August 2016 - Raspberry Pi

Allgemeines

Raspberry Pi -Logo

Raspberry Pi ist der Name einer Serie von Einplatinencomputern im Kreditkartenformat. Ein Einplatinencomputer (manchmal auch Entwicklerboard genannt) ist im Grundsatz ein meist sehr kleines Mainboard mit allen benötigten Hardwareteilen direkt daraufgelötet, um einen vollwertigen PC darzustellen.

Entwickelt wurde der Computer von der britischen "Raspberry Pi Foundation". Der im Vergleich zu normalen Personal Computern sehr einfach aufgebaute Rechner wurde mit dem Ziel entwickelt, jungen Menschen Programmier- und Hardwarekenntnisse auf eine einfachere Weise näher zu bringen. Daher wurde auch der Verkaufspreis niedrig gehalten, der je nach Modell um die 40 - 50 CHF beträgt.

Den Raspberry Pi gibt es mittlerweile in der 3. regulären Version, daneben gibt es noch andere Varianten, welche meist performantere oder aber nur abgespecktere Versionen sind.

Es existiert ein grosses Angebot an verschiedenem Zubehör sowie auch an verfügbarer Software. Das reicht von Kameramodulen über verschiedene Sensoren bis hin zu kapazitiven Multi-Touch-Touchscreens. Aufgrund dieses vielfältigen Angebots gibt es viele verschiedene Einsatzmöglichkeiten für den Einplatinencomputer. Häufig wird er als Mediacenter genutzt, da seit der ersten Version eine HDMI-Schnittstelle mit einer Videoausgabe von 1080p inbegriffen ist. Als Betriebssystem kommt meist eine Linux-Distribution teils mit und teils ohne grafische Oberfläche - je nach Verwendung - zum Einsatz.

Als internes Boot-Medium wird eine wechselbare (Micro)SD-Karte verwendet. Direkte Schnittstellen für Festplattenlaufwerke sind zwar keine vorhanden es zwar keine, jedoch gibt es auch seit der ersten Version mindestens einen USB-Anschluss, worüber problemlos Speichermedien angeschlossen werden können.

Hardware

Raspberry Pi 3

Den Raspberry Pi gibt es in verschiedenen Versionen, die hier aufgeführt sind:

-Compute Module

-Zero

-Modell A

-Modell A+

-Modell B

-Modell B+

- Raspberry Pi 2 Modell B

- Raspberry Pi 3 Modell B

Die Hardware des Raspberry Pi's wurde im Laufe der Zeit immer weiter verbessert. Angefangen mit dem Prozessor: In den frühen Versionen des Computers war der Prozessor mit 700 MHz getaktet und hatte nur einen einzigen Kern. In der zweiten Version arbeitete er mit 900 MHz und vier Kernen. Aktuell, mit dem Raspberry Pi 3, ist ein 4-Kern 1,2 GHz Prozessor verbaut. Allen Versionen gleich ist die Architektur des Prozessors, hier wurde ARM verwendet.

Ähnlich wie der Prozessor wurde der Arbeitsspeicher immer besser. Anfänglich hatte der Computer 256 MB DDR2-SDRAM verbaut. Bei der neusten Version ist es bereits 1 GB desselben Speichers.

Wie schon erwähnt, wird als nichtflüchtiger Speicher eine SD-Karte verwendet. Bei früheren Versionen wurde ein normaler SD-Kartenleser verbaut, heute sind aber oftmals (nur noch) MicroSD-Kartenleser verfügbar.

Um externe Hardware anzuschliessen, stellt der Raspberry Pi herkömmliche USB-2.0-Schnittstellen zur Verfügung. Seit der zweiten Version sind es zwei und ab der dritten Version vier nicht unabhängige USB-Schnittstellen.

In den früheren Versionen des Computers hatte er noch keine Netzwerkanschlüsse verbaut, erst seit dem "Modell B" der ersten Version ist ein LAN-Anschluss dazugekommen. Seit der dritten Version sind zudem eine 2,4GHz-WLAN und eine Bluetooth 4.1 Schnittstelle verbaut.

Bereits seit den Anfängen des Raspberrys ist eine GPIO-Schnittstelle verbaut. GPIO-Schnittstellen sind frei programmierbare Ein- und Ausgabeanschlüsse. Viele der Zubehörteile werden über diese Schnittstelle mit dem Computer verbunden.

Das Audiosignal wird grundsätzlich über den HDMI-Port ausgegeben. Die regulären Versionen besitzen aber auch einen 3,5mm-Klinkenanschluss.

Betriebssystem

Das Betriebssystem des Raspberry Pi befindet sich auf der (Micro)SD-Karte. Empfohlen wird das auf Debian-Linux basierende Raspbian. Diese Distribution wurde speziell für das Raspberry Pi entwickelt. Die Raspberry Pi Foundation erstellt immer auf Basis der neusten Version dieser Distribution ein eigenes Image mit passender Firmware für die Raspberry-Pi-Modelle.

Verschiedene weitere Linux Distributionen wie Ubuntu, Kali Linux, CentOS etc., die auf ARM-Prozessoren lauffähig sind, können auf den Rechner installiert werden. Auch befindet sich die Portierung von Android im Gange. Eine lauffähige Beta-Version ist bereits verfügbar. 

Windows ist grundsätzlich nicht für das Raspberry Pi verfügbar, da die einzige auf ARM-basierte Version (Windows 8 RT) mindestens 1 GB Arbeitsspeicher benötigt. Zwar hätte das neuste Raspberry nun genügend Arbeitsspeicher, da Microsoft aber schon vor dessen Entwicklung eine Windows 10 Variante für das Raspberry ankündigte, wäre eine Windows 8 RT Version nicht mehr sehr sinnvoll gewesen. Zu beachten gilt, dass die Windows Version für das Raspberry Pi, Windows 10 IoT (Internet of  Things) momentan noch nicht über einen klassischen Desktop verfügt und auch die gewohnten Desktop-Anwendungen nicht kompatibel sein werden.

Die Installation des Betriebssystems gestaltet sich je nachdem sehr einfach. Entscheidet man sich für z.B. Raspbian, kann man praktischerweise auf einen Bootloader namens NOOBS zurückgreifen. Mit NOOBS kann das gewünschte Betriebssystem (falls verfügbar) ausgewählt und mit nur einem Kick installiert werden. Alternativ kann natürlich auch manuell ein Betriebssystem installiert werden, was aber umständlicher ist.

Desktop - Aktuelle Version von Raspbian (Jessie)

Übertaktung

Da der Raspberry Pi im Vergleich zu herkömmlichen PCs nicht sehr viel Leistung aufbringt, ist es manchmal von Vorteil, ihn zu übertakten. Da die Raspberry Pi Foundation eine Verringerung der Lebensdauer bei Übertaktung fürchtete, wurde der Prozessor zunächst mit einem speziellen Bit ausgestattet, welches bei Übertaktung unwiderruflich gesetzt wird. Sobald der Prozessor übertaktet wurde, erlosch die Garantie.
Nachdem jedoch ausführliche Tests gezeigt hatten, dass sich ein Übertakten bis zu 1GHz kaum auf die Lebensdauer auswirkt, wurde mit einem Treiber-Update die Möglichkeit erschaffen, sowohl Prozessor sowie Speicher und GPU ohne Garantieverlust zu übertakten. Frequenz und Spannung wird nur dann erhöht, wenn die Leistung gebraucht wird und die Temperatur unter 85°Celsius liegt.
Das vorhin genannte Bit wird immer noch gesetzt, sobald stärker als empfohlen übertaktet wird.