Überraschend stellte die Raspberry Pi Foundation Ende Oktober die neue Version 5 ihres Einplatinenrechners vor. Wir fühlen ihm leistungstechnisch auf den Zahn.

Entgegen der Ankündigung, einen Nachfolger für den RasPi 4 werde es nicht vor 2024 geben, brachte die Raspberry Pi Foundation bereits Ende Oktober 2023 ihren neuen Kleinstrechner auf den Markt [1]. Die Spezifikationen versprechen Leistung im Überfluss und einige neue Features, auf die RasPi-Fans lange warten mussten. Dazu zählen ein mechanischer Ausschalter, eine PCIe-Schnittstelle und eine integrierte Echtzeituhr.

Was der Winzling zu leisten imstande ist, ermitteln wir in einem Benchmark. Einige Tipps helfen Ihnen zudem dabei, die ersten Einstiegshürden zu überwinden. Allerdings ist die Liefersituation aktuell noch eher schwierig: Der RasPi 5 (Abbildung 1) ließ sich zumindest zum Testzeitpunkt Mitte November 2023 kaum für einen erschwinglichen Preis ordern.

Abbildung 1: Der Raspberry Pi 5 überzeugt nicht nur durch starke Leistung, sondern auch durch neue, sinnvolle Features. Allerdings ist er momentan nur zu Mondpreisen zu haben. Quelle: Raspberry Pi Foundation

Image erstellen

Um das Betriebssystem-Image auf die SD-Karte zu transferieren, bietet sich der Raspberry Pi Imager an. Die neue Version 1.8.1 [2] bietet die Möglichkeit, die Version des RasPi-Modells zu wählen. Sie können wählen, ob Sie das Abbild mit den Standardeinstellungen oder angepassten Settings auf die Karte schreiben möchten. Dabei legen Sie dann beispielsweise ein eigenes Passwort fest oder aktivieren den SSH-Dienst.

Leistung

Im Vergleich zu seinen Vorgängern verfügt der RasPi 5 über erheblich mehr Rechenleistung. Um Vergleichswerte zu erhalten, starten wir einen einfachen Benchmark [3] auf dem RasPi 4 und 5. Um die Messwerte besser einordnen zu können, nahmen wir noch den Radxa Rock5 [4] in den Test auf. Wenn Sie selbst eine Runde testen möchten, können Sie die Kommandos aus Listing 1 zum Installieren des Benchmarks und zum Start des Benchmark-Programms verwenden. Um den eigentlichen Test zu starten, drücken Sie danach [A].

$ sudo apt update
$ sudo apt upgrade
$ sudo apt install libncurses5 curl
$ wget https://www.passmark.com/downloads/pt_linux_arm64.zip
$ unzip pt_linux_arm64.zip
$ cd PerformanceTest/
$ ./pt_linux_arm64

Die Messergebnisse unserer drei Testläufe fasst die Tabelle “RasPi-5-Benchmark” zusammen. Hier zeigt sich, dass der Raspberry 5 im Vergleich zu seinem Vorgänger um einiges schneller arbeitet (Abbildung 2).

Abbildung 2: Der Benchmark – hier ein Auszug der wichtigsten Werte –spricht eine deutliche Sprache: Der RasPi 5 ist dem Vorgängermodell in allen Belangen haushoch überlegen. Der Radxa Rock 5B leistet zwar mehr, kostet jedoch fast das Dreifache.

Power

Es verwundert nicht, dass der RasPi 5 bei so viel mehr CPU-Leistung auch mehr Strom benötigt. Die zwei USB-3-Ports liefern ihrerseits bis zu 900 Milliampere Strom. Hier erstaunt die Tatsache, dass die Foundation hier auf einen USB-C-Anschluss mit 5 Volt und 5 Ampere setzt. Für diese Power-Delivery-Konfiguration (PD) gibt es in der USB-PD-Definition nicht einmal ein Profil.

Und um es kurz zu machen: Diese nur grenzwertig sinnvollen Parameter unterstützt so gut wie kein Zubehörhersteller, man muss also das offizielle RasPi-5-Netzteil verwenden. Selbst hochwertige Netzteile wie zum Beispiel das QC USB-C PD GaN von Allnet mit 130 Watt [5] sperren die Raspberry-Pi-Entwickler damit aus. Vom Umweltaspekt her erscheint diese Entscheidung ebenfalls fragwürdig, weil sich definitiv mit keinem bereits vorhandenen Netzteil die volle Power des RasPi 5 ausschöpfen lässt. Als Gründe für diese Entscheidung nennt die Foundation den geringeren Platzbedarf und die niedrigeren Herstellungskosten. Wir meinen: Schade, dass hier an der falschen Stelle gespart wurde.

