Trotz fehlender Netzwerkanbindung fand der 5-Dollar-Computer Raspberry Pi Zero reißenden Absatz. Der Pi Zero W legt nun mit WLAN und Bluetooth das nach, was sich viele Fans schon lange wünschten.

Mit einer offiziellen Preisempfehlung von 5 US-Dollar ist der im November 2015 gestartete Raspberry Pi Zero [1] immer noch der günstigste RasPi – theoretisch, denn kaum ein Händler hat ihn auf Lager. Dem Preis entsprechend hält sich auch die Hardware-Ausstattung in Grenzen: Der Pi Zero nutzt den gleichen SoC wie die RasPis der ersten Generation, taktet ihn aber mit 1 GHz anstatt nur mit 700 MHz. LAN, WLAN oder Bluetooth bleiben außen vor.

Für viele Einsatzzwecke speziell im Internet of Things (IoT) braucht es jedoch eine Netzwerkanbindung. Im Netz tummeln sich daher zahlreiche Tipps, den Zero zu hacken: Von ESP8266-Interface-Boards über Ethernet via SPI bis hin zu USB-WLAN oder USB-Ethernet-Adaptern gibt es viele Wege, den Pi Zero zu vernetzen. Es bleibt allerdings immer ein Gebastel, zudem stehen immer irgendwelche Kabel und Adapter ab. Bei Interesse finden Sie einen Artikel dazu in der Rubrik “Hacks” dieser Ausgabe.

Um einen WLAN-Adapter und gleichzeitig eine Tastatur anzuschließen, benötigt man zudem beim Pi Zero zwingend einen USB-Hub. Das steht dem günstigen Preis und der Idee für einen möglichst kleinen und günstigen Computer entgegen. Auch andere Hacker-Lösungen für Internetkonnektivität blockieren Ports und Pins, die so mancher Maker gerne für andere Zwecke einsetzen würde.

Endlich Netz

Von jeher bestand die Taktik der Raspberry Pi Foundation darin, den Boards weitere Funktionen hinzuzufügen, sobald durch höhere Stückzahlen die Herstellung günstiger wird. So bekam der RasPi 1B+ beispielsweise mehr USB-Ports spendiert, wodurch sich die Nutzer Peripheriekomponenten sparen, wie zum Beispiel USB-Hubs oder WLAN-Dongles. Das wiederum senkt den Preis des Gesamtsystems, ganz im Sinne der Idee, einen günstigen Computer für Ausbildungszwecke anzubieten.

Der Pi Zero bildet hier keine Ausnahme: Zuerst rüstete die Foundation ohne viel Aufsehen einen CSI-Kameraport nach [2], nun folgt mit dem Raspberry Pi Zero Wireless oder kurz Pi Zero W ein umfassendes Upgrade (Abbildung 1). Der neue Mini-RasPi entspricht von der Technik her dem Vorgängermodell, beinhaltet allerdings den Funkchip des Raspberry Pi 3. Der Zero W sendet also mit WLAN nach IEEE802.11b/g/n und Bluetooth 4.1 Low Energy (siehe Tabelle “Pi Zero W im Vergleich”).

Abbildung 1: Familientreffen: Der große Raspberry Pi 3 mit seinen kleinen Brüdern Pi Zero (rechts unten) und Pi Zero W (rechts oben).

Sie erhalten den Pi Zero W über die autorisierten Distributoren der Raspberry Pi Foundation. Er kostet als nackte Platine ohne Zubehör 11 Euro inklusive Mehrwertsteuer. Philip Colligan, Geschäftsführer der Raspberry Pi Foundation, sagte auf der fünften RasPi-Geburtstagsfeier [4] stolz, dass die Peripheriekabel und das Zubehör jetzt mehr als der eigentliche Computer kosten. Bitte beachten Sie, dass der kompakte Zero W für die Verbindung zum Monitor ein Mini-HDMI-Kabel benötigt, das sich nicht unbedingt in der Grabbelkiste findet (Abbildung 2).

Abbildung 2: Um den Raspberry Pi Zero im Gehäuse zu montieren, muss man diesen lediglich einklicken.

