Single-Board-Computer Starthilfe Raspberry Pi

Der ARM11-Linux-Rechner für weniger als 35 € lädt zum Experimentieren ein. Für was er sich eignet, welches Zubehör es gibt und und wie man ihn in Betrieb nimmt, lesen Sie in diesem Bericht.

Mit dem Raspberry Pi verfolgt die Raspberry-Pi-Stiftung das Ziel, Kindern, Jugendlichen und allen anderen Interessenten mit Hilfe einer preisgünstigen Hardware das Programmieren näher zu bringen. Es ist ein Versuch, den Hype um Computer wie Anfang der 1980er Jahre auf Basis fortgeschrittener Technologie wiederzubeleben. So könnten der Informatik-Unterricht in Schulen interessanter gestaltet und Schüler gleichzeitig motiviert werden, sich in ihrer Freizeit mit dieser Technik zu beschäftigen.

Begonnen hat die Raspberry-Pi-Story bereits im Jahr 2006. Der erste Prototyp wurde damals auf Basis eines mit 22,1 MHz getakteten Atmel ATmega644 mit 512 KB RAM entwickelt. Entwickelt hat den Raspberry Pi der britische Spieledesigner David Braben mit einigen Mitstreitern. Der Informatiker Eben Upton hatte die Idee zur Stiftung, der auch Jack Lang, der den legendären Heimrechner BBC Micro mitentwickelte, Unternehmer Pete Lomas und die Informatiker Alan Mycroft und Rob Mullins von der Cambridge University angehören [1].

Von Atmel zu Broadcom

Das auf dem ATmega644 basierende Design wurde verworfen und durch eine leistungsfähigere Hardware ersetzt. Zum Einsatz kommt mit dem BCM2835 ein Multimedia-SoC der Fa. Broadcom, welches CPU, GPU und SDRAM umfasst. Im August 2011 waren die Alpha-Boards für erste Software-Implementierungen parat. Im November war das finale Layout des Raspberry-Pi-Boards fertig, Anfang Dezember gab es erste Boards und im Januar konnte die Fertigung starten.

Der Vertrieb der Raspberry-Pi-Boards, ursprünglich über den eShop der Raspberry Pi Foundation geplant, wurde an die Distributoren RS Components [2] und Farnell element14 [3] delegiert. Die große Nachfrage nach Raspberry Pi Boards bekamen beide Distributoren zum Zeitpunkt der Bestellfreigabe mit Überlastung der Server leidvoll zu spüren. Es dauerte nur wenige Minuten, bis deren Websites offline waren.

Die erste Charge von 10.000 Raspberry Pis war im Nu ausgebucht. Anfang April war es schließlich möglich, ein erstes Raspberry-Pi-Board bei Farnell zu bestellen. Ende April waren die erforderlichen CE Compliance Tests abgeschlossen und Farnell bestätigte einen Liefertermin Ende Juni. Mitte Mai war dann auch eine Bestellung eines Raspberry Pi Board bei RS Components möglich.

Die Beschränkung auf jeweils ein Exemplar sollte sicherstellen, dass die ersten Boards breit gestreut werden. Eine vergleichbare Story kann wahrscheinlich nahezu jeder Besteller eines Raspberry Pi erzählen. Dennoch: Dass wir nun im Jahr 2012 einen Linux-fähigen Single-Board-Computer zu einem Preis von unter 35 € in den Händen halten können und uns gleichsam in einem Sprung aus der 8-bit-Welt in die 32-bit-Welt verabschieden, ist sehr beachtenswert.

Das Board

Raspberry Pi ist ein scheckkartengroßer Single-Board-Computer mit den Abmessungen 85,6 × 53,98 × 17 mm3 . Das Raspberry Pi Board soll es später in zwei Versionen geben. Das derzeit ausgelieferte Modell B hat die folgenden technischen Daten:

  • SoC Broadcom BCM2835 (CPU, GPU, DSP und SDRAM)
  • CPU: 700 MHz ARM1176JZF-S Core (ARM11-Familie)
  • GPU: Broadcom VideoCore IV, OpenGL ES 2.0, 1080p30, H.264/MPEG-4 AVC High Profile Decoder
  • 256 MB SDRAM
  • Video Out: Composite RCA, HDMI
  • Audio Out: 3,5-mm-Audiobuchse, HDMI
  • Unterstützte Speicherkarten: SD, MMC, SDIO Card Slot
  • 10/100-Mbit/s-Ethernet RJ45
  • 2 × USB 2.0
  • microUSB-Port zur Stromversorgung

Das SoC BCM2835 weist einen leistungsfähigen Grafikprozessor (GPU) auf, der eine Videoausgabe in Blu-ray-Qualität mit einer Datenkompression gemäß H.264 bei 40 Mbit/s erlaubt. Unter Verwendung der unterstützten OpenGL-ES2.0- und OpenVG-Bibliotheken wird eine schnelle 3D-Darstellung möglich.

Ein ARM1176JZFS mit Floating Point Unit und 700 MHz Taktfrequenz ist für die Programmabarbeitung verantwortlich und kommt mit einer Dhrystone-Performance von 1,25 DMIPS/MHz und einer Taktfrequenz von 700 MHz auf einen Score von 875 DMIPS. Bild 1 zeigt dieses Resultat im Vergleich zu anderen aktuellen CPUs.

Der Raspberry Pi bootet Linux von der SD Card, weshalb diese für den Betrieb obligatorisch ist. Bei der Auswahl der SD Card sollte man vorsorglich die Kompatibilitätsliste [4] ansehen, da es gerade bei höherklassigen SD Cards durchaus zu Kommunikationsproblemen kommen kann. Beim Einsatz einer billigeren Class-4-Karte gab es hingegen keine Probleme.

Für die Inbetriebnahme des Raspberry Pi sind noch ein paar weitere Komponenten erforderlich. Die Aussagen hier beziehen sich auf das komplett ausgestattete Model B. Der Ethernet-Anschluss wird über ein RJ45-Patchkabel mit dem Router verbunden.USB-fähige Tastatur und Maus können über den Zweifach-USB-Stecker angeschlossen werden und den Bildschirm schließt man am besten über ein HDMI-DVI-Kabel an. Die Spannungsversorgung kann in diesem Fall über eine microUSB-Verbindung von einem Handy-Netzteil aus erfolgen.

Will man weitere USB-Geräte wie USB-Stick oder externe USB-Harddisk anschließen, dann sollte ein USB-Hub mit eigener Spannungsversorgung eingesetzt werden. Auf die Speisung des Raspberry Pi über den microUSB-Anschluss kann in diesem Fall verzichtet werden.

Bilder: 3

Raspberry-Pi-Zubehör von Adafruit

Raspberry-Pi-Zubehör von Adafruit

Bei der Auswahl des erforderlichen Zubehörs sollte man sich wieder von der Kompatibilitätsliste [4] leiten lassen. Die Inbetriebnahme des Raspberry Pi wird so nicht unnötig erschwert. Für den Anschluss externer Hardware steht eine 26-polige Stiftleiste zur Verfügung. An dieser Stiftleiste sind GPIO, I2C und SPI zugänglich.

Um einen einfacheren Zugang zu ermöglichen, werden eine Reihe ergänzender Hardware-Erweiterungen angeboten. Beispielhaft sind in der Fotostrecke Komponenten der Fa. Adafruit Inc. gezeigt. Ein Converter Board zur Pegelanpassung der 3,3-V-Pegel des Raspberry Pi an die üblichen 5 V von externen Komponenten ergänzt das Angebot weiter. Weitere, mit den Arduino-Shields vergleichbare Erweiterungen sind angekündigt.