Sehr geehrte Leserinnen und Leser , schon geraume Weile hatte es in der Gerüchteküche gegrummelt, dass Mitte des Jahres von der Raspberry Pi Foundation etwas Neues zu erwarten sei. In der ersten Juli-Woche begannen sich die Ereignisse dann zu überschlagen: Die einschlägigen Distributoren streuten erste Informationen über den bevorstehenden Launch eines neuen RasPi-Produkts, wollten aber nicht verraten, wie es heißen würde, geschweige denn, was es sei. Nur gegen Unterzeichnung eines NDA, also einer Verschwiegenheitsvereinbarung, kam wenigstens der Name aufs Tablett: Ein "Raspberry Pi B+" sollte "etwa Ende Juli" kommen, aber dessen technische Daten blieben vorerst unbekannt. Lange Gesichter in der Redaktion: Am 25. Juli sollte unsere nächste Ausgabe in Druck gehen, den ominösen RasPi B+ würden wir also knapp verpassen. Aber die Raspberry Pi Foundation ist immer für eine Überraschung gut: Am 11. Juli, einem Freitag, traf die Nachricht ein, dass am folgenden Montag die ersten B+ ausgeliefert werden würden. Nach intensivem Nägelkauen übers Wochenende klappten dann am 14. Juli die Unterkiefer der Redakteure gewaltig nach unten: Der neue RasPi ist nicht etwa das erwartete "Turbo"-Modell mit schnellerer CPU, mehr Speicher, breiterem Bus und eventuell SATA-Port als Sahnehäubchen – statt einer Revolution haben sich die RasPi-Entwickler für sanfte Evolution entschieden [1] . In unseren Tests erwies sich der B+ dann trotzdem als echter Knüller. Bei gleichem Preis wie der Vorgänger bringt er eine ganze Reihe sinnvoller und erfreulicher Verbesserungen gegenüber dem Vorgänger mit – mehr dazu lesen Sie im Artikel ab Seite 26. Insbesondere ermöglicht die Erweiterung des GPIO-Ports jetzt einen standardisierten und für den Benutzer völlig stressfreien Anschluss von Erweiterungsboards, ähnlich wie ihn die Shields beim Arduino oder die Capes beim BeagleBoard bieten. Bei RasPi heißt das Pendant HAT, wobei das Akronym für "Hardware Attached to the Top" steht [2] . Dem Konzept ist auch die Position der vier auffälligen, großen Montagebohrungen auf der neuen Platine geschuldet: Sie sollen ein sicheres Befestigen der neuen "Hüte" gewährleisten. Ansonsten genügt zum Erweitern in Zukunft Aufstecken und Wohlfühlen, denn über zwei der neuen GPIO-Pins kann der B+ künftig direkt beim Booten feststellen, ob ein HAT vorhanden ist, das EPROM des Zusatzboards auslesen und gleich die passenden Treiber laden. Dem Modell B++ folgt schon bald auch ein RasPi A+ mit demselben grundsätzlichen Layout, aber wieder ohne Ethernet-Port [3] . Einen schnelleren, stärkeren RasPi 2 aber soll es laut Eben Moglen nicht vor 2017 geben [4] . Benötigen Sie schon vorher ein Plus auch an Leistung für Ihre Projekte, müssen Sie bis dahin zu Alternativen wie dem Banana Pi (S. 37), BeagleBone Black (S. 40) oder Odroid-U3 (S. 44) greifen. Allerdings: Die Foundation ist wie gesagt ja immer für eine Überraschung gut, und wir haben schon munkeln hören, dass der RasPi 2 bereits zu Weihnachten 2016 unterm Baum liegen könnte … Herzliche Grüße, Jörg Luther Chefredakteur Infos RasPi B+: http://www.raspberrypi.org/introducing-raspberry-pi-model-b-plus/ HATs: http://www.raspi.today/raspberry-pi-hats-revealed/ RasPi A+: http://www.raspi.today/raspberry-pi-model-a-plus-released-in-a-few-months/ Interview mit Eben Moglen (Podcast): http://www.raspi.today/podcast-episode-6/

Bücher rund um den Raspberry Pi

Raspberry Pi geschüttelt, nicht gerührt Eine Einführung in den Raspberry Pi nicht zum x-ten Mal aus der IT-Ecke, sondern von einem Autorenduo aus der Maker-Szene: Das macht neugierig und lässt auf einen unvorbelasteten Zugang, neue Perspektiven und frische Ideen hoffen. Stattdessen ziehen Matt Richardson und Shawn Wallace es vor, sich in einer seltsamen DIY-Attitüde zu suhlen, die das Duo offenbar für schick hält. Dutzende krakelige Strichzeichnungen von Boards, Anschlüssen, Steckern, Gehäusen und Zubehör mögen in der Szene als stylisch gelten, dem Einsteiger erleichtern sie den Zugang jedoch nicht. Dasselbe gilt für das absurde Sammelsurium an halbgar ausgearbeiteten Themen, die durch die Bank seicht bleiben und und denen oft wichtige Informationen fehlen. So schaffen es Richardson und Wallace allen Ernstes, im Kapitel über Raspbian zwar eine ganze Seite mit einer völlig sinnlosen Aufzählung aller Verzeichnisse im Filesystem zu verschwenden, aber die Befehle zum Update der Paketinformationen und zur Aktualisierung des Betriebssystems komplett auszulassen – sie kommen noch nicht einmal in einem Nebensatz vor. Obendrein leiden ganze Themenstrecken an einer schludrigen Lokalisierung des ursprünglich englischsprachigen Buchs: Das Kapitel über Scratch-Programmierung zeigt die deutsche Version, der zugehörige Anhang aber die englische. Dass alle Abbildungen schwarz-weiß sind, schadet bei einer visuellen Programmiersprache zudem zwangsläufig der Übersichtlichkeit. Langer Rede kurzer Sinn: Statt dieses Buch zu kaufen, investieren Sie das Geld lieber in eine SD-Card, einen aktiven USB-Hub oder ein schickes RasPi-Case, davon haben Sie garantiert mehr. (jlu) Info Matt Richardson, Shawn Wallace Raspberry**Pi für Einsteiger 1. Auflage, O'Reilly 2013 176 Seiten, broschiert ISBN 978-3-95561-147-7 12,90 Euro (E-Book 9,90 Euro) RasPi-Einstieg leicht gemacht Von null auf Pi in unter 200 Seiten: Dieses ambitionierte Ziel steckt sich Maik Schmidt in seinem Einsteigerhandbuch zum Raspberry. Seine Schlussgerade steuert der Autor in einem schnörkellosen, unterhaltsamen Stil auf konsequent gegliederte Weise an, wobei durchgehend farbige Abbildungen den Text auflockern und untermalen. Ausgehend von Zusammenstellungen der nötigen Komponenten und der Auswahl und Konfiguration des Betriebssystems – dabei beschränkt sich Schmidt weitgehend auf Raspbian, wagt aber Seitenblicke auf Arch Linux und RISC OS – hangelt sich das Buch über die Konfiguration und Bedienung der Firm- und Software bis zur Einrichtung eines XBMC-Mediacenters vor. Auch Anwendungsfälle wie Gaming, der Betrieb eines Webservers und Digital Signage bleiben nicht außen vor, ein eigenes Kapitel widmet sich dem drahtgebundenen und drahtlosen Netzwerken. Anschließend geht es ans Eingemachte, sprich: das Ansteuern der GPIO-Schnittstelle, das Auslesen von Sensoren und den sinnvollen Einsatz der Pi-Cam. Ein ausführlicher Anhang mit der obligatorischen Linux-Einführung für Quereinsteiger schließt das Werk ab. Wo in dem Buch sich die auf dem Titel beworbenen Punkte "Optimierung" und "Projekte" verstecken, das lässt sich allerdings nur raten – möglicherweise verstecken sich dahinter die zwei Absätze zum Overclocking im dritten Hauptabschnitt und das Ansteuern eines PIR-Sensors in Kapitel 10. Ungeachtet dieses völlig überflüssigen Marketing-Stunts liefert Schmidt mit seinem zurecht bereits in der zweiten Auflage vorliegenden Kompendium eine rundum empfehlenswerte Einführung in den Raspberry Pi, die man jedem Einsteiger nur wärmstens ans Herz legen kann. (jlu) Info Maik Schmidt Raspberry**Pi: Einstieg, Optimierung, Projekte 2. Auflage, dpunkt 2014 196 Farbseiten, broschiert ISBN 978-3-86490-134-8 19,95 Euro (E-Book 15,99 Euro) Embedded Linux selbst bauen und programmieren Wer den Raspberry Pi zu mehr benutzen will als nur als Mediacenter, Webserver oder Spielekonsolen-Emulator, der gerät schnell aus dem Fahrwasser der Python- und Scratch-Programmierung in das Reich klassischer Open-Embedded-Systeme. Für das Erlernen entsprechender Kenntnisse und Techniken eignet sich der Mini-Rechner zwar ideal, doch war bislang entsprechende Literatur dünn gesät. Diese Lücke schließt Jürgen Quade mit seinem Buch zu Embedded Linux auf dem RasPi, zu dem es ergänzend auch eine Website mit Skripten, Konfigurationen, Quellcodes sowie Imagedateien gibt. Vorkenntnisse über den RasPi benötigen Sie für die Embedded-Einführung nicht, Grundkenntnisse in Sachen Linux und C-Programmierung sollten Sie aber mitbringen. Darauf aufbauend, spannt der Autor einen kompletten Bogen vom Einrichten einer Cross-Development-Umgebung für den RasPi auf Qemu-Basis über das Bespielen des RasPi mit U-Boot, Root-Umgebung und Userland bis hin zu Anwendungs- und Treiberprogrammierung. Auch Embedded Security und "weiche" Echtzeitprogrammierung kommen dabei nicht zu kurz. Damit versetzt Quades Mitmach-Buch den Leser in die Lage, ein genau auf seine Bedürfnisse angepasstes Embedded Linux Schritt für Schritt aufzubauen. Dem folgt im letzten der acht Kapitel die Probe aufs Exempel, das Einrichten und Ansteuern eines Matrix-Displays am RasPi. Vier nützliche Anhänge mit "Crash-Kursen" zur Linux-Kommandozeile, dem Editor Vi, der Versionsverwaltung mit Git sowie dem Einrichten und Betrieb eines seriellen Interfaces am RasPi runden das Buch ab. Dieses trotz seiner thematischen Tiefe stets leichtverständliche Werk zum fortgeschrittenen Einsatz des RasPi sollte jeder im Regal haben, der sich mit dem Mini-Rechner ernsthaft auseinandersetzen möchte. (jlu) Info Jürgen Quade Embedded Linux lernen mit dem Raspberry**Pi 1. Auflage, dpunkt 2014 306 Seiten, broschiert ISBN 978-3-86490-143-0 29,90 Euro (E-Book 23,99 Euro)

Aktuelle Software im Kurztest

Systemtacho Der Systemmonitor Atop 2.2 liefert präzise Systeminformationen und beschränkt die Ausgabe auf das Wesentliche. Die erfassten Daten lassen sich aufzeichnen und später in Ruhe analysieren. Die Fensteraufteilung des Prozess- und Systemmonitors Atop erinnert stark an den Platzhirsch Top, doch bietet Atop einen größeren Funktionsumfang. So haben Sie etwa die Möglichkeit, mithilfe von Filtern den Inhalt der Prozessliste auf bestimmte Nutzer oder einzelne Prozesse zu beschränken. Standardmäßig arbeitet Atop im sogenannten Generic-Modus und liefert zu jedem Prozess dessen ID, den CPU-Verbrauch sowie Statusinformationen über Speicher- und Festplattenzugriffe. Gehört der jeweilige Prozess dem aufrufenden Anwender, zeigt Atop auch detaillierte Werte für RAM- und Disk-Zugriffe an. Über einfache Tastenkürzel wechseln Sie zwischen verschiedenen Detailinformationen. So zeigt [M] Informationen zum Arbeitsspeicher an, während [D] Festplattendetails verrät. Ist das Kernel-Modul Netatop installiert, kann Atop auch den Netzwerkdurchsatz ermitteln. Ein entsprechender Kernel-Patch steht auf der Atop-Webseite zur Verfügung. Alle über Tastenkürzel änderbaren Einstellungen lassen sich beim Programmstart als Parameter übergeben und so vordefinieren. Alternativ tragen Sie die gewünschten Settings in die Konfigurationsdatei ~/.atoprc ein. Über den integrierten Timer legen Sie eine Startzeit oder ein Zeitintervall für das Aufzeichnen der erfassten Daten fest. Mit dem Parameter -w speichert Atop die Daten im RAW-Format. Mit -r lesen Sie das so erzeugte Protokoll später wieder ein, um es in Ruhe zu analysieren. Die Manpage von Atop liefert dazu einige Anwendungsbeispiele. Atop 2.0.2 ★★★★ Lizenz: GPLv2 Quelle: http://www.atcomputing.nl/Tools/atop/ Sicherheitsdienst Lynis 1.5.6 prüft die installierte Software auf Schwachstellen sowie Konfigurationsfehler und fasst die Ergebnisse in einem übersichtlichen Bericht zusammen. Ein profunder Schutz des System vor Attacken setzt eine regelmäßige Prüfung der Programmversionen und Konfigurationsdaten voraus. Dabei unterstützt Sie das Shellskript Lynis. Neben den Versionen der installierten Programme prüft es auch die Konfiguration des Bootloaders, des aktuellen Kernels sowie der Benutzer- und Gruppenverwaltung. Darüber hinaus hält es Ausschau nach Zombie-Prozessen und Sticky-Bits in temporären Verzeichnissen und wirft einen Blick auf die Zugriffsrechte im Dateisystem. Auch die Netzwerkeinstellungen unterzieht Lynis einer Kontrolle, samt Prüfung des Routings und der Schnittstellen. Schließlich analysiert das Tool auch die Konfiguration von Serverdiensten und wirft einen Blick auf die Firewall-Regeln. Lynis gliedert seine Prüfungen in verschiedene Kategorien, darunter etwa System Tools , Boot , Kernel , Memory oder Storage . Möchten Sie nur ausgewählte Kategorien prüfen, geben Sie diese beim Aufruf über den Parameter --test-category an. Die Ergebnisse markiert Lynis übersichtlich in eingängigen Farben. Grün signalisiert, dass es nichts zu beanstanden gibt. Gelbe Statusmeldungen weisen auf Optimierungsmöglichkeiten hin, rote auf dringenden Handlungsbedarf. Das Prüfergebnis schreibt das Tool in eine Logdatei im Verzeichnis /var/log/ . Im abschließenden Report schlägt Lynis Verbesserungsmöglichkeiten vor, die es mit Hinweisen auf die URLs entsprechender Anleitungen garniert. Ein Härtungsindex zeigt an, wie sicher das System ist. Soll Lynis regelmäßig das System prüfen, empfiehlt sich die Kombination mit Cron. Dann müssen Sie beim Aufruf den Parameter -q mitgegeben, da Lynis sonst auf Benutzereingaben wartet. Lynis 1.5.6 ★★★ Lizenz: GPLv3 Quelle: http://www.rootkit.nl/projects/lynis.html Verteiler Mit P300 r1027 bauen Sie in einem heterogenen LAN schnell eine Peer-to-Peer-Kommunikation auf. Das Java-Tool läuft ohne aufwendige Konfiguration und findet eigenständig andere P300-Instanzen. Gerade in Ad-hoc-Netzen gestaltet sich der Dateiaustausch mitunter schwierig. Hier schafft P300 Abhilfe, mit dem Sie eine Peer-to-Peer-Dateiübertragung aufbauen. Das Java-Tool nutzt dazu ein eigenes Kommunikationsprotokoll und stellt die freigegebenen Dateien via Port 4337 für andere P300-Clients bereit. Wer die Applikation nicht als Client installieren will, greift mit dem Webbrowser auf die P300-Freigaben eines Remote-Systems zu. Das Tool unterstützt dabei sowohl HTTP als auch WebDAV, Chats fallen so jedoch flach. Über die grafische Benutzeroberfläche richten Sie bequem eigene Freigaben ein oder greifen auf jene von Anderen zu. Ein Klick auf LAN/VPN hosts öffnet ein Fenster, in dem Sie die Adresse des entfernten Rechners angeben. Kontaktieren Sie regelmäßig die selben Systeme, legen Sie diese im Navigationsbaum von LAN/VPN hosts an. Sobald Sie einen entfernten Rechner mit der Maus markieren, erscheinen hinter dem Systemnamen die Symbole für Dateiübertragung und Chat. Nun stöbern Sie wahlweise in den Freigaben oder kommunizieren mit dem Nutzer auf der anderen Seite. P300 stellt keinerlei Zugriffskontrolle bereit – Sie können lediglich ein Administrator-Passwort generieren, das ein Remote-Konfiguration ermöglicht. Um P300 auf dem RasPi als reinen Server zu betreiben, geben Sie beim Start den Parameter --console an. Das Tool verzichtet dann auf die grafische Oberfläche und gibt Chat-Nachrichten direkt in der Konsole aus. Antworten können Sie in diesem Modus jedoch nicht. P300 r1027 ★★★ Lizenz: GPLv3 Quelle: http://p300.eu/ Verschlüsselte Kommunikation für alle mit Stunnel Beherrscht ein Programm selbst keine Verschlüsselung, dann erweitern Sie es mit dem SSL-Wrapper Stunnel 5.02 einfach um diese Fähigkeit – ideal, um etwa ältere Applikationen sicher zu nutzen. Zahlreiche ältere Client- und Server-Anwendungen beherrschen von Haus aus kein SSL. Diese Lücke schließt Stunnel: Das C-Programm koppelt als SSL-Wrapper auf dem externen Port SSL-verschlüsselte Verbindungen an, entschlüsselt die Daten und reicht sie an die nicht SSL-fähige Software durch. Die Konfigurationsdatei enthält dazu Informationen wie Ein- und Ausgabe-Port sowie den zu verwendenden SSL-Schlüssel. Ein entsprechendes Beispiel liefert das Quellarchiv mit, eine Anleitung zum Erzeugen selbst signierter Zertifikate findet sich auf der Stunnel-Website. Standardmäßig arbeitet Stunnel im Server-Modus – Sie geben dann lediglich die Ports und Schnittstellen an, auf denen das Tool Verbindungen annimmt oder weiterleitet. Die Zertifikatsangabe übergeben Sie dazu mittels des Parameters cert . Soll Stunnel als Wrapper für einen Client dienen, setzen Sie beim Aufruf den Parameter client . Die Konfigurationsdatei darf Einstellungen für beliebig viele SSL-Weiterleitungen enthalten. Jeder Konfigurationsblock besteht aus einem eindeutigen Label sowie der Angabe je eines Ports zur Verbindungsannahme und zur Weiterleitung. Zu den optionalen Angaben zählen Client- und Timeout-Einstellungen. Parameter wie Chroot, Random-Seed für das Verschlüsseln sowie RLE- oder Zlib-Kompression optimieren die Gesamtkonfiguration. Neben Beispielkonfigurationen enthält das Quellarchiv auch SysV-Init-Skripte für den Einsatz von Stunnel als Dienst. Alternativ starten Sie das Tool via Inetd. Stunnel 5.02 ★★★★ Lizenz: GPLv3 Quelle: http://www.stunnel.org/

