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Aus Raspberry Pi Geek 03/2015

Der Raspberry Pi 2 und sein Vorgänger im Vergleich

Erhöhter Puls

Maximilian Batz

Der Raspberry Pi ist ein Welterfolg. Die zweite Generation beseitigt nun viele Schwachpunkte, es bleibt aber trotzdem Raum für weitere Verbesserungen.

Der erfolgreichste Single-Board-Computer der Welt erreichte seit dem Start Anfang 2012 über 5 Millionen Abnehmer. Von Anfang an nicht mit der leistungsfähigsten Hardware ausgestattet, fanden die RasPi-Fans immer neue Anwendungen, die den Mini-PC bis an seine Grenzen bringen – und reicht die Rechenleistung wirklich nicht mehr aus, dann wird die CPU übertaktet.

Erst im Juli 2014, zum Start des überarbeiteten Raspberry Pi Modell B+, hatte der Begründer der Foundation hinter der Hardware, Eben Upton, als voraussichtlichen Zeitpunkt für die von vielen ersehnte Version 2 des RasPi das Jahr 2017 angekündigt [1]. Doch schon am 2. Februar 2015 überraschten die Initiatoren die Welt und wohl auch sich selbst mit der Veröffentlichung der zweiten Generation des Computers.

Laut Jack Lang, Chairman der Foundation, ist “We want to revolutionize the desktop” das neue Ziel der Stiftung. Doch für die Revolution auf dem Desktop braucht es deutlich mehr Rechenleistung und Arbeitsspeicher, als der RasPi der ersten Generation mitbringt. Selbst mit dem Modell 2 steht diese Revolution noch am Anfang, die Evolution geht jedoch in die richtige Richtung.

Auf den zweiten Blick

Auf den ersten Blick erscheint die Platine der Version 2 identisch zum Vorgängermodell (Abbildung 1). Das Format und die Anschlüsse haben sich nicht geändert. Wer auf den RasPi 2 umsteigt, hat den Vorteil, dass sämtliches Zubehör und die meisten Addon-Boards zum Anschluss an den GPIO passen. Auf den zweiten Blick fallen jedoch eine Reihe Änderungen ins Auge: Der vorher auf dem BCM2835-Chip [2] montierte 512 MByte große Speicher wanderte im neuen Modell 2 auf die Unterseite der Platine (Abbildung 2) und ist mit 1 GByte doppelt so groß.

Abbildung 1: Auf den ersten Blick unterscheiden sich die zwei Raspberry-Pi-Generationen (hier der RasPi 1 mit zusätzlich aufgebrachten Kühlelementen) kaum.

Abbildung 1: Auf den ersten Blick unterscheiden sich die zwei Raspberry-Pi-Generationen (hier der RasPi 1 mit zusätzlich aufgebrachten Kühlelementen) kaum.

Abbildung 2: Der nun 1 GByte große Speicherchip sitzt beim Raspberry Pi 2 (im Vordergrund) nun auf der Unterseite der Platine.

Abbildung 2: Der nun 1 GByte große Speicherchip sitzt beim Raspberry Pi 2 (im Vordergrund) nun auf der Unterseite der Platine.

Im Inneren des neuen BCM2836-SoC (Abbildung 3) arbeiten nun vier mit 900 MHz getaktete ARM-Cortex-A7-Kerne anstatt eines ARM1176JZ-F-Prozessors mit 700 MHz und nur einem Kern. Bei der GPU hingegen blieb alles beim Alten: Es kommt immer noch der gute alte Videocore IV zum Einsatz, der einzige öffentlich dokumentierte 3D-Grafik-Kern für ARM-SoCs. Das ermöglicht der Foundation, in vollem Umfang die bereits getane Arbeit zu nutzen, die Entwickler bisher zum Beschleunigen der Ausgabe geleistet haben.

Abbildung 3: Der BCM2836-SoC besitzt nur eine auf 900 MHz getaktete CPU mit vier Kernen. An der Videocore-IV-GPU hat die Foundation nichts geändert.

Abbildung 3: Der BCM2836-SoC besitzt nur eine auf 900 MHz getaktete CPU mit vier Kernen. An der Videocore-IV-GPU hat die Foundation nichts geändert.

Bei all den guten Nachrichten gibt es allerdings auch Ernüchterndes: Die Anbindung des 100-Mbit-LAN-Ports und der vier USB-Anschlüsse geschieht weiterhin über den SMSC-Hub-Chip LAN9514 an einen internen USB-Anschluss des BCM2836. Dadurch teilen sich die vier USB-Ports und der Netzwerkanschluss weiterhin die Bandbreite eines einzigen Ports (Abbildung 4). Dieser Engpass besteht also weiterhin – viele Anwender hatten sich Gbit-LAN und individuell angebundene USB-Ports gewünscht, was Konkurrenz-Boards des RasPi schon länger bieten.

