Der vierpolige Audio- und Composite-Video-Port steht unverändert bereit, ebenso der DSI-Anschluss für das 7 Zoll große RasPi-Display. Hardwaretechnisch sind CEC (Steuersignale der TV-Fernbedienung) und Audioausgabe auf beiden Ports möglich, potenziell sogar unabhängig voneinander. Aktuell versuchen die Entwickler, softwareseitig einen Audio-Dual-Head-Betrieb zu unterstützen. Die Audio-HDMI-Kanäle liefern jetzt Bitraten von 8 x 192 kHz; der Audioport wird jetzt außerdem von einem unabhängigen PWM versorgt, sodass beide PWMs gleichzeitig mit Audioausgabe zur Verfügung stehen.
Neue GPU
Beim neuen VideoCore VI handelt es sich um ein weiteres wichtiges Upgrade. Er arbeitet auf die Pixelrate bezogen (2,4 GPixels/s) rund viermal schneller als der VideoCore IV der Vorgänger. Die im RasPi 4B verbaute Hardware besteht aus einem Mix verschiedener Teile der Generationen VideoCore V und VI, der Hardware Video Scaler (HVS) stammt aus der VideoCore-V-Ära. Den H.264-Decoder, die Kameraunterstützung und die VPUs haben die Entwickler sogar aus der vertrauten VideoCore-IV-GPU übernommen.
Der 3D-Block des VideoCore VI unterstützt OpenGL ES 3.0 und Funktionen der Vulkan-Schnittstelle, einer plattformübergreifenden hardwarenahen API für 3D-Programmierung. Ob sich Vulkan in Software unterstützen lässt, muss noch geklärt werden. Viel Arbeit floss in einen neuen Grafik-Treiber, den Raspbian “Buster” für den RasPi 4B gleich standardmäßig mit ausliefert. Der Desktop profitiert daher von Haus aus vom neuen Grafikkern.
Viele 3D-Anwendungen – etwa Spiele, die OpenGL nutzen – funktionieren jetzt ohne spezielle Anpassungen auf dem RasPi 4. Auch WebGL, das auf OpenGL 2.0 basiert, sollte gute Performance liefern. Das zusätzliche, schnellere RAM tut ein Weiteres, um moderne HTML5-Anwendungen flüssig darzustellen. Im aktuell ausgelieferten Chromium wurde allerdings aufgrund von Video-Dekodierungsproblemen eine Option gesetzt, um die Hardwarebeschleunigung von WebGL vorerst zu deaktivieren.
HEVC (H.265)
Moderne Medienformate, wie etwa mit HEVC-kodierte (H.265) hochauflösende Videos, überfordern die bisherigen RasPi-Modelle. Im RasPi 4B steckt nun ein leistungsfähiger Hardware-Decoderblock, der solche Filme bei 10 Bit Farbtiefe bis zu einer Auflösung von 4Kp60 dekodiert. Softwareunterstützung dafür liefert im Moment nur LibreELEC, sie sollte aber bald mittels VLC auch unter Raspbian bereitstehen.
Den bisherigen Hardware-Decoderblock für H.264 gibt es in unveränderter Form. Er bleibt auf 1080p60 beschränkt, kodiert dafür aber auch Videos in dieser Auflösung. Die MPEG-2- und VC-1-Hardware-Decoder hingegen fielen der Überarbeitung der Multimediahardware zum Opfer. Die Hardware-Codec-Keys lassen sich somit nicht mehr installieren. Die ARM-Kerne bieten allerdings genug Rechenleistung, um MPEG-2- und VC-1-Videos in Software zu dekodieren.
Der OMXPlayer beherrscht nach wie vor das Dekodieren von H.264-Material, scheitert allerdings an MPEG-2 und VC-1, da er keine Software-Decoder nutzt. Ein wesentlicher Unterschied zwischen dem neuen H.265-Block und dem alten H.264-Decoder liegt darin, dass der H.265-Block komplett eigenständig arbeitet, also nicht mit der VideoCore-GPU interagieren muss. Aktuell gelingt das Dekodieren von HEVC daher mit dem OMXPlayer nicht – ob er noch entsprechend Support erhält, ist ungewiss. Googles VP9-Codec, momentan komplett in Software dekodiert, könnte zukünftig eine Teilbeschleunigung in generischer Hardware erhalten.
Am Kamerasystem gab es keine Änderungen: Die Kodierung erfolgt nach wie vor mit H.264 bei 1080p30, für H.265 liegt kein Hardware-Encoder vor. Die Kodierung läuft aufgrund des leistungsfähigeren VideoCores aber schneller. Die maximale Framerate könnte jedoch durch die Kamera und deren Durchsatz Richtung Encoder beschränkt sein.
Boot-EEPROM
Der RasPi 4B bootet von einer MicroSD-Karte, die Bandbreite beträgt jedoch in Kombination mit einem neuen SD-Controller das Doppelte: Das System unterstützt jetzt den Transfermodus DDR50 mit einer maximalen Bandbreite von 50 MByte/s. Bei der Wahl der Speicherkarte sollten Sie also auf die Leistungsklasse achten; die Entwickler empfehlen ordentliche A1-Karten. Teurere A2-Karten sind unnötig und können sogar zu Leistungseinbußen führen.
Bei vorherigen RasPi-Generationen befand sich ein Teil des Bootcodes fest im SoC, wurde mit der Zeit erweitert, und unterstützt inzwischen das Booten von USB oder über das Netzwerk. Nach der Fertigung eines Boards kann man den verbauten Bootcode allerdings nicht mehr ändern. Mit der komplett veränderten Architektur des RasPi 4B haben sich die Entwickler entschlossen, den Code für die zweite Boot-Stufe in ein 512 KByte großes EEPROM auszulagern. Damit lassen sich zukünftige Bootszenarien einfacher realisieren und Updates während der Lebenszeit des Produktes einspielen.
Bis Redaktionsschluss standen USB und Netzwerk (PXE) als Boot-Option noch nicht bereit. Als momentaner Workaround ließe sich eine MicroSD-Karte für das initiale Boot-Stadium einsetzen [5].
Probleme
Der USB-C-Port (Abbildung 3) des RasPi 4B arbeitet trotz passender Stecker nicht mit einigen Netzteilen mit elektronisch markierten ECMA-Kabeln zusammen, da ihm ein Widerstand für die korrekte Erkennung fehlt. Entsprechende Kabel finden sich zum Beispiel bei für Macbooks gedachten Netzteilen. Solche Ladegeräte erkennen den RasPi 4B fälschlicherweise als Audiozubehör, das keinen Strom braucht. Eine zukünftige Revision des RasPi 4B soll dieses Designproblem beheben. Darüber hinaus sieht die USB-C-Spezifikation eigentlich in Form des USB Power Delivery Mode vor, mehr Leistung durch höhere Spannungen zu liefern. Der Raspberry Pi erlaubt allerdings maximal 5 Volt und kann daher von solchen Netzteilen nicht profitieren.