OpenSuse auf dem Raspberry Pi

Auf Desktop-PCs bekannt und beliebt, zählt die Linux-Distribution OpenSuse auf dem RasPi zu den Underdogs – aus gutem Grund. README OpenSuse hat auf Desktop-PCs bereits eine bewegte Geschichte hinter sich. Der Artikel hilft beim OpenSuse-Einstieg auf dem RasPi, erklärt die ersten Schritte auf dem System und untersucht, wie sich die Distribution im Vergleich zu Raspbian schlägt. Vor 20 Jahren trat eine neue Linux-Distribution auf die Bühne, die im Laufe der folgenden Jahre substanzielle Marktanteile eroberte: Suse Linux, herausgegeben von einer gleichnamigen GmbH aus Bayern. Insbesondere unter Anfängern galt die Distribution mit dem grünen Gecko als Maskottchen als erste Wahl: Zum einen lieferten die Nürnberger eine ausführliche deutsche Dokumentation mit, zum anderen erleichterte das Werkzeug YaST ("Yet another Setup Tool") die Konfiguration, indem es dem Anwender das persönliche Editieren von Konfigurationsdateien ersparte; beides war damals noch keine Selbstverständlichkeit. Nach der Jahrtausendwende schwand die Bedeutung der Distribution trotz des inzwischen freien Nachfolgers OpenSuse zunehmend. Viele Desktop-Nutzer greifen heute lieber zu Debian-Derivaten wie Ubuntu oder Linux Mint. Auch wenn OpenSuse nicht mehr den Stellenwert von einst besitzt, nutzen es doch noch eine Menge Leute. Grund genug, die Distribution für Kleinstrechner wie den RasPi zu portieren – doch wie schlägt sich OpenSuse darauf? Imagesache Eine erste Hürde bei der Installation der Distribution besteht darin, das richtige Image herunterzuladen. Die offizielle OpenSuse-Homepage verlinkt bezüglich des RasPi nur auf das JeOS-Image für ARM-Computer [1] . Das ließ sich im Test benutzen – im Netz kursierende Berichte, denen zufolge das Image überhaupt nicht funktioniert, können wir nicht bestätigen. Allerdings enthält JeOS gemäß dem namensgebenden Prinzip "Just enough Operating System" nur das Nötigste zum Starten: Es bootet in eine Textkonsole, der selbst simple Tools fehlen. Für einfachste Embedded-Zwecke geht das in Ordnung; für alle anderen Fälle gilt es, sehr viele Pakete nachzuinstallieren und zu konfigurieren. Wesentlich schwerer wiegt, dass das Image sich als sehr instabil erweist: An verschiedenen Stellen crashte der Kernel im Test. Das liegt wohl unter anderem daran, dass das Image jede Nacht aus den aktuellsten Dateien automatisiert generiert wird. Auch die enthaltenen Werkzeuge – allen voran YaST – verärgerten mit Bugs. Zu allem Übel erwies sich das System selbst im Konsolenmodus als sehr träge. Wesentlich empfehlenswerter ist das Image des Suse-Mitarbeiters Bernhard Wiedemann, das er auf seinem privaten Server zum Download bereitstellt [2] . Wiedemann aktualisiert es zwar nur unregelmäßig und lediglich im Abstand von mehreren Monaten, dafür erwies es sich im Test aber als stabil: Es traten keinerlei Abstürze auf. Das Image startet direkt in eine grafische Benutzeroberfläche mit dem Fenstermanager IceWM. Im Hinblick auf die begrenzten Ressourcen des RasPi stellt das sicherlich eine gute Wahl dar, Gnome oder KDE würden den Kleinstrechner überfordern. Zum Anmelden als Nutzer root verwenden Sie das Passwort linux . Laufen lernen Zwar bringt das Image einen vorinstallierten Fenstermanager mit, beschränkt sich aber dennoch an vielen Stellen auf das Nötigste. Sicherlich wäre es auch hier möglich gewesen, ein paar Dinge benutzerfreundlicher vorzukonfigurieren, wie beispielsweise Raspbian beweist. Stattdessen gilt es erst einmal, gewünschte Software aus dem Netz nachzuinstallieren. Unter OpenSuse erledigen Sie das mit dem Kommandozeilentool Zypper. Da in der Grundausstattung Software zum Nutzen eines WLAN-Sticks fehlt, benötigen Sie zunächst zwingend eine kabelgebundene Internetverbindung – einer von vielen wesentlichen Unterschieden zu Raspbian, das die notwendigen Treiber bereits mitbringt. Steht die Netzverbindung, bringen Sie als root das System mit dem Kommando zypper ref gefolgt von zypper dist-upgrade zunächst auf den neuesten Stand. Neue Pakete installieren Sie mit dem Aufruf zypper install Paket . So holt zum Beispiel zypper install midori den schlanken Webbrowser Midori an Bord. Suse-Fans favorisieren zur System- und Softwarepflege jedoch oft das grafische Frontend YaST2. Das erlaubt zum einen das Ändern diverser Systemeinstellungen und zum anderen das problemlose Nachinstallieren von Paketen. Jedoch zählt auch YaST2 zu den vielen Programmen, die im Image fehlen. Daher müssen Sie es mit den Befehlen aus Listing 1 erst einmal installieren. Danach lässt es sich ganz gewöhnlich über das IceWM-Menü starten. Bevorzugen Sie eine ressourcenschonendere Variante von YaST2, die mittels Ncurses nur Textmenüs nutzt, führen Sie den zweiten Zypper-Aufruf aus Listing 1 nicht aus. Listing 1 # zypper install yast2 yast2-online-update yast2-online-update-configuration yast2-online-update-frontend ncurses libyui-ncurses libyui-ncurses-pkg4 yast2_basis patterns-openSUSE-yast2_basis yast2-inetd yast2-network yast2-storage yast2-sysconfig yast2-trans yast2-sudo yast2-sshd yast2-runlevel yast2-pam # zypper install yast2-x11 yast2-control-center-qt libui-qt-pkg4 Fazit Lohnt es sich nun, für den Raspberry Pi eine weitere SD-Karte anzuschaffen, um darauf OpenSuse zu nutzen? Fans, die diese Distribution auch auf ihrem Desktop-PC verwenden oder sie von früher kennen, freuen sich über die vertrauten Eigenheiten des Systems. Alle anderen Anwender sollten sich nach einer anderen Distribution umsehen: Selbst die stabilere Variante der beiden OpenSuse-Images läuft nur äußerst zäh. Zwar verfügt der RasPi nur über begrenzte Ressourcen, doch für Raspbian gibt es viele schlanke Softwarepakete, die dort trotzdem flüssig laufen. Auch außerhalb des Desktops, etwa für Embedded-Basteleien oder Server-Zwecke, ist der geringeren Systemlast wegen die Konkurrenz vorzuziehen. Noch schwerer wiegt, dass vieles, was bei Raspbian von Haus aus funktioniert, auf OpenSuse umständlich nachgerüstet werden muss. Jedoch befindet sich die Raspberry-Pi-Version von OpenSuse noch in einem relativ frühen Entwicklungsstadium. Es ist also durchaus denkbar, dass die Nürnberger Distribution sich in Zukunft noch zu einer Alternative mausert – derzeit sieht es jedoch noch nicht danach aus. Infos OpenSuse-JeOS-Image: http://download.opensuse.org/repositories/devel:/ARM:/13.1:/Contrib:/RaspberryPi/images/ OpenSuse-Image von Bernhard Wiedemann: http://www.zq1.de/bernhard/linux/opensuse/raspberrypi-opensuse-latest.img.xz

