Raspberry Pi als Mikrocontroller

Der Raspberry Pi ist kein Mikrocontroller, sondern ein Einplatinen-Computer. Im Vergleich zu einem Mikrocontroller ist er viel leistungsfähiger. Deshalb blickt man als Mikrocontroller-Programmierer manchmal neidisch auf die Möglichkeiten und die Flexibilität dieses Einplatinen-Computers. Immer natürlich mit dem Wissen um die damit einhergehende Komplexität aus Hardware und Software, weshalb man den Gedanken schnell wieder verwirft.

Aber, so abwegig ist es nicht, einen Raspberry Pi wie einen Mikrocontroller zu programmieren und zu nutzen. Nicht nur, weil beim Raspberry Pi die Hardware-Leistung höher ist, sondern er typische Computer-Anschlüsse hat, es eine vielfältige Software-Unterstützung gibt und das Gesamtsystem viel flexibler ist.

Technischer Vergleich

Merkmal	Raspberry Pi	Typisches Mikrocontroller-Board
Geräteart	Einplatinencomputer	Mikrocontroller-Board
Betriebssystem	Ja	Nein
Startzeit	ca. 20 bis 60 Sekunden	wenige Millisekunden
Prozessor	Multi-Core-ARM-CPU	Mikrocontroller
Arbeitsspeicher	512 MByte bis 8 GByte (je nach Modell)	einige kByte bis wenige MByte
Massenspeicher	microSD-Karte oder SSD	interner Flash-Speicher
Programmierung	Python, C/C++, ...	C/C++. MicroPython, CircuitPython
Multitasking	ja	nein
Leistungsfähigkeit	hoch	gering bis mittel
Energieverbrauch	relativ hoch	sehr gering
Echtzeitfähigkeit	eingeschränkt	ja
Analoge Eingänge	nein	ja
Netzwerk	WLAN, Bluetooth, Ethernet (modellabhängig)	teilweise (modellabhängig)
USB	ja	meist nur zur Programmierung
HDMI	ja	nein
Typische Anwendungen	Mediencenter, Server, KI, Robotik, Bildverarbeitung	Steuerungen mit Sensoren, Automatisierung, IoT
Preis	ca. 50 bis 120 EUR	ca. 5 bis 30 EUR

Idee 1: Bare Metal CircuitPython auf dem Raspberry Pi

Statt mit einem Betriebssystem kann man den Raspberry Pi mit einer Bare-Metal-Version von CircuitPython betreiben und ihn wie einem Mikrocontroller programmieren. Das ist eine Lösung, wenn man mit Einschränkungen wegen der fehlenden Hardware-Unterstützung wie z. B. WLAN und PWM klarkommt. Die Vorteile sind höhere Rechenleistung, größerer Massenspeicher und HDMI-Unterstützung.

Raspberry Pi: Bare Metal CircuitPython

Idee 2: Raspberry Pi mit Python wie einen Mikrocontroller programmieren

Ein Mikrocontroller lässt sich vergleichsweise einfach programmieren. Man verbindet ihn mit einem Computer per USB. In einer Entwicklungsumgebung wählt man die virtuelle Schnittstelle aus, an dem der Mikrocontroller hängt.

Der Raspberry Pi wird meist mit einem Betriebssystem im Desktop-Modus gestartet, um ihn dann lokal zu programmieren. Zum Beispiel mit der Thonny Python IDE.
Profis programmieren den Raspberry Pi auf der Kommandozeile per SSH aus der Ferne. Dann wird oft ein unkomfortablerer Texteditor wie nano oder vi verwendet.

Es gibt aber auch die Variante, die beides kombiniert. Man programmiert den Raspberry Pi mit der Thonny Python IDE auf einem beliebigen Computer über SSH aus der Ferne. Der Programmcode wird dabei wie gewohnt auf einem beliebigen PC geschrieben und über die Ferne auf dem Raspberry Pi gespeichert und ausgeführt. Dadurch kann der Raspberry Pi ohne Monitor, Tastatur oder Maus (headless) genutzt werden, was die Entwicklung deutlich vereinfacht und beschleunigt.

Das besondere dabei, es ist keine Kabelverbindung zwischen Host-Computer und Raspberry Pi notwendig. Das macht die Programmierung so einfach wie bei einem Mikrocontroller.