Das vollständig überarbeitete Power-Management des RasPi 5 bringt aber auch Vorteile mit sich. Von vielen RasPi-Nutzern schmerzlich vermisst, ist er endlich da: der Power-Schalter. Interessanterweise gibt es jetzt sogar einen zusätzlichen Jumper (JP2) für einen weiteren Power-Button. Er erlaubt es, jeden beliebigen Taster zu verwenden, um den RasPi 5 einzuschalten. Im Zusammenhang mit dem neuen Power-Management besteht jetzt auch die Möglichkeit, den Raspberry Pi zu einem beliebigen Zeitpunkt automatisch booten zu lassen.

Dornröschen

Neben dem Power-Management war auch die fehlende Echtzeituhr ein Kritikpunkt am Raspberry Pi. Das Fünfer-Modell bringt jetzt einen entsprechenden Chip mit. Über den Anschluss J5 versorgen Sie die Echtzeituhr mit Spannung. Sie funktioniert sogar ohne Akku, solange der Kleinrechner am Strom hängt, auch in heruntergefahrenem Zustand.

Um die Aufwachfunktion zu aktivieren, gilt es, die Konfiguration des Bootloaders anzupassen. Das erledigen Sie mit dem Kommando sudo -E rpi-eeprom-config --edit. Es öffnet sich eine Datei, die Sie mit einem Texteditor wie Nano bearbeiten. Tragen Sie die beiden Zeilen aus Listing 2 in die Datei ein. Um die Änderungen anzuwenden, starten Sie den RasPi nach dem Speichern der Datei neu. Mit den Kommandos aus den ersten beiden Zeilen von Listing 3 schicken Sie anschließend den Minirechner probehalber für eine Minute in den Schlaf.

POWER_OFF_ON_HALT=1
WAKE_ON_GPIO=0

$ echo +60 | sudo tee /sys/class/rtc/rtc0/wakealarm
$ sudo halt
$ date -u --date "Nov 11, 2023 17:30:00" +%s | sudo tee /sys/class/rtc/rtc0/wakealarm
$ echo 0 | sudo tee /sys/class/rtc/rtc0/wakealarm

Nun ist es ein wenig mühselig, sich jedes Mal auszurechnen, wie viel Sekunden bis zum nächsten Booten vergehen sollen. Eine kurze Suche im Netz fördert das Faktum zutage, dass man dem RasPi in der Datei wakealarm den Unix-Timestamp übergeben kann, zu dem er wieder erwachen soll. Wie das auf einfache Weise funktioniert, zeigt die dritte Zeile von Listing 3. Falls Sie einen falschen Wert in die Datei geschoben haben, lässt er sich nicht mehr ohne Weiteres ändern. Der einzige Weg, ein solches Missgeschick zu korrigieren, besteht darin, mit dem Kommando aus Zeile 4 eine 0 in die Datei zu schreiben. Erst danach können Sie wieder einen neuen Wert darin speichern.

GPIO

Bei neuen RasPi-Generationen gab es bisher immer ein wenig Schwierigkeiten mit den Bibliotheken für bestimmte IO-Funktionen. Durch den neuen RP1-IO-Controller wird das vermutlich zukünftig besser. Sehen wir uns einmal an, wie gut die Standardbibliotheken für den GPIO-Zugriff aktuell beim RasPi 5 funktionieren.

Bevor Sie anfangen, die Bibliotheken zu testen, müssen Sie eine Flachbandleitung an die GPIO anschließen, um die Pins auf ein Breadboard herauszuführen. Überraschenderweise gibt es schon hier diverse mechanische Probleme: Die Öffnung im Original-RasPi-5-Gehäuse erweist sich für den Stecker um mehr als 3 Millimeter zu klein. Es ist also unmöglich, ihn einfach aufzustecken (Abbildung 3).

Abbildung 3: Eine zu kleine Gehäuseöffnung für den Stecker verhindert das Einstecken eines Flachbandkabels.

Der Versuch, stattdessen den Stecker samt Leitung erst durch die Öffnung zu führen und dann anzuschließen, scheitert ebenfalls. Solange sich die Zugentlastung auf dem GPIO-Stecker befindet, schließt das Gehäuse nicht mehr. Verzichtet man zähneknirschend auf die Zugentlastung, lässt sich zumindest das Gehäuseteil mit dem Lüfter wieder richtig schließen, doch bei der obersten Abdeckung funktioniert das immer noch nicht richtig. Entweder man führt die Flachbandleitung direkt über den Lüfter aus dem Gehäuse – keine wirklich gute Idee –, oder man quetscht die Leitung auf der GPIO-Seite aus dem Gehäuse. Just auf dieser Seite befinden sich Stege im Gehäusedeckel, die jetzt verhindern, dass er richtig schließt (Abbildung 4).