Veranstaltungsbericht: Pi and More 5

Die diesjährige "Pi and More" offenbart: Demnächst treten zwei RasPis an Bord einer Forschungsrakete die Reise ins Weltall an, ein Vertreter des Mini-Rechners ging für Unterwasseraufnahmen bereits auf Tauchstation. README Alle sechs Monate treffen sich RasPi-Fans zur Veranstaltung "Pi and More". Vorträge, Workshops, Ausstellungen und Gespräche sorgen dabei für ein buntes Programm. Raspberry Pi Geek hat sich auch diesmal vor Ort umgesehen. Schon zum fünften Mal fand am 29. Juni die Veranstaltung "Pi and More" [1] statt. Das Event rund um den Raspberry Pi und damit verwandte Themengebiete wuchs gegenüber früheren Terminen erneut: Über 35 Vorträge, Workshops ( Abbildung 1 ) und Ausstellungsprojekte lockten 150 Besucher ins rheinland-pfälzische Trier. Aufgrund der Größe des Angebots mussten die Veranstalter erstmalig Veranstaltungen parallel legen. Je Zeitslot fanden entsprechend bis zu drei Vorträge beziehungsweise Workshops zeitgleich statt. Wir stellen im Folgenden die interessantesten Präsentationen vor – beispielsweise die baldige Reise zweier Raspberrys ins Weltall. [caption id="attachment_2346" align="aligncenter" width="300"] Abbildung 1: Workshops verschiedener Couleur brachten den etwa 150 anwesenden Teilnehmern den RasPi nahe.[/caption] Scotty, Energie! Dabei handelt es sich um ein Experiment, das Studenten im Rahmen des deutsch-schwedischen Forschungsprogramms REXUS/BEXUS ("Raketen-Experimente für Universitätsstudenten") [2] verwirklichen. Dessen Ausgangsbasis ist die Tatsache, dass die Wissenschaft immer noch nicht weiß, wieso Planeten existieren – nach derzeitigem Wissensstand hätten diese gar nicht entstehen dürfen. In seinem Vortrag ging Sven Eliasson darauf ein, wie er zusammen mit ein paar angehenden Physikern dieses Thema aufklären möchte. Der Schlüssel liegt dabei beim Einfluss von Staub im Rahmen der Planetenbildung. Gemäß dem Photophorese-Effekt bewegt sich ein Staubteilchen, das in Gas unter einen bestimmten Druck gesetzt und mit Licht bestrahlt wird, von der Lichtquelle weg. Wie sich diese Partikel bewegen und ihren Platz finden, ist jedoch noch unklar. Da die Himmelskörper vor ihrer Verdichtung jedoch stets aus Staubwolken bestanden, besteht großes Interesse an einer genaueren Erforschung dieses Ablaufs. Zwar wurden in der Vergangenheit schon Messungen zur Photophorese vorgenommen, beispielsweise in einer simulierten kurzzeitigen Schwerelosigkeit mittels Parabelflug, doch gab es bislang keine entsprechenden Experimente unter echten Null-g-Bedingungen. Das Projekt sieht vor, eine sechs Meter lange Rakete mit zwei RasPis an Bord vom Esrange Space Center nahe dem schwedischen Kiruna aus in 100 Kilometer Höhe und damit ins Weltall zu katapultieren. Allerdings dauert das Intermezzo lediglich drei Minuten, bevor es zurück zur Erde geht. Bei der Rückkehr stehen die Service- und Experimentmodule im Vordergrund des Interesses, der Rest des Flugkörpers wird nicht mehr benötigt. Wegen der relativ hohen Kosten des Projekts mussten sich die Studenten mit ihrem Vorhaben erst in einem Wettbewerb gegen andere Projektgruppen durchsetzen. Hierzu legten sie eine ausführliche Begründung vor und mussten in der Diskussion mit einer Fachjury überzeugen. Im Inneren der Experimentmodule befindet sich eine Vakuumkammer mit 30 Mikrometer kleinen Staubkörnern, die ein Laser beschießt. Zwei je an einen Raspberry Pi angeschlossene Kameras filmen das Geschehen während der Schwerelosigkeit. Die Wahl fiel wegen seiner geringen Größe und seines geringen Gewichts auf den Mini-Rechner. Der Vortrag ging auch auf die Schwierigkeiten bei solch einem Unterfangen ein: So kommt es an Bord der Rakete zu enormen Vibrationen, unter denen ein normaler RasPi auseinanderbrechen würde. Hierfür würde sich das neue Compute-Modul [3] des Mini-Rechners am besten eignen, das aber in der Planungsphase des Projekts noch nicht existierte. Deswegen galt es, die RasPis anderweitig zu präparieren. Darüber hinaus musste gegen weitere schwierige Randbedingungen Vorsorge getroffen werden: So kommt es beim Flug zu großen Temperaturunterschieden zwischen minus 50 und plus 100 Grad Celsius. Ein weiteres Problem stellt der sogenannte Spin der Rakete dar: Beim Start muss diese sich drehen, um nicht seitlich wegzukippen. Nun dürfen die Entwickler nicht vergessen, diesen Drall wieder zu stoppen. Ein möglicher Lösungsansatz besteht darin, ein Seil mit einem Gewicht seitlich wegzuschießen. Ebenfalls problematisch wäre eine Landung im Wasser bei der Rückkehr. Eliasson fasste es mit den Worten zusammen: "Fehler dürfen nicht passieren – es gibt nur einen Versuch!" U-Boot im Gartenteich Nicht in die Höhe, sondern in submarine Gefilde bewegt sich Margrit Höhmes RasPi-Projekt: Ziel war es, die Fische im eigenen Gartenteich auf Video aufzunehmen, um sie aus nächster Nähe bei ihrem alltäglichen Verhalten zu beobachten. Zwar ist der Raspberry Pi mitsamt seinem Kamera-Modul recht günstig zu bekommen, dafür kosten professionelle Unterwassergehäuse utopische Summen. Im Internet fand Höhme auf einer Homepage [4] eine DIY-Lösung für Camcorder. Diese modifizierte und verkleinerte sie derart, dass sie für das eigene Vorhaben geeignet war. Die Gesamtkosten aller Materialien für das wasserdichte Gehäuse beliefen sich am Schluss auf 55 Euro. Beim eingesetzten RasPi handelte es sich um das Model A mit 256 MByte RAM, das im Headless-Betrieb trotzdem genug Leistung für das Vorhaben liefert. Höhme versenkte den Pi schließlich innerhalb seiner neuen Behausung im heimischen Gartenteich. Das Projektziel bestand darin, dass der RasPi nicht einfach nur wie ein gewöhnlicher Camcorder die Videoaufnahmen der Fische lokal speichert. Stattdessen sollte er das Videobild ins lokale Heimnetzwerk streamen und per SSH erreichbar sein. Letzteres erlaubt es, spontan das übertragene Bild anzupassen, etwa durch das Umschalten von Full-HD-Videoübertragung auf Zeitrafferaufnahmen. Alternativ findet eine Übertragung nur dann statt, wenn ein neu gestartetes Motion-Detection-Skript Veränderungen im Bild registriert. Da Wasser WLAN-Funkwellen blockiert, musste ein Workaround her: Aus dem Unterwassergehäuse heraus führte ein USB-Kabel ans Ufer zu einem USB-Hub. Dieser leitete die Daten über einen angeschlossenen WLAN-Stick weiter ins heimische Netzwerk. Softwareseitig genügt dafür ein normales Raspbian-Image, auf dem raspivid die Aufnahme startet und seine Daten an Gstreamer übergibt. Dieser sendet den Stream seinerseits ins häusliche Netzwerk ( Abbildung 2 ). Alternativ wäre auch möglich, das Video auf einem Android-Gerät mit der App Raspicam [5] zu empfangen. [caption id="attachment_2347" align="aligncenter" width="300"] <img id="article_f2" class="wp-image-2347 size-medium" src="http://www.raspberry-pi-geek.de/wp-content/uploads/2014/08/Abbildung-21-300x163.jpg" alt="Abbildung 2: Die auf RasPi basierende Unterwasserkamera stellte die Entwicklerin Margrit Höhme vor einige Aufgaben. Nicht zuletzt deswegen, weil Wasser keine WLAN-Verbindung zulässt und kommerzielle Unterwassergehäuse extrem teuer sind." width="300" height="163" /> Abbildung 2: Die auf RasPi basierende Unterwasserkamera stellte die Entwicklerin Margrit Höhme vor einige Aufgaben. Nicht zuletzt deswegen, weil Wasser keine WLAN-Verbindung zulässt und kommerzielle Unterwassergehäuse extrem teuer sind.[/caption] Die Initiatorin des Projekts arbeitet hauptberuflich in der IT-Branche und möchte gerne mehr Mädchen und junge Frauen dazu motivieren, sich beruflich in Richtung MINT-Fächer zu orientieren. Sie würde sich deshalb freuen, wenn Lehrer oder Jugendgruppen die Projektidee [6] aufgreifen und nachbauen. Heimautomatisierung extrem Professor Jens Krüger nahm den Neubau seines Hauses zum Anlass, zusätzliche 5000 Euro in die Hand zu nehmen, um damit eine der vermutlich umfassendsten Heimautomatisierungssysteme zu basteln, die auf einem Raspberry Pi basieren. Zwar befindet sich im gesamten Aufbau nur ein RasPi, doch dieser hält Kontakt zu nicht weniger als zwölf Arduinos, die wiederum Hunderte Sensoren ansteuern. Im gesamten Haus wurden dafür etwa 5 Kilometer Kabel verlegt. Als Designanforderung wollte Krüger keine vorgefertigten Smart-Devices verwenden, sondern stattdessen alles aus günstigen Standardkomponenten zusammensetzen. Die Kommunikation läuft nicht über einen Bus im herkömmlichen Sinne ab, sondern rein über Ethernet. Um den Äther nicht unnötig zu verstopfen, verzichtet das Konzept auf WLAN und Bluetooth. Um den als Schaltzentrale eingesetzten Raspberry Pi zu entlasten, übernehmen die Arduinos ein paar Schritte in der Vorverarbeitung der Daten. Besonders wichtig war auch das Kriterium Robustheit: Die Vorstellung, dass mehrere Steuersysteme ausfallen könnten, während der Hausherr auf einer Konferenz weilt, könnte sonst den daheim gebliebenen Familienmitgliedern nicht behagen. Obwohl Krüger die Technik an sich so simpel wie möglich hielt, übersteigt der Umfang der Automation vieles, was man von anderen Konzepten kennt. Das automatisierte Steuern der Rollläden und Lampen lässt sich so programmieren, dass etwa bei einer bestimmten Sonneneinstrahlung die Läden automatisch herunterfahren. Ebenso lassen sich Sensor- und Zustandsdaten via Internet auslesen oder an fest im Haus installierten Displays ablesen. Die Vielzahl an Sensoren misst im Haus nicht nur an allen möglichen und unmöglichen Stellen Helligkeit, Wind, Luftfeuchtigkeit und Ähnliches, unter dem Dach befindet sich sogar ein Geigerzähler. Im Vortrag machte Krüger jedoch deutlich, dass es sich bei dieser und manch anderer Komponente eher um eine technische Spielerei handelt, die man so nicht wirklich braucht. Das Hausautomatisierungssystem verfügt aber auch über einige ausgesprochen praktische Zusätze: Wer sich aussperrt, kommt nach der Eingabe eines numerischen Codes auf einem Tastenfeld trotzdem ins Haus. RFID-Sensoren erfassen, wer wann das Gebäude betritt und verlässt. LEDs vor dem Ausgang zeigen den Status der Rollläden an und signalisieren, welche Türen und Fenster eventuell noch offen stehen. Um den Do-it-yourself-Gedanken noch weiter zu treiben, entwarf Krüger zum Steuern der Systeme eine eigene Programmiersprache, deren Quelltext er aus Performancegründen kompiliert. So beträgt die Systemlast auf dem RasPi in der Praxis nie mehr als 30 Prozent. Die Programmiersprache setzt auf eine einfach gehaltene Syntax nach dem Strickmuster Bedingung: Effekt, Effekt – eine Beispiel-Codezeile wäre etwa [ASO2.3]>1: [RELAY01.4]=1 . In Kürze soll das komplette System auch als Open Source erscheinen, damit andere es ebenfalls verwenden und an die eigenen Bedürfnisse anpassen können. Krügers fundierter und zeitweise auch humorvoll gestalteter Vortrag lockte besonders viele Zuhörer an. Ausstellung In einer eigenen Halle stellten diverse Teilnehmer ihre Bastelergebnisse aus. So zeigte ein Aussteller, wie aus einem RasPi in Kombination mit einem Keyboard und mehreren Skripten eine Midi-Orgel entsteht ( Abbildung 4 ), ein anderer demonstrierte, wie das Türschließsystem eines saarländischen Hack-Spaces funktioniert. [caption id="attachment_2348" align="aligncenter" width="300"] Abbildung 3: Ein Keyboard, ein RasPi und ein paar Skripte genügen, um daraus eine vollwertige Midi-Orgel zu basteln.[/caption] In einem weiteren Fall bauten die Entwickler ein BeagleBone Black zu einer aktiven Lautsprecherbox um, die sich per Webbrowser steuern lässt. Ein Dart-Board und ein Kickertisch wurden mittels RasPi um weitere Funktionen aufgerüstet und speichern unter anderem Spielergebnisse auf einem Server. Besonderer Beliebtheit erfreute sich auch ein umgebauter Arcade-Spielautomat ( Abbildung 4 ), der im Inneren einen RasPi mit installiertem Mame-Emulator beherbergt. [caption id="attachment_2349" align="aligncenter" width="200"] Abbildung 4: Für großes Interesse sorgte ein Arcade-Gehäuse, dem ein RasPi mit installiertem Mame-Emulator Leben einhauchte.[/caption] Quer durch die Halle fuhr ein modifiziertes Modellauto, das dank optischer Sensoren stets einer schwarzen Linie folgte ( Abbildung 5 ). An Kreuzungen wählte es die Spur anhand von RFID-Tags. Es gilt als kostengünstige Alternative zu Linienfolger-Fahrzeugen aus der Industrie: Diese folgen mittels induktiver Sensoren metallischen Bahnen. Das macht sie gegenüber dem auf der "Pi and More" vorgestellten Ansatz teurer und weniger flexibel. Das Herz des Vehikels bildet ein Mikrocontroller des Typs ATmega128A. [caption id="attachment_2350" align="aligncenter" width="300"] Abbildung 5: Als Alternative zu induktionsgesteuerten Linienfolger-Fahrzeugen kam auf der Messe eines mit optischen Sensoren und RFID-Sensoren zum Einsatz.[/caption] Lehren und Lernen … Auch diesmal waren unter den Besuchern nicht nur reine Hobbyisten, sondern auch Lehrer und Dozenten, die den Raspberry Pi in der Bildungsarbeit aktiv einsetzen. So berichtete ein Vortragender über Erfahrungen am Immanuel-Kant-Gymnasium in Leinfelden-Echterdingen (Baden-Württemberg). Dort lernen Siebtklässler mithilfe von Scratch und selbst entworfenen Spielen das Programmieren. Am Steckbrett sammeln sie auch erste Erfahrungen zum Thema Physical Computing. Am Technischen Gymnasium in Ettelbrück (Luxemburg) beschäftigten sich Schüler eingehend mit dem Arduino und erstellten anschließend eigene Projekte, von denen ein Teil in der Ausstellungshalle zu sehen war. Der Workshop eines anderen Referenten lud sowohl Lehrer als auch Schüler dazu ein, am RasPi Minecraft auszuprobieren, das es erlaubt, Spielerweiterungen via Python zu programmieren. Den anwesenden Jugendlichen war anzusehen, wie stark das spielerische Element die Motivation beflügelte. Ebenfalls am Start waren einige Projekte, die im Ausbildungskontext entstanden, etwa als Facharbeit. Außerdem war das Ada-Lovelace-Projekt vor Ort: Die durch öffentliche Gelder finanzierte Initiative möchte bewirken, dass sich mehr Frauen nach dem Abitur für einen MINT-Studiengang entscheiden. Auf der "Pi and More" wurden in diesem Zusammenhang Schülerinnen in die Welt der Lego-Mindstorms-Roboter (ohne RasPi-Zusätze wie dem BrickPi) eingeführt. Anschließend kümmerten sich Mentorinnen, die derzeit einen technischen Studiengang in Deutschland absolvieren, um die Mädchen. Sie besuchten mit ihnen gemeinsam ausgesuchte Veranstaltungen auf der Messe. Insgesamt betrachtet, vermittelten die vielfältigen Initiativen im Bildungsbereich einen sehr guten Eindruck. Wurde vor zwei Jahren noch viel darüber geredet, dass RasPi, Arduino & Co. aufgrund ihrer Didaktisierbarkeit Potenzial besitzen könnten, das Interesse der nachwachsenden Generation an MINT-Fächern zu stärken, so deutet sich langsam an, dass sich das tatsächlich bewahrheitet. … und noch viel mehr Einsteiger fanden ebenfalls ein passendes Angebot vor. Für sie gab es unter anderem praktische Workshops für die ersten Schritte. Auch Profis kamen nicht zu kurz: Neben den bereits erwähnten Projekten gab es eine intelligente Steckdosenleiste zu begutachten, die nicht nur die Leistungsaufnahme überwacht, sondern auch über das Netzwerk Nachrichten verschickt. Ein Workshop half dabei, die GPIO-Pins des RasPi mittels LUA zu programmieren. Summa summarum bot der gemeinnützige Trägerverein [7] hinter der "Pi and More" ein vielfältiges Programm für jedermann an, auch diesmal kostenlos. Infos Pi and More: http://www.piandmore.de REXUS/BEXUS-Projekt: http://www.rexusbexus.net RasPi-Compute-Modul: http://www.raspberrypi.org/raspberry-pi-compute-module-new-product/ Kameragehäuse: http://www2.mrc-lmb.cam.ac.uk/personal/pdh/housing/ Raspi-Cam: https://play.google.com/store/apps/details?id=com.pibits.raspberrypiremotecam Fishcam: http://www.mhoehme.de/fishcam/ Computer, Menschen, Dinge e.V.: http://cmd-ev.de/