Mehr Zubehör

Das zweite zum fünften Geburtstag des RasPi vorgestellte Produkt ist ein für den Pi Zero passendes Gehäuse, das wie ein kleiner Bruder des offiziellen Raspberry-Pi-Gehäuses wirkt. Das Set besteht aus einem roten Boden und drei weißen Deckeln: einem komplett geschlossenen, einem Deckel mit Öffnung für den GPIO-Port und einem Deckel mit Loch und Befestigungsoption für die Raspberry-Pi-Kamera (Abbildung 3). Ein kurzes Adapterkabel für die Kameraplatine und ein Satz Gummifüßchen runden das Set ab.

Abbildung 3: Um den Raspberry Pi Zero im Gehäuse zu montieren, muss man diesen lediglich einklicken.

Vor allem der Kameradeckel öffnet viele interessante Möglichkeiten für Hacks. Er bietet nicht nur Platz für die Kamera, sondern kann (mit entsprechenden Anpassungen) auch eine LED, Sensoren oder einen Taster aufnehmen. Der Boden des Gehäuse enthält ebenfalls eine Öffnung. Darüber bekommt man Zugriff auf den GPIO-, den Run- und den Composite-Header und versorgt den Zero W beispielsweise von unten mit Strom. Alternativ lässt sich über die Öffnung das längere Kamera-Adapterkabel aus dem Gehäuse führen.

Zur Montage klinken Sie den Zero lediglich ins Bodenteil ein und setzen einen der drei Deckel auf. Auch das Kameramodul müssen Sie nur in den Deckel einrasten. Da ein Schlitz zum Entnehmen der Speicherkarte fehlt, sollten Sie jedoch vor der Montage prüfen, ob auch eine SD-Karte im RasPi steckt und das System einsatzbereit ist. Bastler dürften sich daran stören, doch in der Praxis verhindert das, dass die Speicherkarte aus dem RasPi fällt oder anderweitig abhandenkommt.

Details

Die Pi Zero Ws kommen in der Pi-Factory [5] in Pencoed (Südwales) zur Welt. Das Design stammt vom Hardware-Ingenieur Roger Thornton. Dank des cleveren Designs, das praktisch den gesamten Platz auf der Leiterplatte ausnutzt, genügt eine einseitige Bestückung – das spart 50 Prozent an Herstellungszeit und damit Kosten.

Beim Herzstück des Zero W, dem SoC BCM2835, handelt es sich um den gleichen bewährten Chip, der bereits auf dem ersten Raspberry Pi zum Einsatz kam, allerdings (wie auch schon beim Zero) auf 1 GHz hochgetaktet. Da er lediglich das ARMv6-Instruction-Set beherrscht, laufen modernere Systeme wie Windows IoT nicht auf dem Zero W. Das gute alte Raspbian und die meisten anderen Linux-Systeme für den Raspberry Pi funktionieren hingegen wie gewohnt.

Vergleicht man den Zero W mit seinem Vorgänger, beschränken sich die Änderungen auf eine – jedoch ganz wesentliche – Neuerung: Der Newcomer unterstützt Netzwerkkonnektivität in Form von WLAN nach den Standards 802.11b/g/n sowie Bluetooth v4.1 und Bluetooth Low Energy. Dazu integriert er einen WLAN/Bluetooth-Chip des Typs Cypress CYW43438 [6] auf der Platine (siehe Kasten “Cypress übernimmt Broadcom IoT”).

Abbildung 4: Auf dem Raspberry Pi Zero W findet sich der gleiche Funkchip wie auf dem Raspberry Pi 3.

Der CYW43438 ist per SDIO (für WLAN) und UART (für Bluetooth) an den SoC angebunden. Damit stehen sowohl der vollständige GPIO- als auch der USB-OTG-Port zur freien Verfügung. Die Anbindung erfolgt gemäß Roger Thornton auf genau dieselbe Art und Weise wie beim RasPi 3. Daraus folgt jedoch, dass der auf Pins 8 und 10 herausgeführte UART nunmehr der Mini-UART ist (siehe Kasten “UART und Mini-UART”).

Um Platz für den neuen Chip sowie die Platinen-Antenne zu schaffen, wanderte das Raspberry-Pi-Logo auf die Rückseite der Platine. Dadurch lassen sich Pi Zero und Pi Zero W optisch gut unterscheiden (Abbildung 5). Der Pi Zero W ist generell der erste Raspberry Pi, der das Himbeer-Logo nicht auf der Vorderseite trägt.

Abbildung 5: Der Raspberry Pi Zero und Zero W im Vergleich: Weil die Himbeere “fehlt”, ist der WLAN-Zero schnell zu erkennen.