Abbildung 4: Das Gehäuse lässt sich nach dem Einstecken der GPIO-Leitung nicht mehr schließen.

An dieser Stelle muss man klar sagen: Wenn Sie mit der GPIO arbeiten möchten, sparen Sie sich getrost die 12 Euro für das offizielle Gehäuse und investieren das Geld lieber in eine bessere Kühlung [6]. Falls Sie ein Gehäuse benötigen, sehen Sie am besten bei Thingiverse [7] vorbei.

Doch zurück zur ursprünglichen Frage nach den funktionierenden Bibliotheken: Zuerst testeten wir die Python-Bibliothek gpiozero, die in der vorhandenen Installation bereits enthalten war. Einfache Versuche mit den Grundfunktionen verliefen durchaus positiv (Listing 4).

from gpiozero import LED
from time import sleep
led = LED(17)
while True:
  led.on()
  sleep(1)
  led.off()
  sleep(1)

Nun ist Python nicht jedermanns Sache, und viele Projekte verwenden die I²C-Schnittstelle. Deshalb testeten wir als Nächstes die i2c-tools, die das Installationsabbild bereits mitbringt. Zuvor gilt es noch, die I²C-Schnittstelle durch einen Aufruf von raspi-config zu aktivieren. Wählen Sie dabei zunächst die 3 Interface Options und setzen Sie I4 I2C auf yes. Trotz einer Warnung (Listing 5, Zeile 2) funktionierte im Test die I²C-Schnittstelle. Hier greift genau der eingangs erwähnte Punkt: Viele Bibliotheken kennen das Modell 5 noch gar nicht und zicken deswegen ein wenig.

$ sudo raspi-config
DTOVERLAY[warn]: no matching platform found
$ sudo i2cdetect -y 1
     0  1  2  3  4  5  6  7  8  9  a  b  c  d  e  f
00:                         -- -- -- -- -- -- -- --
10: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
20: 20 -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
30: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
40: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
50: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
60: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
70: -- -- -- -- -- -- -- --
$ sudo i2cset -y 1 0x20 0x00
$ sudo i2cset -y 1 0x20 0x01

Zu guter Letzt sahen wir uns eine Bibliothek zum Ansteuern von WS2812-LEDs an, die schon in der Vergangenheit für viel Verdruss sorgte. Mit den Kommandos aus Listing 6 installierten und starteten wir ein einfaches Testprogramm – und provozierten damit auch prompt einen Fehler (Zeile 5).

$ sudo apt install scons
$ git clone https://github.com/jgarff/rpi_ws281x.git
$ cd rpi_ws281x
$ ./test
ws2811_init failed: Hardware revision is not supported

Es wäre jetzt vermessen, zu behaupten, dass alle Bibliotheken dieselben Probleme mit der neuen Hardware haben, aber bei vielen dürfte das der Fall sein. Wenn Sie also die GPIO häufig und mit unterschiedlichen Bibliotheken verwenden, sollten Sie lieber noch ein Weilchen mit dem RasPi 4 arbeiten, den die Open-Source-Projekte bereits bestens kennen.

Fazit

Der Raspberry Pi 5 bringt eine Menge neuer, interessanter und seit Langem auf dem Wunschzettel stehenden Funktionen mit. Für einen vergleichsweise moderaten Preis liefert er eine beachtliche CPU-Leistung.

Mitte November 2023 war es jedoch noch nicht ohne Weiteres möglich, ein Exemplar des Minirechners zu erwerben, dasselbe galt für die nötige Peripherie. Zusätzlich finden sich ungeachtet der erfreulichen Neuerungen auch ein paar echte Schwächen im Design, die Softwareunterstützung für den neuen Minirechner bleibt vorerst etwas dünn. Etliches Zubehör des Vorgängermodells lässt sich mit dem RasPi 5 nicht mehr verwenden, beispielsweise das Netzteil und das Gehäuse. Zusammenfassend lässt sich sagen: Der RasPi 5 stellt eine weitgehend gelungene Evolutionsstufe dar, bei der viele Entwicklungen in die richtige Richtung gehen.

Unsere Empfehlung: Lehnen Sie sich zurück und warten Sie bis nächstes Jahr – sicher lösen sich bis dahin einige der zitierten Probleme in Luft auf. Wenn Sie die Performance des neuen Modells nicht unbedingt für ein Projekt benötigen, sollten Sie sich nicht dazu verleiten lassen, bei Amazon und Konsorten Mondpreise für den RasPi 5 zu bezahlen. Das Vorgängermodell reicht für die allermeisten typischen Einsatzzwecke vollkommen aus. (tle)