Stromversorgung per Windturbine

Peilen Sie ein Projekt an, bei dem der Raspberry Pi abseits jedes Stromnetzes seinen Dienst versehen muss? Meist kommt in solchen Szenarien Solarstrom zum Zug. Liefert die Sonne nicht genügend Leistung, kann eine preiswerte Windturbine als Ergänzung einspringen. README Das Projekt Curaçao zielt darauf ab, mit einem wartungsfreien System sechs Monate lang Messdaten zu Umweltbedingungen zu erfassen. Die Stromversorgung sollen Solarzellen und ein windgetriebener Generator sicherstellen. Um die notwendige Leistung zu generieren, mussten die Entwickler allerdings zu einigen Tricks greifen. Das Projekt Curaçao dreht sich um den Betrieb eines massiven Sensorenpakets, das hoch oben in einem Funkturm auf der Tropeninsel Curaçao seinen Dienst versehen soll. Das zu den Niederlanden gehörende Curaçao zählt zur Inselgruppe der Kleinen Antillen und liegt 12 Grad nördlich des Äquators. Für einen Urlaub eignet sich die idyllische Insel ideal, doch die tropische Sonne, Flugsalz aus dem Meer und eine niemals nachlassende Hitze machen Curaçao zu einer echten Herausforderung, will man dort ein Umweltüberwachungssystem auf Basis eines Raspberry Pi installieren. Das Projekt zielt darauf ab, sechs Monate lang mit einem wartungsfreien System Messdaten zu den Umweltbedingungen auf der Insel zu erfassen. Die Stromversorgung sollen Solarzellen und ein windgetriebener Generator sicherstellen, die Kommunikation mit dem Betreiber erfolgt über eine iPad-App namens RasPiConnect. Ein Kunststoffgehäuse nimmt die meisten elektronischen Komponenten auf ( Abbildung 1 ). [caption id="attachment_2266" align="aligncenter" width="300"] Abbildung 1: Dieses Gehäuse nimmt die elektronischen Komponenten für das Projekt Curaçao auf.[/caption] Während des Betriebs sollen auch einige technische Parameter protokolliert werden, darunter der Stromverbrauch, das Nachlassen des Wirkungsgrads der Solarzellen sowie die Lade- und Entladeleistung der Batterien. Ein Watchdog-Timer überwacht das System. Dieses fährt sich bei mangelnder Stromversorgung oder unvorteilhaften Bedingungen automatisch herunter und startet über den Watchdog selbstständig wieder, sobald sich erneut ein stabiler Betrieb gewährleisten lässt. Die größte Herausforderung beim Entwickeln eines Systems, das an einer abgelegenen Einsatzstelle im Dauerbetrieb arbeiten soll, stellt die Stromversorgung dar. Im Folgenden stellen die Entwickler des Projekts Curaçao die Methoden vor, die sie beim Design der Stromversorgung anwandten. Auch wenn ein von Ihnen ins Auge gefasstes Projekt sich hinsichtlich der Ziele und Anforderungen vom Projekt Curaçao unterscheidet, lassen sich die gezeigten Techniken durchaus auch dafür als Leitfaden für eine Spannungsversorgung abseits vom Stromnetz adaptieren und modifizieren. Ursprünglich hatten die Entwickler das Projekt Curaçao für eine ausschließliche Versorgung über Solarstrom ausgelegt. Allerdings ergaben Lastberechnungen, dass sich auf diese Weise lediglich eine Betriebszeit von rund 15 Stunden täglich realisieren ließe. Anschließend müsste der auf einem Arduino betriebene Watchdog das System über Nacht herunterfahren, unterbrochen lediglich von einer kurzen Messphase um Mitternacht, um die nächtlichen Umweltbedingungen zu erfassen. Dann wies eines der Teammitglieder darauf hin, dass am geplanten Standort an der Küste nahezu ständig ein Wind von über 20 km/h bläst, meist sogar aus derselben Richtung. Eventuell bestand also eine Möglichkeit, mithilfe von Windkraft einen durchgehenden Betrieb zu realisieren. Solaranlage Schon das Design der Solarstromversorgung stellte eine Herausforderung für sich dar. Der Raspberry Pi soll den ganzen Tag über laufen, zudem müssen genügend Leistungsreserven vorhanden sein, um auch einen Betrieb jeweils drei Stunden vor Sonnenaufgang und nach Sonnenuntergang zu gewährleisten. Neben den gesteckten Zielen beeinflusste auch das Budget die Auswahl der Hardware. Die Entwickler legten folgende Voraussetzungen zugrunde: Acht Stunden täglich mit genügend Sonneneinstrahlung, um die Solarzellen zumindest mit 80 Prozent der Nennleistung (12 Watt) zu betreiben. Ein Wirkungsgrad der Leistungsübertragung zum Raspberry Pi von 85 Prozent. Eine Stromaufnahme des Raspberry Pi mit aktiviertem WLAN von 350 mA. Auf der Basis dieser Annahmen ergab sich eine typische maximale Solarstrom-Betriebsdauer des Raspberry Pi von knapp 16 Stunden täglich (siehe Listing 1 ). Zwar hatte das Team einen Betrieb des Raspberry Pi ausschließlich per Solarstrom angepeilt, doch die zu erwartende Laufzeit genügte nicht für den vorgesehenen Messzeitraum von drei Stunden vor Sonnenaufgang bis drei Stunden nach Sonnenuntergang. Deswegen sahen sich die Entwickler nach einer Möglichkeit um, die Stromversorgung möglichst kostengünstig um eine Windturbine mit einer Leistung zwischen 15 und 30 Watt auszubauen. Listing 1 RasPi-Laufzeit solar = (8 h * 0,8 * 1020 mA) * 0,85 / 350 mA = 15,8 h Windkraft Da der Wind nicht den ganzen Tag über gleichmäßig bläst, muss man den generierten Strom in einer Batterie zwischenspeichern, die dann ihrerseits den Raspberry Pi speist. So gut wie alle erschwinglichen Windturbinen liefern nominell 12 Volt, genug also, um eine 12V-Batterie zu laden. (Tatsächlich liegt die Ladespannung bei 13,7 Volt, und die Windkraftanlage muss eine etwas höhere Spannung für das Laden liefern.) Da der Raspberry Pi eine 5V-Stromversorgung benötigt, wählten die Entwickler als entsprechende Spannungsquelle ein Solarstrom-Ladeboard des Typs Lipo Rider Pro [1] . Es nimmt maximal 6,5 Volt auf und lädt eine 3,7V-LiPo-Batterie, wobei es die Ladespannung auf 5 Volt boostet. Das wäre ideal – würde die Windkraftanlage nicht 12 Volt erzeugen. Die Lösung: ein Gleichspannungs-Abwärtswandler, der die Ladespannung von 12 auf 6 Volt reduziert. Der gewählte Typ arbeitet sehr effizient und kommt auf der Eingangsseite mit bis zu 19 Volt zurecht. Abbildung 2 zeigt ein Blockschaltdiagramm des Windkraft-Subsystems. Zwischen dem Eingang der Windkraftanlage und jenem der Solarzellen sahen die Entwickler ein Schaltrelais vor, um softwaregesteuert zwischen beiden Spannungsquellen umschalten zu können. Eine Zusammenstellung aller Komponenten finden Sie im Kasten "Projekt Curaçao: Komponenten" . [caption id="attachment_2267" align="aligncenter" width="252"] Abbildung 2: Ein Blockschaltdiagramm des Windkraft-Subsystems.[/caption] Projekt Curaçao: Komponenten Windkraftturbinen (15W und 50W) Ladeboard Seeed Studio LiPo Rider Pro (mit Booster von 3,7V auf 5V) zwei 3,7V-LiPo-Akkus (3300 mAh) Raspberry Pi Model A WLAN-Adapter drei Spannungssensoren Adafruit INA219 (I 2 C) 12-Bit-Analog-Digital-Konverter von Adafruit (I 2 C) Design Die Datenblätter der gewählten preiswerten Windturbinen ließen ärgerlicherweise einige wichtige Spezifikationen vermissen. Die Nennleistung der kleineren Anlage war mit 15 Watt (12 Volt bei 1,25 Ampere) angegeben, doch fehlte in der Dokumentation jegliche Angabe, welche Windgeschwindigkeit notwendig ist, um diese Leistung zu erreichen, oder welche Spannungen die Turbine generieren kann. Auch das Datenblatt der 50-Watt-Anlage (25 Volt, 2 Ampere) verriet wiederum nichts über deren dynamische Charakteristik – schön wäre ein Diagramm gewesen, das zeigt, bei welchen Betriebsparametern sich die 50 Watt erzeugen lassen. Es blieb also nichts anderes übrig, als selbst Messdaten dazu zu erheben und in Form von Kurven darzustellen, um auf dieser Basis begründete Entscheidungen für die Integration der Windkraftanlage treffen zu können. Die Entwickler nahmen zweierlei Messungen vor: zum einen ohne Last, um bei freidrehender Windturbine die Windgeschwindigkeit ermitteln zu können, bei der diese ausreichend Spannung produziert, und zum anderen mit dem tatsächlichen Verbraucher als Last, um die entsprechenden Betriebsparameter planen zu können. Im Folgenden sehen Sie einige Messkurven dazu. Bitte beachten Sie, dass diese nur für das Projekt Curaçao gelten und sich nicht ohne Weiteres auf andere Projekte übertragen lassen. Erheben Sie im Fall eines Falles Ihre eigenen Daten. Für die Projekt-Curaçao-Messstation ging das Team grob von einer effektiven Last von 25 Ohm bei minimalem Widerstand (maximale Spannung) aus. Diese wurde beim Betrieb an einem Netzteil ermittelt, wobei zur Überwachung und Kontrolle die bereits erwähnte App RasPiConnect [2] zum Einsatz kam. Deren Ausgabe sehen Sie in Abbildung 3 , wobei die falsche Angabe für die Power Efficiency dem direkten Anschluss an ein Netzteil geschuldet ist. [caption id="attachment_2268" align="aligncenter" width="300"] Abbildung 3: Bei Projekt Curaçao kam zur Überwachung und Steuerung des RasPi die iPad-App RasPiConnect zum Einsatz.[/caption] Freilaufmessung Im Zug der Freilaufmessung ermittelten die Entwickler die regulierte und unregulierte Spannung der Windturbine, die Spannung des Solarpanels sowie die entsprechenden Ströme. Dazu kamen I 2 C-High-Side-Strom- und Spannungssensoren auf INA219-Basis zum Einsatz. Bei der 15W-Windturbine handelt es sich um ein rund 90 US-Dollar teures Do-it-yourself-Windkraft-Kit, das aus einem Generatorteil mit zweiblättrigem Rotor sowie der kompletten Verkabelung besteht [3] . Es findet sich zum Preis von 40 US-Dollar als Micro Wind Turbine Generator Science Project Kit auch bei Amazon, dort aber ohne Anschlusskabel. Als 50W-Windkraftanlage dient der Cyber 50 Micro Wind Turbine Generator, bei Amazon für rund 80 US-Dollar zu haben. Die Wahl der beiden Systeme spiegelt keinerlei technische Präferenzen wider: Während der Designphase von Projekt Curaçao waren dies schlicht die beiden am schnellsten verfügbaren, preiswertesten Systeme dieser Art. Als Erstes bestimmten die Entwickler die Freilauf-Spannungskurve, um zu ermitteln, welche Spannung die Turbinen bei gegebener Windgeschwindigkeit liefern. Dazu montierten sie das 15W-System schlicht auf den Stiel einer Gartenschaufel ( Abbildung 4 ) und hielten es so aus dem Fenster eines Autos. Beim Fahren mit verschiedenen konstanten Geschwindigkeiten maßen sie dann die jeweilige Spannung mit einem Multimeter ( Abbildung 5 ). Das ging allerdings nicht ganz problemlos vonstatten: Abgesehen von erstaunten Blicken der Nachbar und dem mangelnden Verständnis eines Polizeibeamten für die Messmethode erwiesen sich insbesondere aufgrund eines vorangegangenen Schneesturms zum Messzeitpunkt leicht vereiste Straßen als Hindernis. [caption id="attachment_2269" align="aligncenter" width="300"] Abbildung 4: Die recht kompakte 15W-Windturbine, für den Test auf einen Schaufelstiel montiert.[/caption][caption id="attachment_2270" align="aligncenter" width="300"] Abbildung 5: Die 15W-Windturbine, bereit für eine erste Messreihe unter winterlichen Bedingungen.[/caption] Die Entwickler ermittelten die Daten für Geschwindigkeiten bis zu 50 Meilen/h (80 km/h) und übertrugen sie in eine Tabellenkalkulation. Dort nahmen sie eine polynomische Kurvenanpassung dritter Ordnung vor, um eine passende Gleichung zum Berechnen der Ausgangsspannung bei einer gegebenen Windgeschwindigkeit zu finden ( Abbildung 9 ). Das Ergebnis fasst der Kasten "Kurvenpolynom für die 15W-Windturbine" zusammen. Der maximale Kurvenanpassungsfehler liegt bei +6,89 Prozent / -4,74 Prozent (+0,4V / -0,6V), was für den angepeilten Zweck völlig ausreicht. Das gefundene Polynom lässt sich auf dem Raspberry Pi zum Implementieren von Kontrollfunktionen sowie für das Ermitteln der Windgeschwindigkeit verwenden, gilt aber lediglich für den Freilauf. [caption id="attachment_2271" align="aligncenter" width="300"] Abbildung 6: Spannung bei gegebener Windgeschwindigkeit für die 15W-Windturbine im Freilauf.[/caption] Kurvenpolynom für die 15W-Windturbine y = (c3 * x^3) + (c2 * x^2) + (c1 * x^1) + b y = Ausgangsspannung der Windturbine x = Windgeschwindigkeit in Meilen/h Koeffizienten: c3 = -0,000224491 c2 = 0,012549184 c1 = 0,255523699 b = 0,247342657 Zudem zeigt die Kurve, dass eine einzelne 15W-Windturbine bei geringen Windgeschwindigkeiten von 10 bis 14 Meilen/h (16 bis 22 km/h) zu wenig Leistung für das Projekt Curaçao liefert: Unter solchen Bedingungen wären zwei der Anlagen notwendig, da der 6V-Regulator, der den Ladeschaltkreis der Batterien bedient, eine Eingangsspannung von wenigstens 9 Volt benötigt. Nach der Beschaffung einer zweiten 15W-Windturbine und einem Parallelbetrieb probehalber kamen die Entwickler zu dem Schluss, dass ein solches Szenario zwar die Leistungsanforderungen gerade so erfüllen würde, jedoch technisch nicht voll befriedigen kann ( Abbildung 7 ). [caption id="attachment_2272" align="aligncenter" width="225"] Abbildung 7: Die Lösung mit zwei 15W-Windturbinen erschien in technischer Hinsicht als nicht ganz zufriedenstellend.[/caption] Deswegen wiederholte das Team die Leistungsmessreihe für die 50W-Windturbine ( Abbildung 8 ), auch hier für Windgeschwindigkeiten bis zu 50 Meilen/h (80 km/h). Die Auswertung erfolgte auf dieselbe Weise wie schon beim 15W-Modell, das Ergebnis zeigt Abbildung 9 . Die ermittelten Parameter fasst der Kasten "Kurvenpolynom für die 50W-Windturbine" zusammen, der maximale Kurvenanpassungsfehler liegt hier bei +6,75 Prozent / -7,77 Prozent (+0,9V / -1,07V). [caption id="attachment_2273" align="aligncenter" width="225"] Abbildung 8: Die deutlich größere 50W-Windturbine weist einen mehrblättrigen Rotor auf.[/caption][caption id="attachment_2274" align="aligncenter" width="300"] Abbildung 9: Spannung bei gegebener Windgeschwindigkeit für die 50W-Windturbine im Freilauf.[/caption] Kurvenpolynom für die 50W-Windturbine y = (c3 * x^3) + (c2 * x^2) + (c1 * x^1) + b y = Ausgangsspannung der Windturbine x = Windgeschwindigkeit in Meilen/h Koeffizienten: c3 = -0,000385082 c2 = 0,022102564 c1 = 0,675897436 b = 0,172727273 Nachdem sowohl die Konfiguration mit zwei 15W- als auch mit einer 50W-Windturbine die Ansprüche des Projekts decken konnte, beschlossen die Entwickler, beide Varianten auch in der Praxis mit der Projekt-Curaçao-Gerätebox zu testen. Praxistests Zunächst untersuchte das Team die Auslegung mit zwei 15W-Windturbinen. Die Ausgangsvermutung ging dahin, dass sich bei geringen Windgeschwindigkeiten von gut 20 km/h wohl nur geringe Spannungen erzeugen lassen würden. Für den Test wurden die beiden Windturbinen an den für das Projekt Curaçao bereits entwickelten Ladestromkreis angeschlossen. Dieser besteht aus einem eigentlich für den automobilen Einsatz gedachten 3A/18W-Gleichstrom-Abwärtswandler (9 bis 22V Eingang, 12V auf 6V), verkabelt mit dem Relais, das zwischen den Solarzellen und den Windturbinen umschaltet und mit dem Batterielader (Lipo Rider Pro) verbunden ist. Diese Kombination stellte hier die Last dar. Bitte beachten Sie, dass bei Ihren Projekten die Last eine völlig andere Impedanz und Charakteristik aufweisen kann als die des Projekts Curaçao. Ein relativ simpler Weg, das festzustellen, wäre beispielsweise das Entladen der Windturbine in eine resistive Last und das Messen der Spannung. Auch die Lastmessungen erfolgten nach der nun bereits bewährten Methode vom Auto aus, wobei sich das in Abbildung 10 gezeigte Diagramm ergab. Die Messkurve für den erzeugten Strom in Abhängigkeit von der Windgeschwindigkeit sehen Sie in Abbildung 11 . [caption id="attachment_2275" align="aligncenter" width="300"] Abbildung 10: Spannung bei gegebener Windgeschwindigkeit für die Konfiguration mit zwei 15W-Windturbinen.[/caption][caption id="attachment_2276" align="aligncenter" width="300"] Abbildung 11: Strom bei gegebener Windgeschwindigkeit für die Konfiguration mit zwei 15W-Windturbinen.[/caption] Grillfest Nach Abschluss der Testläufe lag klar auf der Hand, dass sich die 50W-Windturbine wesentlich besser für den angepeilten Betrieb eignet, da sie, anders als die gekoppelten 15W-Modelle, auch bei geringen Windgeschwindigkeiten schon ausreichend Spannung liefert. Für das Projekt Curaçao genügt dann bereits ein Wind von gut 20 km/h, um eine Spannung von 6,4 Volt zu erzeugen – genug, um auch bei parallelem Betrieb des RasPi die Batterien noch zu laden. Allerdings ergab sich beim Last-Testlauf mit der 50W-Windturbine noch ein kleines Problem: Der Gleichspannungs-Abwärtswandler verabschiedete sich aufgrund einer Überspannung. Warum, das liegt bei genauem Betrachten von Abbildung 9 relativ klar auf der Hand: Der Abwärtswandler ist für eine Eingangsspannung von 19 Volt spezifiziert, die 50W-Windturbine produziert jedoch bereits bei einer Windgeschwindigkeit von 25 Meilen/h (40 km/h) selbst unter Last satte 22 Volt. Stärkerer Wind und damit eine höhere Spannung grillen dann schlicht den Wandler. Laut den Spezifikationen der 50W-Windturbine liefert diese unter optimalen Bedingungen 2 Ampere bei 25 Volt – eben 50 Watt. Das übersteigt die Stromaufnahme des Projektaufbaus um das Doppelte bis Vierfache, sodass hier die Spannung noch ansteigt. Das hatte das Entwicklungsteam übersehen. Überspannungsschutz Um diesem Effekt entgegenzusteuern, fügten die Entwickler dem Projekt auf der Windturbinenseite einen Schaltkreis zum Schutz des Abwärtswandlers gegen Überspannungen hinzu. Zwar beträgt die Nennleistung der Windturbine lediglich 50 Watt, doch getreu dem Motto "sicher ist sicher" ging das Team für den Schutzschaltkreis von 4 Ampere Stromstärke bei 25 Volt Spannung aus, also von 100 Watt. Dies erschien schon angesichts der Möglichkeit tropischer Hurrikane im Einsatzgebiet angeraten – auch wenn spitze Zungen dazu anmerkten, dass bei einem solchen Sturm Überspannungen das geringste Problem seien: Vermutlich würde sich die Gerätebox samt Windkraftanlage bei entsprechenden Windstärken bereits auf halbem Weg zur Nachbarinsel Aruba befinden. Der Schutzschaltkreis greift, sobald die Eingangspannung 20 Volt überschreitet. Zum Einbau kommen ein 5-Ohm/50-Watt-Widerstand sowie zehn parallel geschaltete 5-Watt-Suppressordioden ( Abbildung 12 ). Solche auch als TVS ("Transient Voltage Suppressor") bezeichneten Dioden leiten Überlastströme ab, sobald die angelegte Spannung die Durchbruchsspannung des Schutzbauteils überschreitet, und kehren anschließend wieder in den Normalbetrieb zurück [4] . [caption id="attachment_2277" align="aligncenter" width="300"] Abbildung 12: Der Schutzschaltkreis verhindert, dass durch hohe Windgeschwindigkeiten verursachte Überspannungen das System beschädigen.[/caption] Bei einem folgenden erneuten Last-Test ( Abbildung 13 ) bewährte sich die Schutzschaltung. Auch bei Windgeschwindigkeiten von über 40 Meilen/h (an die 70 km/h) ließ sich die Windkraftanlage nun betreiben, ohne der Projekt-Curaçao-Gerätebox kleine Rauchwölkchen zu entlocken. [caption id="attachment_2278" align="aligncenter" width="300"] Abbildung 13: Spannung bei gegebener Windgeschwindigkeit für die Konfiguration mit der 50W-Windturbine.[/caption] Schlussfolgerungen Auf der Basis der beschriebenen Messungen und der Auswertung ergaben sich für das Projekt Curaçao folgende Schlussfolgerungen: Bei Einsatz zweier 15W-Windturbinen generiert die Windkraftanlage erst ab Windgeschwindigkeiten von rund 20 Meilen/h, also gut 30 km/h, ausreichend Strom für die Versorgung der Gerätebox. Die durchschnittliche Windgeschwindigkeit auf Curaçao beträgt 14 Meilen/h (22,5 km/h), sodass sich mit den 15W-Windturbinen die meiste Zeit über keine ausreichende Stromversorgung sicherstellen lässt. Eine mögliche Abhilfe bestünde darin, die Windkraftanlage möglichst hoch am Geräteturm zu betreiben – je 10 Meter Höhenunterschied steigt die Windgeschwindigkeit um rund 15 Prozent [5] . Verlässliche Daten über die genaue Verteilung der Windgeschwindigkeiten liegen nicht vor, doch kann man davon ausgehen, dass diese sich typischerweise zwischen 10 und 25 Meilen/h (16 bis 40 km/h) bewegen. In diesem Fall ist die zusätzliche Spannungsversorgung über Solarzellen unverzichtbar. Wie sich Abbildung 6 entnehmen lässt, erreicht die Spannung beim Einsatz zweier 15W-Windturbinen ein Maximum von rund 16,5 Volt bei Windgeschwindigkeiten von 50 Meilen/h (80 km/h). Der auf einem Arduino basierende Watchdog-Timer des Projekt-Curaçao-Systems ist dafür ausgelegt, Werte bis 17 Volt zu messen, und verkraftet bis zu 18,7 Volt. Bei Windgeschwindigkeiten über 80 km/h dürfte dann der analoge Input das geringste Problem darstellen … Aufgrund der Limitierungen beim Einsatz der 15W-Windturbinen kommt für das Projekt zunächst einmal die 50W-Windturbine zum Einsatz. Die Messwerte zeigen, dass diese bereits ab Windgeschwindigkeiten von 15 Meilen/h (24 km/h) ausreichend Spannung generiert, ab 25 Meilen/h (40 km/h) stellt sie eine optimale Versorgung sicher. Ungeachtet dessen planen die Entwickler, auch die 15W-Lösung noch einmal ausführlichen Praxistest am Einsatzort zu unterziehen. Das Kontrollsystem wurde so ausgelegt, dass es an wolkigen Tagen (geringe Helligkeit und wenig Spannung aus dem Solarzellensystem) die Windkraftanlage zuschaltet. Dasselbe geschieht während der Nacht. Allerdings zeigen die Messwerte, dass sich mithilfe der eingesetzten Windturbinen dauerhaft nur etwa 10 Watt Leistung bereitstellen lassen. Ohne zusätzliche Solarkraftanlage geht es also nicht. Allerdings böten möglicherweise effizientere, vermutlich wesentlich teurere Windturbinen eine Alternative. Weitere Informationen zum Fortgang des Projekts Curaçao finden Sie im Blog des Autors auf Blogspot [6] . Echtzeitdaten der derzeit bereits in Betrieb befindlichen Gerätebox können Sie auf der Projekt-Website einsehen [7] . Infos Lipo Rider Pro: http://www.seeedstudio.com/wiki/Lipo_Rider_Pro RasPiConnect: http://www.milocreek.com 15W-Windturbine: http://store.sundancesolar.com/15-watt-diy-small-wind-turbine-kit/ "The Zener Diode": http://www.electronics-tutorials.ws/diode/diode_7.html Windprofil-Rechner: http://wind-data.ch/tools/profile.php Blog des Autors: http://switchdoc.blogspot.com Echtzeitdaten des Projekts Curaçao: http://milocreek.com/projectcuracaographs/

