TFT-Touchscreens für den Raspberry Pi

© Nakit Jaroonsrirak, 123rf.com

Fingerfertig

Meist überträgt der RasPi seine Videodaten per HDMI an einen Fernseher oder Bildschirm. Wer es mobiler mag, koppelt den Mini-Rechner dagegen mit einem ähnlich kleinen TFT-Touchscreen.

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Im klassischen Szenario sendet der RasPi seine Videodaten über den HDMI-Ausgang. In einigen Anwendungsfällen erweist sich das allerdings als unpraktisch. Die Übertragung der Daten an ein kleines TFT-Touch-Display schafft dann oft Abhilfe. Allerdings gibt es dabei einige nicht unerhebliche Stolperfallen.

Zu den größten Pfunden, mit denen der RasPi wuchern kann, zählt seine Grafikleistung: Durch die Hardware-Beschleunigung erobert er sich auch Anwendungsgebiete, für die sich selbst deutlich leistungsfähigere Systeme nicht eignen. Doch nicht immer steht die Grafikausgabe im Vordergrund, oft werkelt der Mini-Rechner auch als Headless-Server oder Steuersystem im Stillen vor sich hin.

Für die letzten beiden Anwendungsfälle braucht man eigentlich keinen Bildschirm. Gelegentlich kommt aber doch der Wunsch auf, mal schnell den aktuellen Status abzufragen oder einfach nur den Rechner sauber herunterzufahren. Das geht zwar remote per SSH oder per Smartphone-App, einfacher klappt es aber mit einem direkt angekoppelten Touchscreen. Auch andere Anwendungsfälle profitieren von realen Bedienelementen und der direkten Rückmeldung von Aktionen an den Benutzer.

Inzwischen steht auch für Menschen ohne Lötkenntnisse ein breites Angebot an Touch-Displays für den RasPi zur Verfügung. Wer es etwas größer mag, zum Beispiel für eine kleine Musikbox, der wählt einen 7-Zoll-Bildschirm oder größer. Diese Displays benötigen jedoch meist eine Zusatzplatine und auch eine eigene Stromversorgung. Deshalb stehen in diesem Artikel zwei kleinere Exemplare im 2,8-Zoll-Format im Mittelpunkt.

Einen solchen Bildschirm stellte uns das Münchener Startup Pi3g [1] für den Test zur Verfügung (siehe Kasten "Interview mit Pi3g-Gründer Maximilian Batz"). Auf seiner Webseite bietet ihn das Unternehmen für 52 Euro zum Kauf an. Der zweite Bildschirm kommt von Watterott [2] und kostet 30 Euro.

Beide verwenden resistive Displays, reagieren also auf Druck und nicht auf Berührung. Damit bieten sie weder den Komfort moderner Smartphones, noch unterstützen sie Multitouch. Die Auflösung beträgt jeweils 320 x 240 Pixel, was beim genauen Hinschauen etwas pixelig wirkt.

Pi3g

Pi3g liefert einen kleinen Stift mit, der dem der ersten Palm-Modelle ähnelt. Das erleichtert die Bedienung enorm. Außerdem im Lieferumfang: eine SD-Karte mit einem angepassten Raspbian-System, denn ohne die passenden Treiber läuft nichts (Abbildung 1). Mehr dazu zeigt der Kasten "Treib(er)jagd".

Abbildung 1: Pi3g liefert neben dem Bildschirm auch einen Eingabestift und eine SD-Karte mit angepasstem Raspbian-Image mit.

Der zusätzliche Stromverbrauch des Bildschirms lässt sich mit einfachen Geräten aus dem Baumarkt nicht messen, die Grenzen einer an sich wackeligen Stromversorgung könnte er aber dennoch überschreiten. Da das Rendering über die CPU erfolgt, klappt ein Live-View (etwa einer angeschlossenen Kamera) nicht. Die durch den Bildschirm verursachte CPU-Last hält sich mit 10 Prozent in Grenzen – das gilt auch für den Watterott-Screen.

Das Display von Pi3g wirkt einen Tick schneller als der Konkurrent, doch das mag auch an der Serienstreuung oder einer nicht optimalen Konfiguration liegen. Bemerkbar machte sich das jedoch nur beim Abspielen von Videos ohne Hardware-Beschleunigung. Die Hauptarbeit der CPU gilt dabei aber dem Herunterrechnen des Films auf das kleinere Format, nicht der Darstellung des Ergebnisses.

