang der Computerwissenschaften an der Universität Cambridge entwickelt. Statt reiner Theorie wollte man den Studiengang mit praktischen Anwendungen aufwerten.

Raspberry Pi Modelle

Modell RPi A RPi A+ RPi B RPi B+ RPi Zero RPi 2 B RPi 3 B
System on Chip Broadcom BCM 2835 (ARMv6) BCM2836 (ARMv7) BCM2837 (ARMv8)
700 MHz 1 GHz 900 MHz 1,2 GHz
RAM 256 MByte (400 MHz) 256 MByte (400 MHz) 512 MByte (400 MHz) 512 MByte (400 MHz) 512 MByte (400 MHz) 1 GByte 1 GByte
Speicher SD-Card MicroSD-Card SD-Card MicroSD-Card MicroSD-Card MicroSD-Card MicroSD-Card
USB 2.0 1 1 2 4 1 4 4
HDMI 1 1 1 1 1 1 1
Video-Ausgang 1 1 1 1 - 1 1
Fast Ethernet - - 1 1 - 1 1
Audio-Ausgang 1 1 1 1 - 1 1
GPIO-Pins 26 (17) 40 (26) 26 (17) 40 (26) 40 (26) 40 (26) 40 (26)
SD-Slot SD microSD SD microSD microSD microSD microSD
Preis ca. 25 Euro ca. 25 Euro ca. 25 Euro ca. 30 Euro ca. 5 Euro ca. 35 Euro ca. 40 Euro

Es gibt noch das Compute Module, bei dem der System-on-Chip und das RAM wechselbar ist. Der ist allerdings für den Industrie-Bereich gedacht.

Erste Schritte mit dem Raspberry Pi

Der Raspberry Pi ist so entwickelt, dass er eine niedrige Einstiegshürde bietet. Im Prinzip kann man den Raspberry Pi nach dem Anschluss eines Bildschirms per HDMI und einer Tastatur und Maus per USB sofort in Betrieb nehmen. Dafür reicht ein einfaches Steckernetzteil mit dem man auch ein Handy aufladen kann.

Das Betriebssystem wird von einer SD-Speicherkarte gestartet und muss dazu zuerst auf die Speicherkarte geschrieben werden. Dieser Vorgang ist beim ersten Mal etwas knifflig. Es gibt aber SD-Speicherkarten zu kaufen, auf denen das Betriebssystem schon aufgespielt ist. Es ist aber zu empfehlen es selber zu versuchen, damit man ein zerschossenes System im Zweifelsfall selber wieder herstellen kann.

Typische Anwendungen mit dem Raspberry Pi

  • Mini-PC
  • Steuerungs-Computer
  • Multimedia-Center
  • NAS (eingeschränkt)

Die Rechenleistung des System-on-Chip von Broadcom ist nicht besonders groß, weshalb es für den Raspberry Pi nur eingeschränkte Anwendungen gibt. Wer mit dem Raspberry Pi experimentiert stößt schnell an dessen Leistungsgrenzen.

Was der Raspberry Pi nicht kann

Inzwischen ist der Raspberry Pi nicht nur im Bildungsbereich, sondern vor allem auch bei Hobby-Elektronikern und Bastlern genauso beliebt wie zum Beispiel der Arduino. Eine sehr große Entwicklergemeinde beschäftigt sich mit den Möglichkeiten dieses Mini-Computers für den es viele Erweiterungen, Zubehör und Software gibt.
Die Möglichkeiten des Raspberry Pi sind umfangreich, aber nicht unbegrenzt. Gerne wird der Raspberry Pi mit anderen Ein-Platinen-Computern verglichen. Beispielsweise mit einem Mini-PC mit Quad-Core-CPU. Im Vergleich dazu hinkt ein Raspberry Pi weit hinterher. Dazu muss man wissen, dass der Raspberry Pi als Mini-Computer für den Bildungsbereich entwickelt wurde und möglichst günstig sein sollte. Da blieb die Leistungsfähigkeit auf der Strecke.

  • Rechenleistung: maximal 1 GHz
  • Arbeitsspeicher: maximal 1 GByte
  • I/O-Geschwindigkeit: USB, SD-Speicherkarte, ...
  • Energieversorgung: Instabiler Betrieb bei ungeeigneten Netzteilen und USB-Geräten

Leider verlieren einige Bastler beim Entwickeln und Umsetzen von Anwendungen auf dem Raspberry Pi dessen Zielsetzung aus den Augen und sind dann schwer enttäuscht, wenn dessen Leistungsfähigkeit für die gewählte Anwendung nicht ausreicht.