Flexibel

Raspberry-Pi-Erfinder Eben Upton sagte bei der Präsentation des Zero W, dass er sich viele Einsatzzwecke für das neue Board vorstellen könne, bei dem an den USB-OTG Port nichts angeschlossen wird. Mithilfe von Bluetooth-Tastatur und -Maus verschwindet der Pi hinter einem Bildschirm oder Fernseher und lässt sich bequem fernsteuern. Dank integriertem WLAN und Bluetooth hängen auch keine WLAN-Dongles an USB-OTG-Adapterkabeln mehr herunter. Der Zero W bleibt schön kompakt, kann aber trotzdem Verbindung ins Internet halten.

Laut einer Messung von RasPi.TV [8] benötigt der Zero W wegen des WLAN-Moduls etwas mehr Strom als der Zero. Im Leerlauf nimmt er etwa 120 mA statt 100 mA (Zero) auf, beim Abspielen von Videos mit 1080p rund 170 mA und bei der Aufnahme von 1080p-Video circa 230 mA. Damit nimmt der Zero W selbst unter Last nur wenig mehr als 1 Watt Leistung auf. Benötigen Sie einen absoluten Low-Power-Pi, greifen Sie allerdings besser zum alten Pi Zero, untertakten ihn und schalten den HDMI-Port ab.

country=DE
ctrl_interface=DIR=/var/run/wpa_supplicant GROUP=netdev
update_config=1
network={
  ssid="WLAN-NAME"
  psk="WLAN-Passwort"
}

Abbildung 6: Damit Raspbian sich automatisch in ein WLAN einbucht und den SSH-Server aktiviert, erstellen Sie auf der Boot-Partition die Datei wpa_supplicant.conf mit den Zugangsdaten und die leere Datei ssh.

Zwischen dem Mini-HDMI-Port und dem USB-OTG-Port findet sich auf der Platine eine trichterförmige Struktur (Abbildung 7). Dabei handelt es sich um die neue Antenne für WLAN und Bluetooth, lizenziert von der schwedischen Firma Proant [9]. Die Antenne besteht aus einem durch alle sechs Schichten der Platine reichenden Ausschnitt in der Massefläche und wirkt bei 2,4 GHz als Resonanzhohlraum. Sie wird durch einige winzige Kondensatoren am Rand der Platine angetrieben, die sich bei genauem Hinsehen gerade noch mit bloßem Auge erkennen lassen.

Abbildung 7: Die trichterförmige Struktur dient dem Pi Zero W als Antenne und fischt die Funksignale für WLAN und Bluetooth aus der Luft.

In Tests der Raspberry Pi Foundation stellte sich heraus, dass die Proant-Antenne sogar besser funktioniert als die Chipantenne des RasPi 3: Um die FCC/CE-Zertifikation zu bekommen, musste die Ausgangsleistung heruntergeregelt werden. In der Praxis zeigt sich im Vergleich zum Raspberry Pi 3 jedoch ein durchwachsenes Bild: Die im Test mit Iperf ermittelte theoretische Bandbreite des RasPi 3 sowie die Datenraten beim Lesen vom “großen” RasPi liegen etwas über denen des Pi Zero W, beim Schreiben dagegen fällt der RasPi 3 via FTP und SSH deutlich hinter den (eigentlich langsameren) Zero W zurück (siehe Tabelle “Datendurchsatz via WLAN”). Für den Test verzichteten wir bewusst auf eine externe USB-Festplatte und schrieben die übertragenen Daten direkt auf die SD-Karte im Kartenslot.

Fazit

Mit dem Pi Zero W ergänzt die Raspberry Pi Foundation ihr Portfolio um ein wichtiges Produkt. Ohne einen Netzwerkanschluss blieb das Einsatzgebiet des alten Pi Zero auf wenige Anwendungen beschränkt, wenn man den Mini-RasPi nicht per USB-Dongle mit der entsprechenden Funktechnik aufrüstete. Beim Pi Zero W fallen solche Klimmzüge weg.

Der alte Pi Zero bleibt weiterhin im Handel, der Pi Zero W soll allerdings in größerer Stückzahl verfügbar sein. Zu Redaktionsschluss blieb der Verkauf des Pi Zero W, analog zum Vertrieb des Vorgängers, jedoch auf eine Einheit pro Haushalt beschränkt. Die Foundation setzt zum Vertrieb des Raspberry Pi Zero, inklusive des Pi Zero W und des neuen Gehäuses, auf lokale Distributoren in verschiedenen Ländern.