Abbildung 4: Beim Raspberry Pi 2 teilen sich die Netzwerkschnittstelle und die vier USB-Ports wieder intern eine Datenleitung.

Abbildung 4: Beim Raspberry Pi 2 teilen sich die Netzwerkschnittstelle und die vier USB-Ports wieder intern eine Datenleitung.

Einfaches Upgrade

Der RasPi 2 ist vollständig abwärtskompatibel zu den Modellen B und B+ der ersten Generation. Der GPIO-Port, die Display- und Kamera-Schnittstellen, HDMI und Audio/Video-Out funktionieren wie gewohnt und befinden sich immer noch an denselben Stellen. Sie brauchen beim Umstieg auf das neue Modell also nicht zwingend ein neues Gehäuse. Die Stromversorgung des Raspberry Pi 2 erfolgt weiterhin über ein Micro-USB-Netzteil.

Das Upgrade vom Modell B+ auf das neue Modell 2 B klappt für Raspbian-Anwender einfach über das Aktualisieren der Software, das den neuen Kernel für ARMv7 installiert (Listing 1). Der steht seit Anfang Februar bereit. Zusätzlich sollten Sie mittels sudo raspi-config oder manuell in der /boot/config.txt etwaige Übertaktungen deaktivieren, da sonst eventuell ein Datenverlust auf der Micro-SD-Karte des Modell 2 droht. Manipulationen an der Taktrate bleiben aber auf anderem Wege möglich, dazu später mehr.

Listing 1

 

$ sudo apt-get update
$ sudo apt-get upgrade
$ sudo rpi-update

Nach dem Software-Update entnehmen Sie die Micro-SD-Karte und setzen sie in den neuen RasPi ein, die im System installierten Software-Pakete laufen anstandslos weiter. Ein Downgrade funktioniert genauso einfach, setzen Sie die Speicherkarte wieder in einen RasPi der ersten Generation ein, dann startet dieser sofort durch.

BCM2836 im Detail

Moderne Embedded-Systeme sind als Ein-Chip-System oder englisch System-on-a-Chip (kurz SoC) aufgebaut. Das spart Platz, Rohstoffe und Strom. Die Bausteine enthalten zahlreiche Module, die sonst als eigener Chip auf der Leiterplatte sitzen würden. Zu diesen gehören zum Beispiel der Prozessor (CPU), die Grafikeinheit (GPU) sowie weitere Module wie etwa Hardware-Videodecoder und -encoder. Wie in der x86-Welt (386er, 486er, Pentium, bis hin zu den Core-Prozessoren) gibt es auch im ARM-Kosmos verschiedene Prozessorgenerationen [3] mit unterschiedlichen Designs und den dazugehörigen Befehlssätzen.

Der in allen Varianten des ersten Raspberry Pi (Modell A, A+, B, B+, Compute Module) verwendete SoC BCM2835 besitzt eine CPU vom Typ ARM1176JZF-S. Diese basiert auf der ARMv6-Architektur beziehungsweise dessen Implementation als ARM11-Prozessordesign. Der Entwurf dieser CPU ist nicht mehr ganz frisch – er stammt von 2003.

Der BCM2836 des Modell 2 des Raspberry Pi enthält hingegen vier Cortex-A7-Kerne. Das A steht dabei für das sogenannte Application-Profil der ARMv7-Architektur – also für besonders leistungsfähige CPUs mit Anpassungen für interaktive oder multimediale Anwendungen.

Broadcom hat im BCM2836 im Wesentlichen nur den Prozessorkern ausgetauscht, da die Modifikation von weiteren Komponenten (wie USB-Anbindung oder On-Chip-Gbit-Ethernet-Controllers) einen längeren Verifikationsprozess nach sich gezogen hätte. Die ARMv7-Architektur bringt eine Reihe von wichtigen Vorteilen gegenüber der vorigen Generation: Das Cortex-A7-Prozessordesign ist dabei eine moderne, besonders gelungene Kombination aus Features und geringem Stromverbrauch. ARM hat diese 2011 angekündigt und 2012 auf den Markt gebracht.

Mehr Kerne sorgen schlichtweg für mehr Leistung, insbesondere natürlich bei parallelisierbaren Prozessen. Bereits jetzt profitieren Multi-Thread-Anwendungen wie X-Windows von den vier Cores. Das wirkt sich in deutlich kürzeren Reaktionszeiten und einer flotten Desktop-Umgebung aus.

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