Das neue Modell B+ im Überblick

Aufgeräumter, solider und mit vielen pfiffigen Verbesserungen im Detail: So präsentiert sich das brandneue Modell B+ des Raspberry Pi. Der von Vielen erhoffte Leistungsschub bleibt fürs Erste aber aus. README Viele Raspberry-Pi-Fans wünschen sich einen schnelleren RasPi. Diesen Wunsch erfüllt das neue Modell B+ des Raspberry Pi nicht. Viele kleinere Neuerungen und Detailverbesserungen machen die überarbeitete Version jedoch zum besten Raspberry Pi, den es bisher gab. Der Raspberry Pi ist inzwischen kaum mehr aus der Computerwelt wegzudenken, ob als kleiner Server, als Mediacenter oder als Embedded-PC in einem industriellen Produkt. Bereits mehr als 3 Millionen der eigentlich als Lerncomputer für Schüler gedachten Mini-PCs wanderten bereits über die Ladentische, selbst die Queen stattete dem Projekt einen Besuch ab – sie war sichtlich amused. Seit Mitte Juli steht mit dem Raspberry Pi Modell B+ nun ein runderneuerter RasPi in den Regalen, der viele Detailverbesserungen mit sich bringt. Das Board basiert nach wie vor auf dem Broadcom-SoC-BCM2835 mit 512 MByte Arbeitsspeicher. Wer mehr RAM und Gbit-Ethernet braucht, muss sich noch gedulden – laut Raspberry Pi Foundation wird es einen RasPi 2 nicht vor 2017 geben. Der erste Eindruck Ein erster Blick auf die Platine des Raspberry Pi Modell B+ offenbart ein deutlich aufgeräumtes Layout. Der B+ besitzt die selben Maße wie das alte Modell B, allerdings lässt er sich dank abgerundeter Ecken nun besser greifen. Zudem sorgen vier Befestigungslöcher sorgen für stärkeren Halt in Gehäusen und anderen Aufnahmen. Dem Aufräumen fiel auch der fragile, prominent herausragende und dadurch abbruchgefährdete Entstörkondensator des Modell B zum Opfer. Die USB- und Ethernet-Ports schließen jetzt bündig mit der Platine ab, die Anschlüsse für Kamera, Lautsprecher und GPIO finden sich am alten Platz. Es fehlt lediglich die gelbe Cinch-Buchse für das Composite-Video-Signal: Sie musste einem breiteren GPIO-Port Platz machen. Der setzt sich nun aus 40 Pins zusammen, statt 26 wie beim Vorgänger. Das Videobild lässt sich jedoch mithilfe eines entsprechenden Adapters oder Kabels nach wie vor der 3,5 mm-Klinkenbuchse des Kopfhörerausgangs entlocken – oder wie gehabt digital und in bester Qualität per HDMI zu einem Fernseher oder Monitor leiten. Die Anschlüsse für HDMI, Audio und Micro-USB liegen jetzt alle auf einer Seite, sodass die Kabellage rund um den RasPi ein wenig geordneter aussieht ( Abbildung 1 ). [caption id="attachment_2317" align="aligncenter" width="300"] Abbildung 1: Die wichtigsten Anschlüssen finden jetzt auf nur zwei Seiten des Raspberry Pi Modell B+ ihren Platz.[/caption] Ein weiteres Manko für viele Nutzer war bislang der SD-Kartenslot – die Speicherkarte ragte gefährlich weit heraus und brach gerne mitsamt der Halterung auf der RasPi-Platine ab. Das Modell B+ nimmt nun nur noch die deutlich kompakteren Micro-SD-Karten in einem einrastenden Slot entgegen. Dadurch verschwindet die Speicherkarte jetzt komplett im Gehäuse. Der Nachteil: Sie lässt sich nun nicht mehr so einfach austauschen, um zum Beispiel eine andere RasPi-Distribution zu testen. Die Inbetriebnahme des RasPi B+ geschieht ansonsten wie gewohnt: Sie schieben die Micro-SD-Karte in den entsprechenden Slot, schließen alle Kabel an und stecken das Netzteil in die Steckdose. Das Modell B+ bootet wie der vertraute Raspberry Pi der allerersten Generation, mit einer Ausnahme: Ältere Distributionsversionen gilt vorab zu aktualisieren – da der neu hinzugekommene USB-/Ethernet-Hub-Chip vom Typ LAN9514 auch neue Treiber benötigt, stehen Sie sonst erst einmal ohne eine Netzwerkverbindung da. Warum nicht mehr Leistung? Viele Fans, die den RasPi als Desktop-Ersatz oder Mediacenter nutzen, träumen von einem RasPi mit deutlich mehr Leistung und Arbeitsspeicher, einem SATA-Port, schnellem Gbit-Ethernet und USB 3.0 – all das bietet der RasPi B+ nicht. Warum bleibt die Raspberry Pi Foundation beim alten Chipsatz und veröffentlicht nicht zügig einen schnellen RasPi 2? Die Technik stünde ja ähnlich günstig zur Verfügung. Der Foundation war es ein großes Anliegen, die Nutzerbasis nicht zu spalten und die bisher entwickelten Erweiterungen, den Code und die Optimierungen – etwa für das (De-)kodieren von Videos – für alle RasPi-Besitzer verfügbar zu machen. Viele weitere Software-Verbesserungen entstehen gerade und wären für eine neue Architektur, wie beispielsweise Freescale i.MX 6, zum großen Teil obsolet. Aus diesen Grund bleibt beim Gehirn des Raspberry Pi, dem BCM2835-SoC mit dem VideoCore IV, alles beim Alten. Daneben sprechen aber auch technische Gründe gegen Leistungssteigerungen mit dem aktuellen SoC. Die auf dem RasPi verwendete ARMv6-Architektur beherrscht nur den Umgang mit Single-Core-Prozessoren und stößt bei maximal 1 GHz Taktrate an ihre Grenzen. Der BCM2835-SoC unterstützt in der Theorie zwar bis zu 1 GByte Arbeitsspeicher, das benötigte Bauteil gibt es jedoch nur mit maximal 512 MByte Kapazität. Der Pi läuft – auf 1 GHz übertaktet – also bereits mit der maximal möglichen Geschwindigkeit und Speichergröße. Der SoC verfügt zudem nur über einen einzigen USB-2.0-Port, der mithilfe des LAN9514-Chips vier USB-Anschlüsse und einen 10/100-MBit/s-Ethernet-Port versorgt. Ein GBit-LAN-Adapter kann über USB 2.0 zwar theoretisch mit bis zu 300 Mbit/s (der Nettodurchsatz von USB 2.0) arbeiten, für NAS-Anwendungen müssten die Daten allerdings zum SoC und zurück durch den selben Flaschenhals auf eine per USB angeschlossene Festplatte – damit würde die effektive Datenrate auf die 100 MBit/s absinken, die der RasPi auch schon ohne Modifikationen erreicht. Letztendlich verursachen leistungsfähigere Bauteile und zusätzliche Features, wie etwa ein integrierter WLAN-Chip, zusätzliche Kosten. Alleine die Lizenzgebühren für die WLAN-Technologie an den Patentvermarkter Sisvel würden sich auf etwas über 70 Eurocent pro Raspberry Pi belaufen. Über die vier USB-Ports des RasPi B+ lassen sich WLAN, Bluetooth und vieles mehr je nach Bedarf durch den Nutzer einfach und kostengünstig nachrüsten. Stabil unter Strom Abseits der nackten Zahlen zu MHz und GByte findet sich eine der wichtigsten Änderungen des RasPi B+: die Stromversorgung. Das neue Modell dürfte insgesamt deutlich unempfindlicher gegenüber zu niedrigen oder schwankenden Eingangsspannungen sein. Es akzeptiert nun Spannungen zwischen 4,75 und 5,25 V. Nach wie vor empfiehlt es sich jedoch, ein höherwertiges Netzteil zu verwenden. Das Netzteil des RasPi versorgt die Platine mit einer Eingangsspannung von 5 Volt. Die unterschiedlichen Komponenten auf der Platine benötigen jedoch zum Teil 1,8 oder 3,3 Volt. Bisher sorgten sogenannte Low-Drop-Linearregler für diese Spannungen, indem sie wie Widerstände überschüssige Energie in Wärme wandelten. Auf dem RasPi B+ setzen nun deutlich effizientere Abwärtswandler mit einem Wirkungsgrad von bis zu 95 Prozent die Spannung mithilfe einer Pulsweitenmodulation herunter, wodurch die Leistungsaufnahme des neuen Modells im Schnitt um 0,5 bis 1 Watt sinkt. Neben den neuen Spannungsreglern kommt auch eine stärke selbstrückstellende Sicherung zum Einsatz. Der maximale Eingangsstrom darf nun mit 2 Ampere das Doppelte des bisherigen Wertes betragen. Dies erlaubt im Zusammenspiel mit den neuen Spannungsreglern das Anheben der an den USB-Ports anliegenden Ausgangsspannung auf maximal 1,2 A – ein entsprechend leistungsfähiges Netzteil und die richtig Konfiguration (siehe Kasten "Unter Strom" ) vorausgesetzt. Somit beherbergt der RasPi B+ nun vier USB-Ports, die auch leistungshungrigere Geräte wie etwa 2,5-Zoll-Festplatten oder DVD-Laufwerke ohne eigene Netzteile mit Strom versorgen können. Unter Strom Das System beschränkt über die Software die maximale Stromstärke an den USB-Ports aktuell auf 600 mA. Um die vollen 1,2 A zu erlauben, müssen Sie derzeit der /boot/config.txt den Parameter safe_mode_gpio=4 hinzufügen. Mit einem der nächsten Firmware-Updates ändert sich die die Bezeichnung dieses noch versteckten Schalters auf max_usb_current=1 . Die Stabilisierung der Stromversorgung des USB-Ports löste einige bekannte Probleme des Raspberry Pi. Bisher kam es beim Anstecken von USB-Geräten während des Betriebs gerne zu spontanen Neustarts des System. Das Modell B+ besitzt nun einen verbesserten Schutz gegen diese Brownouts genannten Abstürze. Es soll theoretisch sogar möglich sein, die Spannung am USB-Port kurzzuschließen, ohne dass der Pi dadurch aus dem Tritt kommt. In unseren Tests ließ sich jedenfalls ein WLAN-Adapter im Betrieb problemlos anstecken, der beim Modell B noch einen Neustart verursachte. Auch der HDMI-Ausgang des B+ darf nun deutlich mehr Strom ziehen. Bisher galt ein Limit von 50 mA, jetzt dürfen am HDMI-Port angeschlossene Geräte bis zu 400 mA über den HDMI-Ausgang beziehen. Somit arbeiten HDMI-Geräte ohne eigenes Netzteil, wie etwa ein HDMI-auf-VGA-Konverter, am neuen RasPi wesentlich unproblematischer. Für kommerzielle Raspberry-Nutzer und Power-User geht mit der neuen Revision jedoch die Möglichkeit verloren, den RasPi über die USB-Schnittstelle mit Strom zu versorgen. Die Raspberry-Pi-Foundation empfiehlt Platinenentwicklern daher anstatt, des USB-Backpowerings den GPIO-Header zur Stromversorgung zu nutzen und entsprechende Schutzschaltkreise auf dem Pi nachzubauen. LEDs, RUN-Header und Audio Die PWR LED , die bei RasPi b+ zusammen mit der ACT LED an den linken oberen Rand der Platine links unter den GPIO-Port wanderte, dient künftig als Indikator für starken Spannungsabfall: Sinkt die Spannung unter 4,63 V, fängt die LED an zu flackern oder geht ganz aus. Direkt unter der ACT LED befindet sich ein unbestückter RUN Header . Er besitzt dieselbe Funktion wie P6 der GPIO-Schnittstelle beim Modell B: Ein darauf verbundener Taster startet den RasPi neu, ohne den Strom manuell trennen zu müssen, oder sorgt für das Aufwachen nach dem Herunterfahren. Zwei der drei LAN-LEDs finden sich nun direkt in der Netzwerkbuchse anstatt auf der Platine. Die bereits erwähnte Audiobuchse neben dem Netzwerkanschluss baut nun deutlich kompakter als bisher, obwohl sie mit dem Videoausgang einen zusätzlichen Pin beinhaltet ( Abbildung 2 ). Normale 3,5-mm-Klinkenstecker von Kopfhörern oder Chinch-Kabels passen nach wie vor in die Buchse, dabei verbindet der Stecker den Videoausgang mit der Erdung. Dies haben die Designer jedoch explizit so geplant, es stellt also kein Problem dar. Apple nutzt für seine iPhones einen ähnlich belegten Stecker (links und rechts vertauscht), sodass Sie auf dem Markt viele günstige Adapter finden. [caption id="attachment_2318" align="aligncenter" width="189"] Abbildung 2: Über den vierpoligen 3,5-mm-Klinkenanschluss gelangen jetzt Sound- und Video-Signal nach außen.[/caption] Wer dem RasPi ordentlich Sound aus dem analogen Audioausgang entlocken wollte, musste bislang aufgrund der wackligen Stromversorgung auf eine USB-Soundkarte zurückgreifen. Auf dem B+ sorgt nun ein getrennter Stromregler für weniger Störungen und demzufolge für eine bessere Tonqualität. Die Ausgangsimpedanz wurde deutlich reduziert und der maximale Signalpegel angehoben. Softwareseitig sollen an der Audioqualität demnächst auch weitere Verbesserungen folgen – laut Raspberry Pi Foundation gibt es in der VideoCore-IV-DSP-Engine (VPU) noch Spielraum für Verbesserungen. In unseren Vergleichen klingt subjektiv der analoge Ausgang des B+ detaillierter, etwas lauter und alles in allem angenehmer als der des Modell B. Im Leerlauf, also ohne laufende Musikwiedergabe, lässt sich jedoch nach wie vor ein Rauschen vernehmen. Auch fehlt weiterhin ein Mikrofon oder wenigstens ein entsprechender Eingang. Dank der vier USB-Ports lässt sich ein Mikro jedoch per USB nachrüsten. Breiterer GPIO-Port Der neue GPIO-Port (Header J8 auf der Platine) umfasst nun weitere vierzehn Pins – die Belegung der ersten 26 Stecker blieb im Vergleich zum bisherigen Modell B (Header P1 ) gleich. Neu hinzu kommen zwei spezielle Pins ( ID_SD und ID_SC ), drei weitere GND /Erde-Pins, sowie neun weitere GPIO-Pins ( Abbildung 3 ). Dadurch bleiben die meisten GPIO-Erweiterungsplatinen elektrisch kompatibel mit dem RasPi B+. Eine Ausnahme stellen Audio-Erweiterungen wie die Wolfson-Audio-Card [1] oder der HifiBerry [2] dar, die den zusätzlichen Pin-Header P5 unterhalb des Haupt-Headers nutzen. Wolfson reagierte jedoch schon und kündigte eine neue Platine für das Modell B+ an. [caption id="attachment_2319" align="aligncenter" width="296"] Abbildung 3: Die Belegung des nun 40-poligen GPIO-Headers des überarbeiteten RasPi B+. (Bild: element14.com)[/caption] Elektrische Kompatibilität allein genügt jedoch nicht, die Platinen müssen nach wie vor mechanisch auf den RasPi B+ passen. Aufgrund der etwas nach rechts versetzten Anordnung des GPIO-Headers, der zusätzlichen Pins und der zwei zusätzlichen und generell leicht versetzt angeordneten USB-Ports lassen sich einige perfekt auf den Raspberry Pi angepasste Erweiterungen nicht mehr aufstecken. Aus unserem Repertoire an Erweiterungen verschiedener Hersteller erwiesen sich folgende Addon-Boards als mechanisch kompatibel: RasClock (Realtime-Clock) PiFace Rack (Erweiterungsports für die PiFace-Familie) chipKIT Pi (Arduino-kompatibler Mikrocontroller mit PIC32-MCU) Explore-NFC (NFC-Board) Pi3g-Touch-Display-Modul (über zusätzliches Pin-Kabel) Manche dieser Platinen ragen über den Rand des Raspberry Pi B+ hinaus, was es bei der Wahl eines Gehäuses zu beachten gilt. Als praktisch inkompatibel erwiesen sich in unseren Tests folgende Erweiterungen: PiFace Control and Display: lässt sich nicht vollständig aufstecken. PiFace Digital: lässt sich nur mit sanfter Gewalt aufstecken, verursacht jedoch Kurzschlüsse an den USB-Ports. Bei eigenen Kompatibilitätstests sollten Sie generell vor dem Anschalten des RasPis testen, ob im Weg stehende Bauteile des B+ keine Kurzschlüsse verursachen und diese eventuell mit einem Streifen Isolierband unschädlich machen. Damit alte Erweiterungsplatinen dennoch Platz auf dem RasPi B+ finden, bieten einschlägige Shops wie etwa pi3g [3] inzwischen spezielle Adapter an, die die Aufsteckplatinen auf Abstand bringen und wieder ein Stück nach links rücken ( Abbildung 4 ). Ein solcher Adapter hilft auch bei 26-Pin-Flachbandkabeln, denen beim Aufstecken auf den GPIO-Header nun die Pins 27 und 28 im Weg stehen. [caption id="attachment_2320" align="aligncenter" width="300"] Abbildung 4: Spezielle Adapter-Platinen machen für das Modell B gedachte Erweiterungsboards kompatibel.[/caption] TIPP Auf der Suche nach einem 40-poligen Flachbandkabel für den neuen GPIO-Port werden Sie sehr schnell in ihrer Restekiste bei den IDE/ATA-Kabeln fündig. Achten Sie lediglich darauf, dass bei diesen der Pin 20 frei liegt und nicht als Verdrehsicherung mit einem Blindstopfen versehen wurde. Was bringen die neuen GPIO-Pins? Die beim alten Modell B auf dem Header P5 zusätzlich verfügbaren acht Pins gibt es auf dem RasPi B+ nicht mehr. Die neun neuen GPIO-Pins kompensieren diesen Verlust jedoch. Lediglich vier der zusätzlichen GPIO-Pins führten zu den Kontakten 28 bis 31 des BCM2835-Chips, die restlichen dienten als Erde oder Spannungsquelle. Die wichtigsten alternativen Funktionen auf diesen vier Pins waren ein zusätzlicher I2C-Bus, sowie I 2 S-Funktionalität für Chip-zu-Chip-Sound ( PCM_CLK , PCM_FS , PCM_DIN , PCM_DOUT ), den beispielsweise die Wolfson-Karte oder der HifiBerry nutzten. Der Audio-Ausgang bleibt dem RasPi B+ erhalten, die Pins GPIO18 ( J8-12 ), G GPIO19 ( J8-35 ), GPIO20 ( J8-38 ) und GPIO21 ( J8-40 ) übernehmen diese Aufgabe. Der zusätzliche I 2 C-Bus ( SDA0 auf P5-03 , SCL0 auf P5-04 ) ging jedoch mit dem Update verloren, die alternativen Pins GPIO0 und GPIO1 fungieren jetzt als ID_SD ( J8-27 ) und ID_SC ( J8-28 ). Die Pins dienen zum Verbinden eines I 2 C-EEPROM auf dem Erweiterungsboard nach dem Vorbild des BeagleBone Black. Zukünftig sollen darüber auf den Pi gesteckte Erweiterungen während des Bootvorgangs ihre Pinbelegung (also die alternativen Funktionen der GPIO-Pins) automatisch auswählen und gegebenenfalls auch automatisch einen passender Kernel-Treiber laden – perfekt für Entwickler, aber momentan noch nicht dokumentiert. Diese speziellen Pins sollten ansonsten frei bleiben. Darüber hinaus stellen die neuen Pins weitere interessante Funktionen wie einen weiteren SPI-Bus ( SPI1 ) mit drei Chip-Selects zur Verfügung. Die Chip-Selects SPI1_CE0_N und SPI1_CE1_N sind bereits über GPIO18 ( P1-12 respektive J8-12 ) sowie GPIO17 ( P1-11 beziehungsweise J8-11 ) verfügbar. Der dritte Chip-Select liegt auf GPIO16 ( J8-36 ), SPI_1_MISO auf GPIO19 ( J8-35 ), SPI_1_MOSI auf GPIO20 ( J8-38 ) und SPI1_SCLK auf GPIO21 ( J8-40 ). PWM1 auf GPIO19 ( J8-35 ) dient als ein zusätzlicher hardwarebasierter, pulsweitenmodulierter Pin, ohne dass dabei Last für dem ARM entsteht. Softwarebasierende PWM lässt sich nach wie vor über alle GPIO-Pins realisieren. Insgesamt sollen bis auf den dritten SPI-Bus ( SPI_2 ) nun alle Anschlussmöglichkeiten und alternativen Pinfunktionen des BCM2835 offenliegen. Viele der alternativen Funktionen sind auch noch als reserviert gekennzeichnet. Wer weiß, was für spannende Einsatzmöglichkeiten sich dahinter verstecken? Zubehör und Gehäuse Schon alleine aufgrund der zusätzlichen USB-Ports passt der neu RasPi B+ nicht mehr in die Gehäuse der ersten Generation – beim Umstieg müssen Sie zumindest dieses Zubehör neu kaufen. Inzwischen gibt es von verschiedenen Herstellern bereits passende Gehäuse für etwa 10 Euro. RasPi-Einsteiger finden auch schon Sets aus dem Modell B+, passendem Gehäuse, Netzteil und einer Micro-SD-Speicherkarte im Angebot. Spezielles Zubehör wie etwa Erweiterungsboards, die den kompletten GPIO-Header nutzen, werden aber noch ein wenig länger auf sich warten lassen. In Bezug auf RasPi-Addons heißt es abwarten – eventuell achten die Hersteller in Zukunft darauf, dass ihre Erweiterungen Kompatibilität zu beiden RasPi-B-Modellen bieten. Es wäre auch Hybrid-Zubehör denkbar, das ID_SD und ID_SC belegt und zum Initialisieren nutzt, falls diese Pins vorhanden sind, und ansonsten auf manuelle Konfiguration zurückfällt. Neben der gelben Videobuchse des Modell B wäre genug Platz für eine entsprechend überstehende Buchse. Fazit Obwohl der Raspberry Pi Modell B+ keine Revolution mit mehr CPU-Leistung und Arbeitsspeicher bringt, bedeuten die zahlreichen Detailverbesserungen für die RasPi-Community einen wichtigen Schritt. Aufgrund des unverändert geringen Preis, der kommenden Software-Änderungen wie des Wayland-Desktops Maynard, offener GPU-Treiber, eines schnelleren Browsers mit HTML5-Video-Unterstützung und der neuen Hardware-Möglichkeiten bleibt der Raspberry Pi sicher noch auf längere Zeit eines der beliebtesten Embedded-Systeme. Ausblick auf neue RasPis Raspberry**Pi Modell**A+ : Die überarbeitete Revision des Basis-Modells steht schon in den Startlöchern, sie kommt Ende des Jahres in die Läden. Der RasPi A+ nutzt das Grundlayout des Modell B+, verfügt also ebenfalls über vier USB-Ports, verzichtet aber wie gehabt auf eine Netzwerkschnittstelle. Die dadurch abermals reduzierte Leistungsaufnahme freut alle, die den Pi portabel über Akkus mit Strom versorgen möchten. Displays und Displayadapter-Board : Auf dem Markt finden sich bereits seit Längerem Touchdisplays für den GPIO-Port des RasPi. Die Foundation möchte Ende des Jahres selbst ein Displayadapter-Board samt Touchdisplays in zwei Größen herausbringen. Die Displays finden über den DSI-Display-Anschluss (dem Gegenstück zum Kameraanschluss) Kontakt zum RasPi, so bleiben die GPIO-Pins frei für andere Aufgaben. Außerdem profitieren die Displays von der Hardwarebeschleunigung des SoC. Raspberry**Pi**2 : Mehr CPU-Takt, mehr Kerne, mehr Arbeitsspeicher: Es wird mit Sicherheit nicht bei den überholten RasPis der ersten Generation bleiben. In einem Podcast-Interview [4] erwähnte Eben Upton, der Gründer des Raspberry-Pi-Projekts, dass die Planungen für den Nachfolger mit einem komplett neuen SoC stehen. Bis der Raspberry Pi Next Generation auf den Markt kommt, müssen wir uns jedoch mindestens noch bis Weihnachten 2016 gedulden. Der Autor Maximilian Batz ist Geschäftsführer des Münchner RasPi-Versandanbieters Pi3g ( http://www.pi3g.com ), der sich auf vorkonfigurierte Raspberry-Pi-Komplettsets samt maßgeschneiderter Software-Lösungen sowie passendes Zubehör spezialisiert hat. Damit will er den innovativen Mini-Rechner für jedermann leicht zugänglich machen. Infos Wolfson Audio Card: http://www.element14.com/community/community/raspberry-pi/raspberry-pi-accessories/wolfson_pi HifiBerry: http://www.hifiberry.com/ pi3g.com: http://shop.pi3g.com Raspberry Pi Today Podcast Episode 6: http://www.raspi.today/podcast-episode-6/