Anschließen lässt sich das TFT-Display von Pi3g über ein kurzes Flachbandkabel; das erlaubt Bastlern die Montage des Bildschirms auch senkrecht zum Rechner. Wer es dagegen besonders kompakt mag, den stört das zusätzliche Kabel eher. Mit etwas Bastelgeschick tauschen Sie das Kabel aber auch ohne Probleme.

Eine eigene Raspbian-Distribution für ein Stück Spezialhardware bringt notgedrungen Nachteile mit sich. Pi3g pflegt zwar das Image regelmäßig, aber ein Distributionsupdate gestaltet sich schwieriger als bei der Vanilla-Variante. Aktualisiert das Update den Kernel, bleibt anschließend der Bildschirm dunkel. In diesem Fall tragen Sie den alten Kernel kernel_lcd.img wieder in die config.txt auf der ersten Partition der SD-Karte ein. Außerdem müssen Sie die Datei cmdline.txt um den Eintrag fbcon=map:1 ergänzen. Die Quellen des Pi3g-Kernels liegen auf Github zum Download [3] bereit.

Treib(er)jagd

Sowohl der Bildschirm von Pi3g als auch jener von Watterott nutzen zum Ansteuern einen speziellen Framebuffer-Treiber (FBTFT). Die verfügbaren Images bringen die entsprechende Konfiguration samt Treibern bereits mit. Der Framebuffer des Displays entspricht dem Device /dev/fb1. Das erste Display-Device /dev/fb0 bedient den HDMI-Ausgang, der von der Hardware-Beschleunigung der GPU profitiert.

Über den Kommandozeilenparameter fbcon:map=10 aus der Datei cmdline.txt erfolgt das Mapping von fb1 auf die erste Konsole (tty1) und von fb0 auf die zweite (tty2). Mit fbcon:map=1 nutzen alle Konsolen den kleinen Bildschirm. Bootmeldungen zeigt aber nur die erste Konsole an.

Das Tool fbcp kopiert alle 25 Millisekunden den Inhalt von /dev/fb0 nach /dev/fb1. Damit erfolgt die Wiedergabe eines Videos auf dem TFT-Bildschirm mit dem Standard-Videospieler von Raspbian entsprechend flüssig (Listing 1).

Weitere Feinheiten des Setups finden Sie im Github-Account von Watterott [4]. Die Seite enthält viele weiterführende Links mit interessanten technischen Informationen. Diese gelten sinngemäß auch für das Display von Pi3g.

Listing 1

 

$ fbcp &
$ omxplayer video.mp4
$ killall fbcp

Watterott

Der Onlineshop Watterott wendet sich vorwiegend an Elektonikbastler. Neben Raspberrys samt Peripherie bietet er auch andere Einplatinencomputer an. Vor dem aktuellen 2,8-Zoll-Bildschirm gab es noch ein ähnliches Modell, das überraschenderweise noch im Shop auftaucht. Größere Bildschirme bietet der Onlinehändler ebenfalls an.

Die Lieferung des Bildschirms (Abbildung 2) erfolgte prompt. Im Gegensatz zum Pi3g-Modell kommt das Watterott-Display ohne Kabel aus: Sie stecken es direkt auf die Stiftleiste des Raspberry Pi auf. Der Vorteil: RasPi und Bildschirm bilden eine kompakte Einheit, für das Paar gibt es auch ein passendes Gehäuse. Der Nachteil: Es stehen weniger Freiheiten bei der Montage zur Verfügung. Da das Display auch den Kameraanschluss verdeckt, müssen Sie eine Pi-Cam zuerst montieren und dann das Kabel mit einem scharfen Knick herausführen.

Abbildung 2: Der LCD-Bildschirm von Watterott bietet auf der Rückseite eine Anschlussleiste, die Sie direkt auf den RasPi stecken.

Der Lieferumfang fällt spartanischer aus als beim Pi3g-Modell, es fehlen sowohl die vorinstallierte SD-Karte als auch der nützliche Eingabestift. Dafür belastet das Gesamtpaket das Budget deutlich weniger. Ein angepasstes Raspbian-System sowie eine ausführliche Dokumentation finden Sie auf Github [4]. Das System von Watterott kämpft mit den gleichen Problemen bei Updates der Distribution wie das von Pi3g, auch die Lösung gestaltet sich analog (siehe Kasten "Treib(er)jagd").

Technisch unterscheiden sich die beiden Displays nur minimal: Das Pi3g-Modell nutzt einen ILI9325-Chipsatz mit einem ADS7843-Touch-Controller, beim Watterott-Modell kommt ein ILI9341-Chipsatz mit identischem Controller zum Einsatz. Bei der nächsten Produktionscharge könnte das allerdings schon wieder im Detail ganz anders aussehen.

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