Betriebssysteme

Als Betriebssystem kommt ein beliebiges Linux zum Einsatz, das für den Raspberry Pi compiliert ist. Besonders beliebt ist Raspbian, dass auf der Debian-Distribution basiert. Es gibt aber noch andere Alternativen. Insbesondere für spezielle Anwendungsfälle.

Erweiterungen

Für den Raspberry Pi gibt es verschiedenste Erweiterungen. Am einfachsten lässt sich ein Raspberry Pi über den USB erweitern. Hier kann man USB-Hubs, Festplatten, WLAN-Sticks und weiteres anschließen. Voraussetzung ist jedoch eine Treiber-Unterstützung. Es gibt allerdings viele Online-Shops, die spezielle Komponenten für den Raspberry Pi anbieten.

  • Kamera
  • Erweiterungsboards über GPIO-Pfostenleiste
  • RaspiRobot Board für Modellbau-Servos und Motoren
  • Anschlüsse für Arduino-Shields
  • Belegung GPIO für Raspberry Pi

HAT - Hardware Attached on the Top

Hardware Attached on the Top, kurz HAT, ist eine Spezifikation für Erweiterung für den Raspberry Pi. Die als HAT bezeichneten Erweiterungsboards kennt man auch als Shields für den Arduino und Capes für das BeagleBoard. Ein Erweiterungsboard darf sich aber nur als HAT bezeichnen, wenn es sich an die HAT-Spezifikation hält.
Die Spezifikation definiert eine 65 mm × 56 mm große Platine mit abgerundeten Ecken und vier Löchern zur mechanischen Befestigung des HAT am Raspberry Pi. Eine Buchsenleiste stellt die Verbindung mit dem 40-poligen GPIO-Header des Raspberry Pi her. Mit den Modellen A und B des Raspberry Pi sind HATs nicht kompatibel.
Auf den Erweiterungsboards ist ein EEPROM vorgesehen über das es erkannt und die benötigten Treiber automatisch geladen werden. So soll dem Nutzer eine manuelle Konfiguration erspart bleiben.

Warum Raspberry Pi?

Angesichts verschiedener und viel leistungsfähiger Alternativen spricht für den Raspberry Pi vor allem der Preis und die damit geringe finanzielle Einstiegshürde. Wer nach dem Kauf feststellt, dass das ein Fehlgriff war, hat nicht so viel Geld kaputt gemacht und bekommt aufgrund des großen Interesses einen Raspberry Pi mitsamt Zubehör auch schnell wieder verkauft.
Gleichzeitig hat der Raspberry Pi im Vergleich zu allen anderen niederpreisigen ARM-Computern die beste Software-Unterstützung. Und es gibt vielfältige Zusatz-Hardware und Erweiterungen zu günstigen Preisen, die bei anderen ARM-Computern kaum verfügbar oder viel teurer ist.

Arduino vs. Raspberry Pi

Gelegentlich werden der Arduino und Raspberry Pi auf eine Stufe gestellt und miteinander verglichen. Doch so einfach ist das nicht. Denn beide Systeme sind viel zu unterschiedlich, als das man sie als Konkurrenten sehen könnte. Ein Arduino hat zum Beispiel keine Grafikausgabe. Es lässt sich mit ihm also kein PC nachbauen. Mit einem Raspberry Pi ist das dagegen möglich, wenn auch nicht besonders leistungsfähig.
Der Arduino eignet sich hauptsächlich für Sensordatenerfassung und Steuerungsaufgaben. Selbstverständlich ist das auch mit einem Raspberry Pi möglich. Der entscheidende Unterschied zwischen Raspberry Pi und Arduino ist, dass auf einem Arduino kein Betriebssystem arbeitet, sondern der Nutzer ein Programm schreiben muss, dass dann als Firmware im darauf befindlichen Mikrocontroller gespeichert und ausgeführt wird. Die Anbindung von Netzwerken und Massenspeicher sind nur über Umwege möglich. ARM-Computer, wie der Raspberry Pi, sind hier wesentlich leistungsfähiger, wobei sie auch mehr Ressourcen benötigen.
Wer reine Steuerungsaufgaben hat und das Programmieren in C nicht scheut, der ist mit dem Arduino gut beraten. Alles darüber hinaus macht man besser mit einem Raspberry Pi.

Bastel- und Experimentier-Ideen

Übersicht: Raspberry Pi

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