TFT-Touchscreens für den Raspberry Pi

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. README 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" . [caption id="attachment_2333" align="aligncenter" width="300"] Abbildung 1: Pi3g liefert neben dem Bildschirm auch einen Eingabestift und eine SD-Karte mit angepasstem Raspbian-Image mit.[/caption] 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. [caption id="attachment_2334" align="aligncenter" width="242"] Abbildung 2: Der LCD-Bildschirm von Watterott bietet auf der Rückseite eine Anschlussleiste, die Sie direkt auf den RasPi stecken.[/caption] 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. Inbetriebnahme Ein wichtiger Schritt bei der Inbetriebnahme eines Touchscreens stellt die Kalibrierung dar, wie sie schon bei früheren Geräten mit resistiven Bildschirmen so üblich war. Bei Pi3g [5] steht eine grobe Hardware-Kalibrierung an erster Stelle – ein etwas fummeliger, aber gut dokumentierter Prozess. Letztlich geht es dabei um optimale Parameter für den Touch-Treiber, die dann in der /etc/modules landen und die der RasPi beim Booten automatisch aktiviert. Anschließend erfolgt die Feinkalibrierung per Software mit dem Programm ts_calibrate . Dazu gibt das Tool Punkte auf dem Bildschirm vor, die es anzutippen gilt ( Abbildung 3 ). [caption id="attachment_2335" align="aligncenter" width="300"] Abbildung 3: Pi3g startet beim ersten Booten ein Kalibrierungsprogramm, mit dem Sie das Display feinjustieren.[/caption] Das Pi3g-Image bootet normal, es startet also das textbasierte Konfigurationsprogramm von Raspbian. Da das System den Touchscreen nur unter X unterstützt, geht ohne angeschlossene Tastatur nichts. Der ganze Prozess gestaltet sich zudem nicht eben augenfreundlich, leichter geht es per Secure Shell von einem anderen Rechner aus. Das Watterott-System dagegen kommt schon grundkonfiguriert, hier startet X direkt. Möchten Sie Einstellungen wie die Tastaturbelegung ändern, müssen Sie trotzdem das Konfigurationsprogramm aufrufen. Pfiffig löst Watterott die Kalibrierung, die beim ersten Start von X automatisch lädt. Sie erzeugt die Datei /etc/pointercal.xinput mit den ermittelten Parametern. Existiert dieses File bereits, überspringen die Startskripte von X den Kalibrierungsprozess. Die grobe Hardware-Kalibrierung erwähnt Watterott in seinen Dokumenten nicht. Je nach Serienstreuung sollten Sie dazu aber die entsprechenden Werte für das Modul ads7846_device in der Datei /etc/modules anpassen. Letztlich unterscheiden sich die beiden Systeme hinsichtlich der ersten Inbetriebnahme nur minimal voneinander. Nach dem Start steht dann der normale Raspbian-Desktop bereit ( Abbildung 4 ). Hier zeigt sich schnell, dass sich der Bildschirm für diesen Zweck nicht eignet, weil er dazu schlicht zu klein ausfällt. Darüber hinaus lässt sich kaum ein grafisches Programm nur mit der linken Maustaste bedienen – eine andere Form der Benutzerinteraktion muss also her. [caption id="attachment_2336" align="aligncenter" width="300"] Abbildung 4: Für einen normalen Raspbian-Desktop erweist sich das Mini-Display als viel zu klein und nahezu unbedienbar.[/caption] Speziallösungen Im der letzten Ausgabe von RPG stellte ein Artikel das C-Berry-Display vor [6] . Wegen fehlender X-Treiber lief die Ansteuerung aber über Low-Level-APIs mittels C. Das erwies sich zwar als effizient und ressourcenschonend, aber nicht als jedermanns Sache. Da die beiden besprochenen Displays einen X-fähigen Framebuffer-Treiber mitbringen, wäre dieser Ansatz zwar möglich, ist aber gar nicht nötig: Jedes Toolkit – ob Qt, GTK+ oder ein anderes, das auf X aufsetzt – versorgt Anwendungen mit einer Oberfläche. Die Bestandteile passen aber nicht wirklich auf die Mini-Screens, insbesondere Standardkomponenten wie Scrollbalken, Menüs und ganz speziell Dateiauswahldialoge eignen sich definitiv nicht für kleine Bildschirme. Adafruit bietet einen den beiden getesteten Exemplaren ähnlichen Bildschirm auf Basis des ILI9341 für Bastler mit Löterfahrung an [7] . Dafür stellt der US-Anbieter eine Kamera-Anwendung auf PyGTK-Basis bereit [8] , die das Benutzerinterface konsequent selbst implementiert. Solche Speziallösungen wären zwar optimal, erweisen sich aber für viele Zwecke als zu aufwendig. Apps für Raspbian? Apple zeigte der Welt letztlich, wie eine einfache und sinnvolle Benutzerinteraktion auf kleinen Bildschirmen funktioniert: mit ausreichend großen, auf Berührung ausgelegten Schaltflächen im Einfenstermodus. Entwicklern stehen für iOS und Android leistungsstarke Toolkits zur Verfügung, die das Erstellen von Anwendungen stark vereinfachen. Auch die Nutzer profitieren von den einheitlichen Designvorgaben. Für Raspbian in Kombination mit den 2,8-Zoll-Bildschirmen gibt es derzeit nichts dergleichen. Die Bastelei geht also nach dem Zusammenbau trotz X-Treiber erst richtig los: Ohne Programmierkenntnisse erweisen sich die Bildschirme also eher als nutzlos. Fraglich bleibt auch, ob sich die Displays weit genug verbreiten, damit sich eine Community entwickelt, die eine generische Unterstützung für die Anwendungsentwicklung bietet. Technisch gibt es verschiedene Ansätze für solch ein 2,8-Zoll-Toolkit. HTML5 wäre ein heißer Kandidat, als Laufzeitumgebung bräuchte es dann noch einen für Kleindisplays optimierten Browser. Das wäre in etwa der Ansatz, den Firefox mit seinem Firefox-OS verfolgt. Die folgenden Abschnitte befassen sich mit einer alternativen Lösung, mit denen auch weniger programmiererfahrene Anwender ihre Programme an die eigenen Bedürfnisse anpassen können. Als Basis dienen die Skriptsprache Python sowie die grafischen Elemente, die das PyGTK-Toolkit bereitstellt [9] . Python selbst gehört ja als integraler Bestandteil zu Raspbian, PyGTK installieren Sie mit den Aufrufen aus Listing 2 . Listing 2 $ sudo apt-get update $ sudo apt-get install python-gtk2 Die Grundidee der im Folgenden vorgestellten Lösung beruht darauf, über eine einfache Einstiegsoberfläche verschiedene Funktionen des RasPi per Berührung verfügbar zu machen. Dabei geht es in erster Linie um simple Dinge wie etwa den Neustart, das Herunterfahren oder Statusabfragen. Dafür liegen bereits Programme vor, die es nur noch in eine App zu packen gilt. Der Launcher An erster Stelle steht der Startbildschirm oder neuhochdeutsch "Launcher". Dieser Bildschirm enthält ein Fenster mit den Icons aller Apps. Technisch handelt es sich um einfache PyGTK-Buttons. Gibt es mehr Apps, als auf den Bildschirm passen, dann verteilt der Launcher sie automatisch auf mehrere Seiten. Die Navigation erfolgt dabei über die Toolbar ( Abbildung 5 ). [caption id="attachment_2337" align="aligncenter" width="300"] Abbildung 5: Ein alternativer Launcher erlaubt das komfortable Bedienen vordefinierter Funktionen auf dem Kleinstbildschirm.[/caption] Damit der Launcher automatisch startet, konfigurieren Sie per sudo raspi-config das System so, dass es automatisch in den Desktop bootet. Anschließend erzeugen Sie die Datei .config/lxsession/LXDE/autostart samt übergeordneten Verzeichnissen im Home-Verzeichnis des Standardbenutzers pi , die lediglich die Zeile @PiAppLauncher.py enthält. Sofern das Programm existiert, erscheint dann nach einem Neustart der Startbildschirm mit den Apps. Jede Applikation nutzt ein eigenes Unterverzeichnis mit allen zu ihr gehörenden Dateien. Der Launcher sucht die Apps an festgelegten Orten, unter anderem in ~/.local/lib/pi28apps und /usr/lib/pi28apps . Er lädt pro App-Verzeichnis eine Konfigurationsdatei namens appconfig.py , und das war es auch schon. Eine minimale Konfiguration für einen Systemneustart sieht so aus wie in Listing 3 . Listing 3 name = "Reboot" icon = "./system-reboot.png" cmd = ["sudo","reboot"] Dabei enthält die Python-Liste cmd innerhalb von eckigen Klammern die per Komma getrennten Elemente des auszuführenden Kommandos samt aller Parameter. Klicken ohne Reue Für einfache Kommandos genügt dieser minimalistische Ansatz. Allerdings möchte kaum jemand einen Neustart per Fehlklick auslösen. Außerdem gibt es Programme, die nur in der Konsole die eigentliche Information preisgeben – starten Sie sie in der grafischen Oberfläche, landen die Ausgaben allerdings im Nirwana. Deshalb bedient sich der Starter eines zweiten PyGTK-Programms namens CommandGui.py . Es dient als Wrapper für Kommandozeilenprogramme und ermöglicht neben der Ausgabe des Ergebnisses auch noch eine Ja/Nein-Abfrage vor dem Ausführen ( Abbildung 6 ). [caption id="attachment_2338" align="aligncenter" width="300"] Abbildung 6: Um das versehentliche Ausführen von Programmen zu verhindern, erfolgt auf Wunsch eine interaktive Abfrage.[/caption] Die Konfigurationsdatei appconfig.py sieht damit so aus wie in Listing 4 gezeigt. sudo reboot startet jetzt per Wrapper-Programm. Der Parameter "-i" weist den Wrapper ab, vor der Ausführung interaktiv beim Benutzer nachzufragen. Listing 4 name = "Reboot" icon = "./system-reboot.png" cmd = ["CommandGui.py","-i","sudo","reboot"] Doch das Wrapper-Programm leistet noch mehr: Abbildung 7 zeigt zum Beispiel die Abfrage der aktuellen IP-Adresse des Rechners. Die Quellen des Wrappers samt Dokumentation und Installationsanleitung finden Sie auf der Heft-DVD dieser Ausgabe sowie auf Sourceforge [10] . [caption id="attachment_2339" align="aligncenter" width="300"] Abbildung 7: Der Wrapper erlaubt auch das Einbinden von Konsolenprogrammen. Hier im Bild die Ausgabe von »ifconfig«.[/caption] Fazit Wie der RasPi selbst verfügen auch die hier vorgestellten Bildschirme nur über begrenzte Ressourcen. Für manche Anwendungsfälle dürfte die Beschränkung auf 320 x 240 Pixel stören, doch letztlich regen die begrenzten Möglichkeiten – genau wie beim RasPi selbst – die Fantasie des Bastlers erst recht an. Mit einem kleinen Bildschirm, der kaum zusätzlichen Strom benötigt, bleibt der Raspberry Pi bei seinen Wurzeln, und es tun sich viele neue Projekte auf, die nur eine einfache Benutzerschnittstelle benötigen. Interview mit Pi3g-Gründer Maximilian Batz [caption id="attachment_2340" align="aligncenter" width="241"] Abbildung 8: Das Pi3g-Team mit Florian Frankenberger (links), Max Batz (Mitte) und Timo Andrews (rechts).[/caption] LinuxUser: Wann seid Ihr auf die Idee gekommen, auf Basis des RasPi eine Firma aufzubauen? Maximilian Batz: Mitte 2012 hielten mein Freund Florian und ich den ersten Raspberry Pi in Händen und erkannten gleich das Potenzial dieser kleinen Computer-Revolution, das bis heute noch lange nicht ausgeschöpft ist. Beispielsweise arbeitet die Firma General-Purpose Compute [11] daran, die GPU als Ergänzung zur CPU zu nutzen. LU: Es gibt bei Pi3g einige sehr pfiffige Lösungen, etwa die Pi.card oder das Gehäuse-Branding. Was planen Sie für die Zukunft? MB: Wir möchten zunächst für das Display ein eigenes Gehäuse bauen, das es ermöglicht, den RasPi als kleines Touch-Terminal zu nutzen – beispielsweise für eine Webradio-Anwendung. Auf Basis bereits integrierter Pi.cards möchten wir Appliances anbieten. In Betracht käme beispielsweise eine Cam-Box zum Überwachen von Räumen, die bei Bedarf auch Funksteckdosen schaltet. Den Videostream oder Schnappschüsse könnte der Nutzer dann von unterwegs über das eigene Smartphone aus aufrufen. Die beschränkte Systemleistung des RasPi reicht allerdings für manche Anwendungen nicht aus. Wir planen hier gegenzusteuern – entweder mit einer speziellen Hardware-Variante des Pi, die auf Compute-Modul und Koprozessor basiert, oder als Boosting-Virtualisierung. Auf diese Weise ließen sich dem Raspberry Pi alle benötigten Ressourcen zur Verfügung stellen, und CPU-intensive Anwendungen könnte man einfach verlagern. LU: Der RasPi reicht für viele Dinge völlig aus, manche Lösungen brauchen aber mehr Leistung (insbesondere I/O). Gibt es hier Pläne, das Angebot zu erweitern? MB: Die von uns bisher betrachteten anderen Systeme wie Banana Pi, CubieBoard oder RiOTBoard hatten gegenüber dem Pi immer gewisse Nachteile. Sogar, wenn die technische Basis stimmt, fehlen oft die Community und Beispielcode – der RasPi bringt hier einfach einen riesigen Vorsprung mit. Ich persönlich finde das HummingBoard von SolidRun recht interessant, für OpenELEC empfehle ich die CuBox-I von derselben Firma. Wir überlegen aktuell, ob wir diese Hardware aus Israel nach Deutschland bringen sollten. Der Raspberry Pi hat für uns aber nach wie vor ganz klare Priorität. LU: Danke für das Interview, Herr Batz. Infos Pi3g-Display: http://my.pi3g.com/en/quick-start/raspberry-pi-display-addon/ Watterott-Display: http://www.watterott.com/de/RPi-Display Kernel-Image von Pi3g: https://github.com/entrusc/linux-lcd Raspbian-Image für das Watterott-Display: https://github.com/watterott/RPi-Display FAQ zum Pi3g-Display: http://my.pi3g.com/en/quick-start/raspberry-pi-display-addon/faq/ C-Berry-Display: Bernhard Bablok, "Kleines Kino", RPG 04/2014, S. 44, http://www.raspberry-pi-geek.de/32523 Adafruit 2,8-Zoll-Bildschirm: http://www.adafruit.com/products/1770 Adafruit Pi-Kamera auf PyGTK-Basis: https://github.com/adafruit/adafruit-pi-cam PyGTK: http://www.pygtk.org Pi28Apps: http://sourceforge.net/projects/pi28apps/ Rechnen auf der GPU: http://petewarden.com/2014/06/09/deep-learning-on-the-raspberry-pi/ Der Autor Bernhard Bablok ( mail@bablokb.de ) arbeitet bei der Allianz Managed&Operations Services SE als SAP-HR-Entwickler. Wenn er nicht Musik hört oder mit dem Radl und zu Fuß unterwegs ist, beschäftigt er sich mit Themen rund um Linux und Objektorientierung.

