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Aus Raspberry Pi Geek 08/2018

Breadboard-Computer: Der NanoPi-Duo im Test

© golubovy, 123RF

Experimentell

Bernhard Bablok

Wer elektronische Schaltungen entwirft, experimentiert oft erst einmal mit einem Breadboard. Genau für diese Bastler bietet sich der NanoPi-Duo als Steuerrechner an.

FriendlyARM positioniert seinen NanoPi-Duo als Breadboard-Computer: Seine beiden Pinreihen liegen nicht, wie bei den meisten SBCs, auf einer Seite und zeigen nach oben, sondern residieren getrennt und nach unten ausgerichtet. Durch den optimal gewählten Abstand passt der Rechner perfekt auf ein Breadboard (Abbildung 1).

Abbildung 1: Der NanoPi-Duo von FriendlyARM, auf einem Breadboard montiert.

Abbildung 1: Der NanoPi-Duo von FriendlyARM, auf einem Breadboard montiert.

Ansonsten zeigt sich der NanoPi-Duo als minimalistischer Kleinrechner der Pi-Zero-Klasse. Von den Maßen her etwas breiter als ein Zero, kommt er nur auf zwei Drittel von dessen Länge. Beim deutschen Distributor [1] geht er für 15 Euro über den Ladentisch, direkt beim Hersteller [2] steht er mit 12 US-Dollar in der Preisliste – hinzu kommen dann noch Zoll und Steuern.

Interessanter als der Duo alleine ist das Bundle mit dem Shield (dazu später mehr) und weiteren Bauteilen – unter anderem Gehäuse, Kühler und USB-Serial-Adapter. Da Sie den Kühler auf alle Fälle benötigen, bietet sich der Erwerb dieses Sets für 27 Euro (beziehungsweise 20 Dollar) als die bessere Lösung an.

Ist weniger mehr?

Im Vergleich zum Pi Zero fällt neben dem speziellen Formfaktor zuerst das Fehlen eines HDMI-Ausgangs auf. Beim Vergleich der Datenblätter ergeben sich noch weitere gravierende Unterschiede. Kompatibilität zum Raspberry Pi bietet der Duo also nicht, was der Hersteller auch gar nicht behauptet.

Als CPU werkelt beim NanoPi-Duo ein Vierkerner des Typs Allwinner H2+ – aus technischer Sicht handelt es sich eher um einen H3-, das Plus im Namen klingt allerdings besser [3]. Der Unterschied zum H3 betrifft im Wesentlichen die Videoeigenschaften (es fehlt 4K-HDMI) sowie die Beschränkung auf 100-Mbit/s-Ethernet. Auf H3-Basis gibt es eine ganze Reihe von Kleinrechnern, vom NanoPi-Neo [4] bis zu Varianten des Orange Pi. Abgesehen von der mangelhaften Unterstützung des integrierten Mali-Videochips (hier nicht relevant) fällt der Kernel-Support recht gut aus.

Das lässt sich vom ebenfalls integrierten WLAN-Chip XR819 allerdings nicht behaupten: Hier gibt es zwar quelloffene Treiber, im Kern werkelt aber eine Firmware, die nur binär vorliegt und voller Fehler steckt. In Abbildung 1 lassen sich die eingebaute Antenne sowie der Port für klassische Pigtail-Kabel zum Anschluss einer externen Antenne an der Vorderkante des Boards gut erkennen.

Auf Hauptspeicherseite gibt es zwei Ausführungen, eine Budget-Version mit lediglich 256 MByte RAM sowie die Standard-Variante mit 512 MByte. Pro CPU-Kern gerechnet, ist das recht wenig – so viel steht dem einem Kern des Raspberry Pi Zero alleine zu. Speicherintensive Anwendungen zählen also nicht zu den Stärken des Duo.

Neben dem HDMI-Ausgang fehlen dem Duo im Vergleich zum Zero auch die USB-Buchse und der Bluetooth-Chip. Die verbaute Mikro-USB-Buchse erlaubt zwar die Integration von Hardware via OTG, dient aber in der Regel nur der Stromversorgung. Allerdings führt der Duo zwei USB-Anschlüsse über seine Pins nach außen (Abbildung 2). Das bietet bei der Integration des Bausteins in eigene Platinen mehr Flexibilität als beim Original. Im Pinout lässt sich auch der Anschluss für Fast Ethernet erkennen, das dem Zero komplett fehlt.

