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© Agzu, sxc.hu

Quadratur der Himbeere

Bastelprojekte mit dem Raspberry Pi

18.10.2012
Der Einplatinen-PC Raspberry Pi erweist sich als Multitalent, das sich gleichermaßen zum Regeln und Steuern wie als kleiner Server eignet.

Vor allem, um günstige Computertechnik in die Hände technisch interessierter Jugendlicher zu geben, rief in Großbritannien ein engagiertes Team um den Ingenieur Eben Upton im Rahmen einer Stiftung ein Projekt namens Raspberry Pi ins Leben [1]. Das erklärte Ziel lautete, einen scheckkartengroßen Einplatinencomputer zu entwickeln und diesen – kompatibel zum oft schmalen Taschengeld der Zielgruppe – auf den Markt zu bringen (siehe Kasten "Historie").

Wen das an die Zeit des Home-Computers erinnert, der liegt nicht vollkommen falsch: Die Gründer wünschten sich ausdrücklich die Wiederbesiedelung von Hobbyräumen, Jugendkellern und Klassenzimmern im Geiste jener Generation, die mit Atari 400/800, ZX80/81 oder VC20/C64 aufgewachsen war.

Ein halbes Jahr nach dem Erscheinen der ersten Serie, die rund 10 000 Stück umfasste, und bei einem Auslieferungsstand von rund 500 000 Stück bietet es sich ab, Nachschau zu halten: Wie weit ist das Projekt gediehen, welche Möglichkeiten bietet die Hardware, was geht und was (noch) nicht. Dieser Artikel gibt anhand von drei Beispielen eine Übersicht, was dieser Winzling vermag.

Historie

Im Jahr 2006 entwickelte Eben Upton mit einem Team die ersten Konzepte zum Raspberry Pi, basierend auf einem Atmel ATmega. Die Idee, Jugendliche mit dem Kleinstcomputer zu begeistern, gehörte bereits damals zum Programm. 2009 gründen die Mitglieder dann offiziell die Raspberry Pi Foundation.

Im August 2011 ging eine rund 50 Boards umfassende Alpha-Serie vom Band. Sie diente in erster Linie als Plattform für Entwickler, zum Debuggen und zu Demonstrationszwecken. Im Dezember 2011 folgte die Beta-Serie mit 25 Boards, die bereits auf dem Produktionslayout basierten. Die Entwickler beseitigten jetzt die letzten Fehler. Bei einer Online-Auktion im Januar 2012 erzielen 10 Boards aus dieser Beta-Serie einen Erlös von insgesamt 16 336 Pfund.

Am 29. Februar 2012, um 7 Uhr mitteleuropäischer Zeit, gehen die Webserver der Foundation sowie der beiden Distributoren innerhalb weniger Minuten unter dem Sturm der Anfragen in die Knie. Erst Stunden später gelingt es vielen, eine Vorbestellung abzusetzen.

Einkaufliste

Ursprünglich hatten die Designer zwei Modelle A und B konzipiert, die sich im Wesentlichen nur in der Anzahl der USB-Ports (einer oder zwei), der Verfügbarkeit eines Ethernet-Ports und natürlich im Preis (25/35 US-Dollar) unterschieden. Tatsächlich steht zur Zeit aber nur Modell B zur Auswahl.

Um den Raspberry Pi, kurz Raspi, in Betrieb zu nehmen, gilt es einen Einkaufsliste für die Basiskomponenten zusammenzustellen. Weitere Tipps für den erweiterten Betrieb finden sich im Netz ([2],[3]). Das eigentlichen Board haben derzeit nur zwei weltweit operierende Distributoren im Programm ([4],[5]). Waren im Frühjahr 2012 noch Lieferzeiten von einigen Monaten nicht ungewöhnlich, so betragen sie jetzt in der Regel höchstens wenige Wochen.

Neben dem Board benötigen Sie ein USB-(Stecker-)Netzteil nicht unter 700 mA. Möchten Sie zusätzliche Hardware mitversorgen, empfiehlt es sich, von mindestens 1 Ampere auszugehen. Als Massenspeicher brauchen Sie eine SD(HC)-Karte mit mindestens 2, besser aber 4 GByte Kapazität. Je nach Einsatzzweck kann auch das noch nicht ausreichen. Da auf der SD-Karte das System untergebracht ist, empfiehlt es sich, eine Karte mit möglichst hoher Geschwindigkeit beim Lesen und Schreiben zu wählen.