Banana Pi und Raspberry Pi als Server im Vergleich

Der Banana Pi schickt sich an, dem RasPi Konkurrenz zu machen: Nur wenig teurer, bietet er deutlich mehr Performance. Mit leistungsstarken Netzwerk- und Festplattenanschlüssen eignet er sich besonders gut als Server. README Äußerlich sehen sich Raspberry Pi und Banana Pi sehr ähnlich, unter der Haube arbeitet jedoch grundverschiedene Technik. Der Linux-Kernel kann mit dem Grafikchip des Banana Pi wenig anfangen, daher bietet sich der BaPi besonders als stromsparender Server an. Wir vergleichen die Server-Performance der beiden Mini-Computer. 700 MHz CPU-Takt, 512 MByte Arbeitsspeicher, 100 Mbit/s im Netzwerk: Die Leistungsdaten des Raspberry Pi hörten sich schon bei der ersten Ankündigung des Mini-Rechners nicht nach großem Kino an. Schließlich standen während des Designprozesses des RasPi auch Offenheit, Verfügbarkeit und der Preis im Vordergrund. Dennoch genügt die dargebotene Leistung für viele Anwendungszwecke. Doch ab und an darf es ruhig auch ein wenig mehr Rechenpower im Format einer Zigarettenschachtel sein. Dieses Mehr bietet der ähnlich wie der Raspberry Pi konstruierte Banana Pi, den wir Ihnen bereits in Raspberry Pi Geek 04/2014 [1] vorstellen durften. Mit einem 1 GHz schnellen Dual-Core-Prozessor und 1 GByte Arbeitsspeicher entspricht er in etwa der Technik eines drei Jahre alten Smartphones. Mit einem zusätzlichen SATA-Anschluss für externe Festplatten und Gbit-Ethernet bietet sich der BaPi als schnelle Alternative zum Raspberry Pi an – dabei kostet er nur wenig mehr. Keine 3D-Beschleunigung Wer nun aber denkt, dass der Banana Pi den RasPi nahtlos ersetzen könnte, der erliegt einem Irrtum. Aufgrund leicht unterschiedlicher Abmessungen passt der BaPi nicht in für den RasPi gedachte Gehäuse, und auch viele Erweiterungsboards lassen sich – wenn überhaupt – nur mit sanfter Gewalt auf den um wenige Millimeter versetzten GPIO-Sockel des Banana Pi pressen. Aber auch auf der Software-Seite existieren Inkompatibilitäten zwischen Raspberry und Banana Pi. Der BaPi weigert sich, bedingt durch den einer neueren Generation angehörenden Prozessor, mit der für den Raspberry Pi gedachten Firmware zu booten. Ziehen Sie eine funktionierende SD-Speicherkarte aus einem Raspberry Pi und legt sie in den Banana Pi ein, dann bleibt der Bildschirm schwarz. Um den BaPi zu starten, müssen Sie auf die vom Hersteller angebotenen Images mit Lubuntu, Raspbian oder OpenSuse [2] als Basis zurückgreifen. Hier erwies sich im Test das Raspbian-Image als beste Wahl: Es arbeitet schnell und bietet eine durchdachte Auswahl an vorinstallierten Anwendungen. Was fehlt, lässt sich problemlos über die Paketverwaltung nachinstallieren. [caption id="attachment_2281" align="aligncenter" width="300"] Abbildung 1: Das Raspian-Image des Banana Pi hinterließ im Test den besten und stabilsten Eindruck.[/caption][caption id="attachment_2282" align="aligncenter" width="300"] Abbildung 2: Das Lubuntu-Image für den Banana Pi kann seine chinesische Herkunft nur schwer verbergen.[/caption] Aber auch mit den Banana-Pi-Distributionen erreichen Sie schnell Grenzen: So unterstützt der Linux-Kernel den Mali-400-Grafikchip des BaPi bisher nicht. Eine 2D-Desktop-Umgebung wie das von Raspbian und Lubuntu genutzte LXDE bremst dies nur wenig aus. 3D-Anwendungen und insbesondere Spiele wie Tuxracer können Sie jedoch entweder gar nicht erst installieren, oder diese stürzen beim Start ab. Das XBMC-Mediacenter lässt sich unter Lubuntu zwar leicht installieren, verkommt aber aufgrund der fehlenden Grafiktreiber zur Diashow. Raspbian und Lubuntu für Banana Pi Das Raspian-Image für den Banana Pi auf Basis von Debian "Wheezy" stammt vom Original für den Raspberry Pi ab. Mit dem Kernel 3.4.90 verfügt das Image jedoch über einen aktuelleren Betriebssystemkern, der die Cortex-A7-CPU des Banana Pi besser unterstützt. Als Desktop-Umgebung kommt weiterhin LXDE zum Einsatz ( Abbildung 1 ), subjektiv läuft die grafische Umgebung auf dem Banana Pi ein wenig schneller als auf dem RasPi. Dem Desktop fehlt jedoch eine deutschsprachige Lokalisierung, ein grafisches Tool zum Ändern der Sprache gibt es nicht. Das Lubuntu-Image nutzt wie Raspbian ein englischsprachiges LXDE als Desktop ( Abbildung 2 ). Die Firmware setzt jedoch auf ein veraltetes Ubuntu 12.10 "Quantal Quetzal", für das der Support im Mai dieses Jahres auslief und dessen Paketquellen Canonical inzwischen deaktiviert hat. Der Lubuntu-Desktop macht einen gut gestalteten Eindruck, allerdings beträgt die Bildschirmauflösung fest 1280 x 720 Pixel. Monitore mit einer geringeren maximalen Auflösung zeigen nur ein verzerrtes Bild an. Banana Pi als Server Aufgrund der besseren Hardware-Ausstattung und angesichts der beschränkten grafischen Fähigkeiten eignet sich der Banana Pi besonders für den Einsatz als Server ohne einen angeschlossenen Bildschirm. Hier spielt es keine Rolle, dass der Grafikausgabe die Hardware-Beschleunigung fehlt. Dafür punktet der Banana Pi in dieser Rolle mit einer schnelleren CPU, Gbit-Ethernet, einem SATA-Anschluss und vor allen Dingen mit einem weniger gedrängten Bus. Beim RasPi müssen sich USB-Ports und Netzwerkanschluss den Bus teilen, was besonders beim Einsatz einer externen Festplatte zu Leistungseinbußen führt. Technische Daten: Raspberry Pi vs. Banana Pi Raspberry-Pi-Modell B Banana Pi SoC Broadcom BCM2835 Allwinner A20 CPU ARM1176JZF-S, 700 MHz ARM Cortex-A7, 1 GHz, Dual-Core GPU Broadcom VideoCore IV, 250 MHz Mali-400MP2 RAM 512 MByte 1 GByte DDR3 Anschlüsse/Ports USB 2 USB-Host 2 USB-Host, 1 USB-OTG AV 3,5mm-Analog-Audio, Composite RCA, HDMI 3,5mm-Analog-Audio, Composite RCA, HDMI Ethernet 10/100 Mbit/s 10/100/1000 Mbit/s Speichermedien SD SD, SATA (inkl. SATA-Power) GPIO 26 Pins 26 Pins Kamera 1 CSI 1 CSI Sonstiges – IR, Mikrofon, 3 Taster Sonstiges Größe (mm) 85 x 56 92 x 60 Gewicht (g) 45 48 Preis (ca.) 35 Euro 65 Euro Für einen Vergleich installieren wir auf RasPi und BaPi jeweils ein aktuelles Raspbian und rüsten zusätzlich OpenSSH, Samba, Apache 2 und MySQL mitsamt Wordpress 3.9.1 sowie Vsftpd als FTP-Server nach. Den Start der Desktop-Umgebung unterbinden wir durch Deaktivieren des Display-Managers: $ sudo update-rc.d -f lightdm remove So bleiben die knappen Ressourcen für die Netzwerkdienste frei. Beide Mini-Rechner hängen an einem Gbit-Switch, von dem nur der Banana Pi profitieren kann. Zusätzlich schließen wir eine mit Ext3 formatierte SATA-Festplatte an den Banana Pi an. Der RasPi verfügt lediglich über zwei USB-Ports, sodass er sich mit einer externen USB-2.0-Festplatte begnügen muss. Im Test erweist sich der Banana Pi nicht ganz unerwartet als der deutlich bessere Server ( Tabelle "Server-Performance: Raspberry Pi vs. Banana Pi" ). Per FTP schiebt er knapp siebenmal schneller Daten durch das Netz als der Raspberry Pi. Aufgrund des Verschlüsselungsaufwands reduziert sich beim Einsatz von SSH dieser Vorsprung auf den Faktor 2,5. Der Unterschied tritt besonders deutlich hervor, wenn die Kleinrechner mehr machen sollen, als nur Dateien im Netzwerk vorzuhalten: Der auf dem Banana Pi installierte Apache liefert die Wordpress-Demoseite knapp sechsmal schneller aus als sein Kollege auf dem RasPi. Vom schnellen SATA-Anschluss profitiert der BaPi jedoch kaum. Server-Performance: Raspberry Pi vs. Banana Pi Download (KByte/s) Upload (KByte/s) Requests/s FTP-Dateitransfer (100 MByte) Raspberry Pi 4795 3898 – Banana Pi 32363 10098 – Samba-Dateitransfer (100 MByte) Raspberry Pi, USB-HDD 6637 6736 – Banana Pi, USB-HDD 11742 11608 – Banana Pi, SATA-HDD 12102 11828 – SSH-Dateitransfer (100 MByte) Raspberry Pi 3404 2675 – Banana Pi 8176 4628 – Wordpress 3.9.1 auf Apache mit MySQL Raspberry Pi 2,45 – 0,23 Banana Pi 16,6 – 1,56 Die Leistungsaufnahme liegt beim Banana Pi im Ruhezustand bei lediglich 1,5 Watt, ein Raspberry Pi Modell B bringt es dagegen auch ohne Last auf knapp 3 Watt. Unter Volllast gleicht sich der Unterschied weitgehend aus: Im Wordpress-Test zog der Banana Pi 2,8 Watt aus dem Netzteil, der RasPi genehmigte sich mit etwa 3,1 Watt nur wenig mehr. Mit Blick auf die Stromaufnahme und einen CPU-Benchmark wie den Sysbench-Test ( Listing 1 ) bietet der Banana Pi mit einer Ausführdauer von nur 387 Sekunden gegenüber 1316 Sekunden beim Raspberry Pi eine deutlich verbesserte Rechenleistung pro geschlucktem Watt. Listing 1 $ sysbench --test=cpu --num-threads=2 --cpu-max-prime=20000 run Fazit Inzwischen finden sich im Internet mehrere deutsche Bezugsquellen, die den Banana Pi ganz regulär für etwas über 65 Euro anbieten. Auch Reichelt, Conrad und Amazon führen den Banana Pi mittlerweile in ihrem Programm. Das im ersten Banana-Pi-Artikel genannte Versandrisiko entfällt somit; auch Gewährleistungsansprüche lassen sich gegenüber den deutschen Händlern leichter zur Geltung bringen als beim eigenhändigen Import aus China. Unser Test zeigt, dass der Banana Pi sich noch nicht wie der Raspberry Pi als "eierlegende Wollmilchsau" eignet. Die verbesserte Rechenleistung, der schnelle Netzwerkanschluss und die Anschlussmöglichkeit für SATA-Festplatten qualifizieren den BaPi aber als günstige und stromsparende Steuerzentrale eines einfachen Homebrew-NAS oder Heimservers. Als Mediacenter-Lösung fällt der Banana Pi jedoch aufgrund fehlender Unterstützung des Grafikchips derzeit noch durch. Infos RasPi-Alternative Banana Pi: Maximilian Batz, Christoph Langner, "Alles Banane?", RPG 04/2014, S. 56, http://www.raspberry-pi-geek.de/32841 Banana-Pi-Downloads: http://www.lemaker.org/index.php?m=content&c=index&a=show&catid=9&id=38