Abbildung 2: Das Pinout des NanoPi-Duo. (Bild: http://wiki.friendlyarm.com)

Abbildung 2: Das Pinout des NanoPi-Duo. (Bild: http://wiki.friendlyarm.com)

Dem Zero fehlt auch der Audioausgang, sodass Sie entweder eine zusätzliche USB-Soundkarte benötigen oder den Sound per Bluetooth ausgeben müssen [5]. Beim NanoPi-Duo hingegen schließen Sie einfach eine 3,5-mm-Buchse an die entsprechenden Pins an, und schon lässt er sich als Audioplayer einsetzen. Zu den weiteren Besonderheiten des Duo zählt der integrierte Taster (in Abbildung 1 hinten bei der Micro-USB-Buchse). Hier handelt es sich um einen stabilen Baustein, nicht mit den windigen Elementen auf vielen Mini-Rechnern aus Fernost vergleichbar.

Damit sind die wesentlichen Unterschiede zwischen dem NanoPi-Duo und dem Pi Zero aufgezählt, denn die typischen seriellen Schnittstellen wie UART, I2C und SPI finden sich auch auf der Platine des Duo. Bei den GPIOs kann der Duo jedoch nicht mithalten: Er verfügt nur über zweimal 16 Pins, von denen noch 20 für USB, Ethernet, Sound, VCC und GND wegfallen. Es hängt also vom spezifischen Projekt ab, ob die Hardware-Ausstattung des Duo genügt oder Sie doch besser zum Raspberry Pi greifen.

Leistung satt

Vier Kerne, die noch dazu mit bis zu 1296 MHz takten, versprechen satte Leistung. Für das typische Einsatzgebiet eines solchen Zwergs spielt aber die Rechenleistung kaum eine Rolle. Mehr Kerne bedeuten jedoch ein insgesamt reaktionsschnelleres System.

Allerdings offenbaren die H2/H3-Chips Schwächen beim Abführen der Abwärme. Abbildung 3 zeigt die Temperaturentwicklung eines frisch gebooteten Systems im Leerlauf. Zum Einsatz kam neben dem von FriendlyARM bereitgestellten Ubuntu-Core die aktuelle Armbian-Version auf Basis von Debian “Stretch”. Nach 30 Minuten wurde das System jeweils kurzzeitig unter Last gesetzt. Der Verlauf zeigt, dass der optional erhältliche Kühlkörper den Chip dabei um gut 20 Grad kühler hält.

Abbildung 3: Die Temperaturentwicklung der CPU des NanoPi-Duo – anfangs im Leerlauf, nach einer halben Stunde mit einem Temperaturanstieg durch eine Lastspitze.

Abbildung 3: Die Temperaturentwicklung der CPU des NanoPi-Duo – anfangs im Leerlauf, nach einer halben Stunde mit einem Temperaturanstieg durch eine Lastspitze.

Das wirkt sich unmittelbar auf die Leistung des Systems aus: Sobald die Temperatur im Kern der CPU zu hoch ansteigt, drosselt die Recheneinheit den Takt, und die Leistung lässt sich nicht mehr voll abrufen. Als schneller Test der reinen CPU-Leistung eignet sich folgender Aufruf, der die Zahl Pi auf 3400 Stellen berechnet:

$ bc -l <<< "scale=3400; 4*a(1)"

Die Stellenanzahl rührt daher, dass ein RasPi der ersten Generation für die Berechnung exakt 100 Sekunden brauchte. Inzwischen absolviert der RasPi 1 den Test mit einem halbwegs aktuellen System binnen 84 Sekunden, was die Fortschritte bei Betriebssystem und Kernel zeigt.

Der NanoPi-Duo kommt mit Ubuntu-Core ohne Kühlkörper auf 83 Sekunden, mit Kühlkörper auf 52 Sekunden. Armbian mit Kühlkörper holt mit 48 Sekunden noch etwas mehr Leistung heraus und heizt den Chip trotzdem weniger auf – das dokumentiert die bessere Systemabstimmung bei Armbian.

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