Der allgegenwärtige Chipmangel sorgt dafür, dass die Lieferzeiten für einige RasPi-Modelle derzeit bei mehr als acht Monaten liegen. Daher sehen wir uns drei Alternativen genauer an.
Der Raspberry Pi ist aktuell kaum noch zu vernünftigen Preisen zu haben. Daher sehen wir uns im Folgenden drei mögliche Kandidaten an, die in Projekten einen RasPi ersetzen könnten. Wir legen dabei den Fokus nicht auf die pure Rechenleistung, sondern sehen uns die für ein typisches RasPi-Projekt relevanten Punkte genauer an.
Dazu zählen zum Beispiel die Möglichkeiten der GPIO. Erst diese flexible Schnittstelle machte den Raspberry Pi unter Bastlern so beliebt. Daneben spielt das Betriebssystem eine wichtige Rolle: Ohne die nötigen Softwarepakete fällt es schwer, ein interessantes Projekt auf einem Stück Hardware umzusetzen.
Der Artikel geht bewusst nur auf die Arbeit mit der Software-SPI-Schnittstelle ein. Alle hier vorgestellten SBCs verfügen aber auch über mehrere Hardware-SPI-Interfaces. Deren Konfiguration für alle Rechner zu beschreiben, würde den Rahmen dieses Artikels sprengen.
Die Kandidaten
Bei den möglichen Alternativen zum Raspberry Pi handelt es sich um das Jetson Nano 2 GByte Developer Kit [1] von Nvidia, den Odroid XU4 [2] und den Rock Pi 4 Model B 4GB [3]. Das soll nicht bedeuten, dass es keine anderen SBCs gäbe, die in der Lage wären, einen RasPi in einem Projekt zu ersetzen. Dafür genügt unter Umständen schon ein recht günstiger Mikrocontroller wie der ESP32.
Die Tabelle “Technische Daten der Kandidaten” fasst zur besseren Übersicht die Eckdaten der drei Geräte zusammen. Die angegebenen Lieferzeiten und Preise sollten Sie aber mit Vorsicht genießen. Einerseits gibt es etliche Händler, die zu einem höheren Preis sofort liefern. Andererseits kann sich von heute auf morgen die Verfügbarkeit verbessern oder verschlechtern – der Fluch der Globalisierung.
Im Folgenden geben wir Ihnen einen Überblick über den Aufbau und die Einsatzgebiete der drei Boards. Alle verfügen über eine RasPi-kompatible GPIO. Um einen 40-Pin-Header zu verwenden, benötigen Sie beim Odroid XU4 einen zusätzlichen Adapter [4]. Das Jetson-Board lässt sich ohne Lüfter betreiben; es schadet aber auch nicht, einen zu montieren [5].
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Jetson Nano 2GB |
Odroid XU4 |
Rock Pi 4 |
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Hersteller |
Nvidia |
Hardkernel |
Radxa |
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Preis |
69,50 Euro |
90,50 Euro |
89,09 Euro |
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Lieferzeit |
6 Wochen |
auf Lager |
4 Wochen |
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CPU |
Quad-Core ARM A57 (1,43 GHz) |
Quad-Core CortexTM-A15 (2 GHz) |
Rockchip RK3399 Dual Cortex-A72 (1,8 GHz) |
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RAM |
2 GByte 64 Bit LPDDR4 |
2 GByte LPDDR3 |
4 GByte LPDDR4 |
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Abmessungen |
100 x 80 x 29 mm |
82 x 58 x 22 mm |
85 x 56 x 17 mm |
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Schnittstellen |
Gigabit Ethernet, USB 3.0 |
Gigabit Ethernet, 2 USB 3.0 |
Gigabit Ethernet, 2 USB 3.0, 2 USB 2.0, USB 2.0 Micro-B |
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Besonderheiten |
128-Core-GPU Nvidia “Maxwell” |
– |
M.2-Anschluss (bis 2 TByte NVMe-SSD) |
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Bezugsquelle |
Reichelt [19] |
Generation Robots [20] |
Allnet-Shop [21] |
Testaufbau
Um zu sehen, wie die drei Kandidaten arbeiten, verwenden wir einen Testaufbau, der an der GPIO des Raspberry Pi arbeiten würde. Er besteht aus zwei Tastern, zwei LEDs, dem I2C-Temperatursensor LM75 und dem AD-Wandler MCP3008 mit SPI-Schnittstelle. Die Bauteile montierte der Autor auf ein Breadboard und verband sie über eine 40-polige Flachbandleitung mit den GPIOs der drei Boards (Abbildung 1).
Abbildung 1: Testaufbau auf einem Breadboard. Er dient als Grundlage für alle getesteten SBCs.
Den dazugehörigen Schaltplan zeigt Abbildung 2. Darin lässt sich gut erkennen, an welchen GPIO-Ports Sie die einzelnen Bauteile anschließen. In den folgenden Abschnitten zeigen wir die nötigen Schritte, um diesen Aufbau an den unterschiedlichen Boards zum Laufen zu bekommen. Wir starten jeweils bei null, der erste Schritt besteht immer aus der Installation des Betriebssystems. Danach beschreiben wir alle Arbeiten, bis der Testaufbau läuft.
Abbildung 2: Der Schaltplan für den Testaufbau.
Jetson Nano: Basics
Das Nvidia Jetson Nano 2GB Developer Kit (Abbildung 3) hat der Hersteller als Lern- und Ausbildungsplattform für die Bereiche Robotik und künstliche Intelligenz konzipiert. Über einen 40-poligen GPIO-Header lassen sich externe Komponenten ansteuern. Der Header besitzt einen ähnlichen Aufbau wie die GPIO des RasPi. Das Kit besteht aus einem Jetson-Modul mit den Maßen von etwa 70 x 45 Millimetern, das auf dem sogenannten DevBoard Platz findet. Dieses stellt alle Schnittstellen bereit, darunter HDMI, USB und die GPIO. Das Jetson-Modul selbst verfügt über einen hochintegrierten Steckverbinder, über den es die Verbindungen zur Außenwelt herstellt. Das Kit verfolgt somit eine ähnliche Philosophie wie das Raspberry Pi Compute Modul. Als Spannungsversorgung für das Board benötigen Sie ein USB-C-Netzteil mit mindestens 3 Ampere Ausgangsleistung.
Abbildung 3: Das Jetson-Board mit zusätzlichem Lüfter hat Nvidia ursprünglich als Lernplattform für Robotik und KI konzipiert.
Jetson Nano: OS
Für den Jetson Nano gibt es ein speziell auf die Hardware zugeschnittenes Ubuntu 18.04. Das gepackte Image mit stattlichen 6 GByte Umfang finden Sie auf der Webseite des Herstellers [6]. Nach dem Entpacken des ZIP-Archivs belegt das Image fast 14 GByte. Damit ausreichend Platz für Anwendungen zur Verfügung steht, empfiehlt Nvidia eine SD-Karte mit 64 GByte Kapazität. Mit ein wenig Tüftelarbeit bekommt man das Image auch auf einer 32-GByte-SD-Karte zum Laufen. Das erfordert allerdings viele manuelle Änderungen bei der Installation.