BeagleBone Black als Multimedia-Plattform

Der BeagleBone Black ist zwar etwas teurer als der RasPi, dafür jedoch deutlich leistungsfähiger und ähnlich flexibel. Seine speziellen Fähigkeiten prädestinieren ihn aber besonders zum Einsatz als Multimedia-Center. README Das integrierte HDMI-Cape des BeagleBone Black macht den preiswerten Kleinstrechner zur idealen Multimedia-Zentrale. Zwar steckt der Teufel beim Konfigurieren des HDMI-Framer-Chips im Detail, doch lassen sich Probleme mit dem richtigen Hintergrundwissen schnell beseitigen. Der BeagleBone Black ist eine relativ günstige (unter 60 Euro), leistungsfähige und flexible Plattform, die sich für eine breite Palette an Anwendungen eignet. Wer ihn als Multimedia-System einsetzen will, oder auch nur die gebotenen Audio- und Video-Fähigkeiten voll ausreizen, der stößt jedoch gelegentlich auf Hindernisse. Um zu verstehen, wo diese herrühren und wie man sie beseitigt, gilt es, einen näheren Blick auf den HDMI-Standard ("High-Definition Multimedia Interface") zu werfen. Wir zeigen im Folgenden, wie Sie den BeagleBone Black für eine optimale Audio-Ausgabe einrichten und die richtige Bildschirmauflösung setzen. Vorgeschichte Das originale, als Open Hardware entworfene BeagleBoard besaß keine Onboard-Hardware, um digitale Multimedia-Signale in eine analoge Ausgabe umzuwandeln. Daher gab es auch keine Schnittstellen, über die man einen Bildschirm oder Lautsprecher hätte anschließen können. Wer so etwas vorhatte, musste zu einem Erweiterungsboard greifen, das man an die Konnektoren P8/P9 des BeagleBoard anschließt, einem sogenannten Cape (siehe Kasten "Was ist ein Cape?" ) Ein entsprechendes Multimedia-Cape bringt die Hardware für die Digital-Analog-Wandlung von Multimedia-Signalen sowie die physikalischen Anschlüsse für Bildschirm und Lautsprecher mit – ein recht effektiver Ansatz. Allerdings schränkt dies die Verfügbarkeit des BeagleBoards für andere Zwecke ein, da das Cape ja die Pins der Konnektoren P8/P9 mit Beschlag belegt, die nun für andere Zwecke nicht mehr zur Verfügung stehen. Das BeagleBone Black löst dieses Problem dadurch, dass es ein komplettes HDMI-Cape gleich auf der Platine integriert und auf diese Weise Audio- und Video-Schnittstellen bereitstellt. Solange der Prozessor des Boards die Multimedia-Signale sauber multiplext, lässt sich damit ohne Zusatzhardware ein digitale Bildschirm direkt am Micro-HDMI-Konnektor betreiben. Abbildung 1 zeigt, wo auf der Platine der HDMI-Anschluss und der HDMI-Framer-Chips sitzen, aus denen das fest verbaute Cape besteht [1] . [caption id="attachment_2257" align="aligncenter" width="300"] Abbildung 1: Der Sitz der Hardwarekomponenten, die auf dem BeagleBone Black die HDMI-Schnittstelle implementieren.[/caption] Was ist ein Cape? Im Slang der BeagleBone-Community bezeichnet man alle Peripheriegeräte, die über den sogenannten Capebus-Mechanismus mit dem Linux-Kernel kommunizieren, als Capes. Im engeren Sinn steht der Begriff für kleine Erweiterungsplatinen rund um die BeagleBone-Boardfamilie [5] . Das BeagleBone Black bringt zwar bereits eine eingebaute HDMI-Schnittstelle mit, doch aus technischer Sicht handelt es sich dabei ebenfalls um ein Cape, da die Kommunikation auch hier über den Capebus erfolgt. Aus Sicht des Kernels unterscheidet sich die fest auf der BeagleBone-Black-Platine verbaute Hardware durch nichts von einem separaten Cape. HDMI verstehen Ältere Übertragungsmethoden wie PAL, NTSC und VGA verwenden analoge Signale, um Bildsignale an Bildschirme oder Monitore zu übergeben. HDMI setzt dagegen auf eine digitale Signalisierung und überträgt Pakete mit blockweise gegliederten Audio- respektive Video-Informationen. Bei gleichem Informationsgehalt belegen solche Pakete weniger Bandbreite als die analoge Signalisierung. Daher unterstützt HDMI auch sehr hohe Anzeigeauflösungen (bis zu 4096 x 2160 Pixel bei 24 Bit Farbtiefe) und qualitativ hochwertiges Audio (bis zu acht Kanäle mit bei 192 kHz gesampelten 24-Bit-Daten). Die HDMI-Spezifikation [2] legt fest, auf welche Weise HDMI-Geräte ihre Daten zu verpacken und zu übermitteln haben. Die 2002 erschienene Version 1.0 der Spezifikation beschreibt die Abhängigkeiten zwischen Datenquellen (wie dem BeagleBone Black) und Datensenken (digitalen Anzeigegeräten wie Fernsehern und Monitoren). Im Zug der technischen Entwicklung fügten in den letzten zehn Jahren neue Revisionen und Ergänzungen dem Standard immer höhere Auflösungen und neue Features wie 3D-Video hinzu. Die aktuellste Fassung HDMI 2.0 stammt vom September 2013. Der BeagleBone Black verwendet Version 1.4a der Spezifikation. HDMI-Quellen verfügen über einen HDMI-Transmitter, der die Daten sammelt, gemäß der Spezifikation verpackt und dann an ein Anzeigegerät übermittelt. Dieses wiederum entpackt die Daten mittels eines HDMI-Receivers und bereitet sie zur Anzeige vor. Auf dem BeagleBone Black übernimmt das ein HDMI-Framer-Chip des Typs NXP TDA19988. Das HDMI-Protokoll nutzt vier logische Datenkanäle zur Verbindung zwischen Transmitter und Receiver: Video , Audio , Auxiliary (Zusatzdaten) und Clock (Takt). Dabei sind Video und Clock ständig im Einsatz, Audio und Auxiliary nur bei Bedarf. Daneben existiert noch ein weiterer Kommunikationskanal namens Consumer Electronics Control oder kurz CEC. Er dient dem Übermitteln von Kommandos zwischen der HDMI-Quelle und dem Display. Abbildung 2 zeigt schematisch die Kommunikationsabläufe über die diversen logischen Kanäle zwischen BeagleBone Black und einem angeschlossenen digitalen Bildschirm. Linux-Kernel-Treiber füttern den Transmitter über die Signale LCD und McASP mit Video- und Audio-Daten. Die Kontrollsignale des Framer-Chips laufen über den I 2 C-Bus. [caption id="attachment_2258" align="aligncenter" width="300"] Abbildung 2: Die logischen Kommunikationskanäle zwischen dem HDMI-Transmitter (also dem HDMI-Framer-Chip auf dem BeagleBone Black) und dem HDMI-Receiver (also einem digitalen Display).[/caption] Bei DVI ("Digital Visual Interface") handelt es sich um einen weiteren gängigen Standard für das Ansteuern digitaler Displays, der zunehmend das analoge VGA ablöst. Der Video-Teil der HDMI-Signalisierung ist elektrisch mit DVI kompatibel, sodass eine HDMI-Quelle über einen einfachen HDMI-nach-DVI-Adapter einen DVI-Bildschirm ansteuern kann. DVI- und HDMI-Bildschirme halten "Extended Display Identification Data" (EDID) vor, die sie in einem ROM speichern. Dieser Datenblock beschreibt, welche Auflösungen und Wiederholraten der Bildschirm unterstützt. Über eine als EDID-Reporting bezeichnete Funktion übermittelt das Display die entsprechenden Daten an eine HDMI-Quelle, sobald Sie es an diese anschließen. Dafür sieht das HDMI-Protokoll einen eigenen Display Data Channel vor (siehe Abbildung 2 ). HDMI im Linux-Kernel Im Linux-Kernel des BeagleBone Black zeichnet der TI-LCD-Controller-Treiber (TILCDC) für die Framebuffer-Funktionen verantwortlich und gibt Daten sowie Kontrollsignale auf die LCD-Signalpins der CPU aus. Die Sourcen des TILCDC-Treibers finden Sie im Verzeichnis drivers/gpu/drm/tilcdc des Kernels. Wie jedes Framebuffer-Modul unter Linux stellt der TILCDC-Treiber im Verzeichnis /dev eine Schnittstellendatei bereit (üblicherweise /dev/fb0 ). Über diese können Userspace-Anwendungen auf einen linearen Speicherpuffer für die Bildschirmausgabe zugreifen. Das Kernel-Modul tda998x implementiert sowohl den Audio-Codec-Treiber als auch den HDMI-Framer-Treiber. Die entsprechenden Quelltexte, tda998x_drv.c und tda998x_audio_drv.c , liegen im Verzeichnis drivers/drm/gpu/i2c der Kernel-Quellen. Der Audio-Codec nxptda – im Userspace taucht er als nxp-hdmi-hifi auf – stellt als Dummy-Treiber via /dev gerade genug Interface-Dateien bereit, dass Userspace-Programme darüber den Codec als ALSA-Gerät verwenden können. Die entsprechenden Daten speist das ALSA-Gerät dann über den McASP-Treiber [3] ( sound/soc/davinci/dacinci-mcasp.c ) in den McASP0-Kanal als für den HDMI-Framer direkt verständliche Signale ein. Der Framer überarbeitet diese vor dem Versand gegebenenfalls noch einmal mittels eines internen Codecs. Der HDMI-Framer-Treiber steuert über I 2 C direkt das Verhalten des TDA19988-HDMI-Framer-Chips. Er übermittelt dazu das genauer Format der Video- (Auflösung, Wiederholrate, etc.) und Audio-Daten (Sampling-Rate etc.) an den Chip. Daneben holt er auch den EDID-Block beim Display ab und bestimmt, wann der Framer-Chip das Übermitteln von Audio- und Video-Daten an das Display beginnt und beendet. Konfiguration Ein typisches Problem frischgebackener BeagleBone-Black-Besitzer stellt das Fehlen jeglicher Audio-Ausgabe beim Verwenden des HDMI-Anschlusses dar. Die Grafik funktioniert, aber die Anwendungen finden keine ALSA-Audiogerät. Woran liegt das? Der Standard CEA-861 der Consumer Electronics Association definiert 64 Video-Modi, die den Transfer von Audio innerhalb des HDMI-Datenstroms erlauben. Die wichtigsten davon zeigt die Tabelle "Gängige CEA-Modi" . Solange Sie den Framebuffer nicht für einen dieser Modi konfigurieren, initialisiert sich der HDMI-Framer-Treiber nicht entsprechend und überträgt dann keinerlei Audio-Daten an das Display. Gängige CEA-Modi Auflösung Wiederholrate 640x480 60 Hz 720x480 60 Hz 720x576 50 Hz 1280x720 50 / 60 Hz 1920x1080 50 / 60 Hz In der Vorgabe verwendet das DRM-Subsystem des Kernels beim Initialisieren des Framebuffer-Treibers den höchstmöglichen CEA-Modus. Dazu prüft es zunächst das Vorliegen eines EDID-Blocks für das Display. Gibt es keinen, geht der Kernel von einer Auflösung von 1024 x 768 Pixeln bei 16 Bit Farbtiefe aus. Unglücklicherweise gibt es keinen entsprechenden CEA-Modus, weswegen die Lautsprecher stumm bleiben, falls beim Hochfahren des BeagleBone Black kein Display angeschlossenen war oder Sie ein Kabel verwenden, das die Übermittlung des EDID-Blocks verhindert. Liegt ein EDID-Block vor, vergleicht der Kernel dessen Video-Modi mit jenen aus der Liste von CEA-Modi in der Datei drm_edid_modes.h und wählt denjenigen mit der höchsten Bildschirmauflösung für die Framebuffer-Initialisierung aus. Findet sich jedoch kein passender Modus, fällt wiederum die Audio-Übermittlung flach. Im Zweifelsfall bietet es sich also an, manuell einen bestimmten Modus anzufordern, insbesondere beim Einsatz des BeagleBone Black als Multimedia-Appliance. Das gelingt über die Kommandozeilenoption des Kernels. Abbildung 3 zeigt die einzelnen Komponenten des dafür zuständigen Parameters video . [caption id="attachment_2259" align="aligncenter" width="300"] Abbildung 3: Die vier Komponenten der Kernel-Kommandozeilenoption »video«.[/caption] Für den HDMI-Output des BeagleBone Black ist der HDMI-A-1-Konnektor die richtige Adresse für Framebuffer-Daten. Als Nächstes folgen Auflösung und Wiederholrate des gewünschten Video-Modus. Bitte beachten Sie, dass es sich hier nur um eine Anforderung handelt. Selbst wenn das Display den gewünschten Modus problemlos darstellen kann – solange das Display keinen EDID-Block übermitteln kann, fällt der Framebuffer stets auf 1024 x 768 Pixel Auflösung zurück. The U-Boot-Bootloader des BeagleBone Black hält die Kommandozeilenoptionen für den Kernel in der Datei uEnv.txt vor. Dessen konkreter Inhalt variiert je nach gewähltem Distributionsabbild, enthält aber immer die Umgebungsvariable optargs . Dieser fügen Sie die gewünschte video -Option hinzu. Nehmen wir als Beispiel eine aktuelle Version von Angstrom Linux an, das der BeagleBone Black in seiner Onboard-eMMC mitbringt [4] . Fahren Sie den Mini-Rechner ohne Micro-SD-Karte (sodass er Angstrom bootet) und ohne am HDMI-Port angeschlossenes Display hoch. Nach dem Start melden Sie sich als root an und ermitteln via fbset die aktuelle Framebuffer-Auflösung. Listing 1 root@beaglebone:~# fbset mode 1024x768-0 endmode Die Ausgabe aus Listing 1 zeigt die typische Standardauflösung von 1024 x 768 Pixeln. Schließen Sie nun einen Bildschirm an den HDMI-Port an und booten erneut, zeigt Fbset beim Aufruf die bestmögliche Auflösung an, die der Kernel aus den via EDID übermittelten Informationen entnehmen konnte. Um jedes Mal in einen spezifischen Video-Modus zu booten, etwa den CEA-Modus mit 720 x 480 Pixeln und 60 Hz Wiederholrate, modifizieren Sie jetzt die Datei uEnv.txt . Weil Angstrom seine Boot-Partition nicht standardmäßig mountet, holen Sie dies zunächst von Hand nach. root@beaglebone:~# mount /dev/mmcblk0p1 /mnt/card Anschließend finden Sie die Datei uEnv.txt im Verzeichnis /mnt/card/ . Bei den meisten Angstrom-Images befindet sich darin lediglich eine einzige Textzeile ( Listing 2 , erste Zeile), die Sie mithilfe eines beliebigen Texteditors um die gewünschte video -Option ergänzen (zweite Zeile). Listing 2 optargs=quiet drm.debug=7 optargs=quiet drm.debug=7 video=HDMI-A-1:720x480@60 Anschließend speichern Sie die Datei ab und hängen die Partition mit dem Kommando umount /mnt/card wieder aus. Nach einem abschließenden Neustart prüfen Sie wieder mit Fbset, ob sich das Display nun im gewünschten Modus befindet. Welcher Video-Modus sich am besten eignet, das hängt davon ab, wie sie den BeagleBone Black einsetzen möchten. Dabei sollten Sie beachten, dass viele Anzeigegeräte (insbesondere ältere HDMI-Fernseher) nur mit den niedrigen CEA-Modi zurechtkommen, wie etwa 720 x 480 Pixel. Fazit Das integrierte HDMI-Cape des BeagleBone Black macht den preiswerten Kleinstrechner zur idealen Multimedia-Zentrale für zu Hause. Zwar steckt der Teufel beim Konfigurieren des HDMI-Framer-Chips im Detail, wie wir gesehen haben, doch lassen sich Probleme mit dem richtigen Hintergrundwissen schnell beseitigen. Der Autor Andrew Henderson ist Doktorand der Elektro- und Informationstechnik an der Syracuse University im US-Bundesstaat New York. Er entwickelt seit über 15 Jahren Linux-Software für den Desktop und für eingebettete Systeme. Infos BeagleBone Black System Reference Manual: https://github.com/CircuitCo/BeagleBone-Black/blob/master/BBB_SRM.pdf?raw=true HDMI-Spezifikation: http://www.hdmi.org/manufacturer/specification.aspx TI McASP Reference Guide: http://www.ti.com/lit/ug/spru041j/spru041j.pdf Angstrom für BeagleBone Black: http://circuitco.com/support/index.php?title=BeagleBoneBlack#Angstrom Capes: http://beagleboard.org/cape

Raspberry Pi Geek 05/2014

Titelthema: RasPi Modell B+

Bei aller Liebe zum patenten Rechenzwerg wünscht man sich vom RasPi doch oft mehr Rechenleistung, I/O-Durchsatz und den ein oder anderen Anschluss zusätzlich. Daher sehen wir uns in ausführlichen Tests die RasPi-Konkurrenten Banana Pi, Beaglebone Black und Odroid U3 genauer an: Was bieten Sie mehr, und wo können sie den RasPi ersetzen oder ergänzen?

Weitere Themen im Raspberry Pi Geek 05/2014:

Report: Community-Veranstaltung "Pi and more 5"
Im Detail: Raspberry Pi Modell B+
Touch-Displays: Anschluss und Betrieb am RasPi
Alles Tomate: Gewächshaus steuern mit dem RasPi

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,[1][2][3][4]Infoshttp://www.raspberrypi.org/introducing-raspberry-pi-model-b-plus/HATs: http://www.raspi.today/raspberry-pi-model-a-plus-released-in-a-few-months/Interview mit Eben Moglen (Podcast):

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Mit der kostenlos verfügbaren CAD-Software Eagle erstellen Sie mit relativ geringem Aufwand elektronische Schaltungen.

ZeroTier macht Port-Weiterleitungen und DynDNS-Dienste überflüssig: Mit wenigen Kommandos sprechen Rechner über eine verschlüsselte Leitung via Internet miteinander.

Mithilfe der Digital-Signage-Lösung Info-beamer Pi lassen sich mehrere RasPis in zentral gesteuerte Infoanzeigen verwandeln.

Raspberry Pi Geek 05/2014

Titelthema: RasPi Modell B+

Die dritte Dimension

Schweres Los

Am Pulsschlag

Handy-Steuerung

Kopflos starten

Auf den Schwingen des Adlers

Leicht vernetzt

Besser informiert