Erstaunliche Messergebnisse: Energiesparender ­Raspberry Pi

Die Raspberry Pi Foundation hat für die neuen Platinen-Modelle ­statt der bisherigen Linearregler einen Schaltregler vorgesehen, der für ­einen geringeren Stromverbrauch sorgen soll. Wie macht sich dies ­in der Praxis bemerkbar? Und gibt es möglicherweise weiteren ­Optimierungsbedarf?

Seit Mitte 2014 gibt es das Raspberry-Pi-Modell B+, dem zum Ende des Jahres das Modell A+ gefolgt ist. In den wesentlichen Daten entsprechen sie ihren Vorgängern, denn sie arbeiten beide mit dem BMC2835, der mit 700 MHz getaktet wird, sodass keine Änderung der Architektur stattfindet und die Kompatibilität gewahrt bleibt. Dementsprechend verfügt das Modell B+ über einen SDRAM-Speicher von 512 MB und das Modell A+ über 256 MB, welches zudem keinen LAN- und nur einen einzigen USB-Anschluss besitzt. Bis auf diese drei Unterschiede sind die Modelle baugleich, wobei das Modell A+ eine kleinere Platine als das Modell B+ besitzt. Es ist also nicht wie bei der ersten Generation der Fall, dass lediglich nur ein Platinentyp gefertigt und dann unterschiedlich bestückt wird. Die Schrumpfung – quasi auf die Länge der 40-poligen Pfostenleiste plus der zwei Befestigungslöcher – ist deswegen möglich, weil hier der Chip (LAN9514) für das LAN sowie den USB-Hub nicht notwendig ist, genauso wenig wie die LAN-Buchse und die vier USB-Buchsen. Der USB-Port wird beim Modell A+ (Bild 1) direkt vom BMC2835 gesteuert.

Die wichtigsten Änderungen gegenüber den vorherigen Modellen, die laut der Raspberry Pi Foundation weiterhin gefertigt werden sollen, sind in Kurzform wie folgt:

  • Der SD-Card-Slot wird durch einen Micro-SD-Slot ersetzt.
  • Der GPIO-Port wird um 14 Anschlüsse erweitert, wobei die bisherigen 26 Pins von ihrer Belegung und Funktion her gleich bleiben. Der P5-Port entfällt.
  • Die gelbe Cinchbuchse für das Composite-Video-Signal entfällt. Das Videosignal wird nunmehr auf einen Kontakt des Audioausgangs gelegt, was eine neue Buchse zur Folge hat.
  • Die Stromaufnahme der „Raspberry Pi+“-Modelle reduziert sich, weil statt der LDO-Regler jetzt Schaltregler eingesetzt werden.

Die „+“-Platinen haben abgerundete Ecken mit vier neu positionierten Befestigungslöchern und die Lage der Anschlussbuchsen hat sich geändert, sodass andere Gehäuse benötigt werden. Außerdem lassen sich einige 26-polige Erweiterungsplatinen nicht auf die neuen Boards mit dem 40-poligen GPIO-Verbinder stecken, weil dieser auf der Platine weiter nach rechts verschoben worden ist. Mit den 14 zusätzlichen Kontakten werden neun weitere GPIO-Signale, drei Massekontakte sowie zwei spezielle Identifizierungssignale (ID_SD und ID_SC: I2C ID EEPROM) hinzugefügt.

Standardisierte Erweiterungs-Boards

Mit Hilfe der I2C-Identifizierungssignale können aufgesteckte Erweiterungsmodule, die über ein EEPROM mit entsprechendem Inhalt verfügen, identifiziert werden, sodass ein automatischer Setup der GPIO-Signale mit dem Laden der passenden Linux-Treiber ermöglicht wird. Dieser Mechanismus ist Bestandteil der HAT-Spezifikation, die mit dem Modell B+ vorgestellt wurde. HAT steht für Hardware Attached on Top und definiert aufsteckbare Erweiterungsmodule, die bestimmte Voraussetzungen erfüllen müssen, damit sie sich als HAT-kompatibel bezeichnen dürfen. Dazu gehört, dass das Erweiterungs-Board eine Größe von 65 × 55 mm2 mit passenden Löchern zum Befestigen und Schlitze für die Flachbandkabel (CSI, DSI) aufweisen muss (Bild 2). Ein HAT passt damit genau auf das Modell A+.

Die Daten im EEPROM (Typ CAT24C32WI-GT3 o.ä.) müssen definierte Informationen (Hersteller, Gerätetyp, GPIO-Konfiguration) in einem Device-Tree-Format aufweisen. Das gleiche Prinzip zur Geräteidentifizierung mit speziellen Ressource-Daten in einem EEPROM wird seit langem bei PCI- und PCI-Express-Karten oder auch den USB-Einheiten eingesetzt.

Ein Standard für Erweiterungsmodule, wie es ihn mit den Shields bei Arduino, den Capes beim Beaglebone Black oder auch den Sockets bei der Gadgeteer-Plattform bereits seit Längerem gibt, ist für die Raspberry-Pi-Plattform eigentlich längst überfällig. Ob eine HAT-Platine tatsächlich die I2C-Identifizierungssignale unterstützen muss und ob die HATs – wie etwa bei Arduino – auch übereinander stapelbar sein dürfen, ist bisher zwar noch nicht endgültig festgeschrieben, es sind jedoch bereits erste HAT Boards verfügbar, die diese Bedingungen erfüllen.