Für den drahtlosen Zugang bietet sich ein WLAN-Adapter in Form eines USB-Sticks an. Dieser erweist sich in der Praxis aber als ein schwer einzuschätzender, wohl aber signifikanter Stromverbraucher. Die oberste Priorität gilt aber der Treiberunterstützung und einem schlanken Design, um den zweiten USB-Port nicht zu blockieren. Mit Blick auf die wenigen USB-Ports lohnt es sich, in eine Funktastatur und eine ebenso angeschlossene Maus zu investieren. Das erspart zusätzlich dem – meist knapp bemessenen – USB-Netzteil unnötige Last.

Neben diesen Teilen benötigen Sie noch, ja nach angepeiltem Einsatzzweck, diverse Kabel wie HDMI oder Ethernet. In Bezug auf das HDMI-Kabel gilt: Je kürzer desto besser. Sie haben zwar die Möglichkeit, bei Pixelfehlern die Leistung der Leitungstreiber zu erhöhen, aber das kostet zusätzlichen Strom. Wer Musik hören will oder Filme schaut, benötigt außerdem Kopfhörer oder Boxen.

Für das Expansions-Board im Selbstbau fallen die folgenden Teile an: Die ICs LM75 als Temperatursensor und MAX3232CPE inklusive vier 0.47µF Elkos als Pegelwandler für die serielle Schnittstelle (UART), dazu einen 9-poligen D-Sub-Stecker oder eine Buchse zur Printmontage sowie das Schnittstellenkabel. Hinzu kommen zwei LEDs in verschiedener Farbe, zum Beispiel rot und grün, mit jeweils einem 22-Ohm-Vorwiderstand und einem NPN-Kleinsignaltransistor (etwa BC237) als Treiber sowie zwei Pullup-Widerstände mit 10 kOhm für den I2C-Bus. Diverses Kleinmaterial, wie Lochrasterplatte, Steckerleiste, Flachbandkabel und Blockkondensatoren, dienen als Grundlage.

Technische Daten

Komponente Typ
SoC Broadcom BCM2835 (System on Chip)
CPU ARM1176JZF-S, 700 MHz
GPU Broadcom VideoCore IV (OpenGL ES 2.0, OpenVG, 1080p30, H.264 high-profile encode/decode)
RAM 256 MByte SDRAM
Ports
USB 2 x USB 2.0
Ethernet 1 x 10/100 Mbit/s
SD/MMC 1 x Slot
Audio 1 x Stereo Analog out
Video 1 x Composite out, 1 x HDMI out

Erste Schritte

Im ersten halben Jahr seit Erscheinen des Raspberry Pi hat sich in Sachen Aufsetzen eines lauffähigen Systems enorm viel bewegt. Wer trotzdem auf Schwierigkeiten stößt, dem sei als Anlaufstelle im Web Elinux.org [6] für Hilfe und weitere Information empfohlen.

Verglichen mit den Anfängen im Frühjahr dieses Jahres erscheint die Installation der in diesem Workshop eingesetzten, auf Debian basierenden und von der Raspberry Pi Foundation empfohlenen Distribution Raspbian "Wheezy" [7] fast schon von kinderleicht, weil übersichtlich und menügeführt.

Laden Sie als erstes die Image-Datei von Raspbian "Wheezy" herunter. Es handelt ein fertiges Systemabbild, bestehend aus einer etwa 60 MByte großen Boot-Partition und einem Root-Filesystem mit rund 2 GByte. Packen Sie die Datei aus und spielen Sie sie mit dem folgenden Befehl auf eine SD-Card auf:

$ sudo dd bs=1M if=2012-08-16-wheezy-raspbian.img of=SD-Card-Gerätedatei

Nun stecken Sie am Raspberry Pi SD-Card, Tastatur, Maus und Monitor an und booten durch Einstecken ans USB-Netzteil. Es erscheint das Konfigurationsmenü, in dem Sie am besten gleich über die Menüpunkte configure-keyboard und change_locale auf die deutsche Tastatur und Sprache umstellen – ansonsten kommen Sie spätestens bei der Eingabe der Login-Daten in Schleudern. Der voreingestellte Benutzername lautet pi, das Passwort raspberry.

Andere sinnvolle Menüpunkte, wie change_timezone zum Einstellen der richtigen Zeitzone, ssh zum Aktivieren des sicheren Zugangs zum Terminal via Netzwerk sowie expand_rootfs, um das Root-Filesystem von 2 GByte auf die tatsächlichen Größe der SD-Card auszuweiten, kommen je nach Bedarf zum Einsatz. Am Schluss aktualisieren Sie das System in Debian-typischer Art:

$ sudo apt-get update
$ sudo apt-get upgrade

Sie haben die Möglichkeit, das Tool zum Konfigurieren mit sudo raspi-config später wieder zu starten. Das ergibt aber nur dann Sinn, wenn Sie keine tiefgreifenden Änderungen am System an dem Tool vorbei vorgenommen haben.

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