Der Raspberry Pi ist ein Einplatinencomputer, der von der britischen Raspberry Pi Foundation entwickelt wurde. Auf Basis eines einzigen Chip von Broadcom mit einem ARM-Mikroprozessor. Der Raspberry Pi kam Anfang 2012 auf den Markt. Der im Vergleich zu üblichen PCs sehr einfach aufgebaute Rechner wurde von der Stiftung mit dem Ziel entwickelt, jungen Menschen den Erwerb von Programmier- und Hardware­kenntnissen zu erleichtern. Entsprechend günstig ist er zu haben, je nach Modell bekommt man ein System für 39,99 €.

Raspberry Pi 2 - 900MHz quad-core ARM Cortex-A7 CPU, 1GB LPDDR2 SDRAM, complete compatibility with Raspberry Pi 1

Raspberry Pi 2 - 900MHz quad-core ARM Cortex-A7 CPU, 1GB LPDDR2 SDRAM, complete compatibility with Raspberry Pi 1
  • Raspberry Pi 2 Model B (Nachfolger des Model B+)
  • Quad-Core CPU ARM A7 900MHz (6fach CPU-Leistung gegenüber B+!)
  • 1024MB RAM (statt 512MB wie beim B+)
Zuletzt aktulisiert am: 25.03.2017 um 07:18 Uhr.

 

Es existiert ein großes Zubehör- und Softwareangebot für verschiedenste Anwendungsbereiche. Verbreitet ist beispielsweise die Anwendung als Mediacenter, da der Rechner Videodaten mit voller HD-Auflösung (1080p) dekodieren und über HDMI ausgeben kann. Als Betriebssystem kommen vor allem angepasste Linux-Distributionen zum Einsatz. Gebootet wird der Raspberry PI von einer wechselbaren SD-Speicherkarte.

Hardware

Eigenschaften

Die unterschiedlichen Versionen des Raspberry Pi besitzen folgende Eigenschaften:

Compute Module Zero Modell A Modell A+ Modell B Modell B+ RasPi 2 Model B
SoC: BCM2835 BCM2836
Type ARM1176
JZF-S
Cortex-A7
Kerne 1 4
Takt
(in MHz)
700 1000 700 900
Arch ARMv6 ARMv7
Familie ARM11 Cortex-A
GPU   Broadcom Dual Core VideoCore IV, OpenGL-ES 1.1/2.0, Full HD 1080p30
RAM 512 256 512 512 1024
USB-2.0 1 (Micro-USB) 1 2 4
Video FBAS
Mini-HDMI
FBAS
HDMI
Ton HDMI HDMI
3,5-mm-Klinkenstecker (analog)
Nicht
flüchtiger Speicher
4 GB
eMMC
microSD SD-Karte microSD SD-Karte microSD
Netzwerk 10/100
MBit
10/100
MBit
Pins 60 40 26 40 26 40
GPIO
Pins
48 26 17 26 17 26
Ports 2 × CSI
2 × DSI
1 × I²S
1 × CSI; 1 × DSI; 1 × I²S
Leistungs- aufnahme min. 3,325 W 0,5-0,7 W
(100-140 mA)
2,5 W (500 mA) 0,5–1,2 W
(100–230 mA)
3,5 W
(700 mA)
2,5–3 W
(500–600 mA)
max. 4 W
(800 mA)
Strom- versorgung
(in V)
2,3–5,0
3,3
1,8
5,0; Micro-USB-B-Anschluss

Prozessor

Der Prozessor der ersten Generation nutzt den ARMv6-Instruktionssatz. Des Weiteren werden die ARM-Instruktionssatz-Erweiterungen Thumb und Java-Bytecode unterstützt. Der Speicher ist über einen 64 Bit breiten Bus angebunden und wird direkt als Package-on-Package auf den Prozessor gelötet.

Raspberry PI

Raspberry Pi 2B Revision 2 das derzeitige Flaggschiff derRasPIs

Da die Raspberry Pi Foundation eine Verringerung der Lebensdauer bei Übertaktung befürchtete, wurde der Prozessor zunächst mit einem „Sticky (engl. wörtlich „klebenden“, das bedeutet: nicht rücksetzbaren) Bit“ ausgestattet, welches unwiderruflich gesetzt wird, sobald der Prozessor übertaktet wird und somit ein Erlöschen der Garantie signalisiert. Nachdem ausführliche Tests zeigten, dass sich ein Übertakten auf bis zu 1 GHz kaum auf die Lebensdauer auswirkt, wurde am 19. September 2012 mit einem Treiber-Update die Möglichkeit geschaffen, sowohl Prozessor als auch GPU und Speicher ohne Garantieverlust zu übertakten. Die Frequenz und Spannung wird dabei im Betrieb nur dann erhöht, wenn die Leistung benötigt wird und die Temperatur des Chips nicht über 85 °C liegt. Das Sticky-Bit wird nur noch gesetzt, wenn stärker als empfohlen übertaktet wird.

Ein starkes Untertakten auf bis zu 50 MHz und Verringern der Spannung ist ebenfalls möglich, was vor allem beim Modell A zu einer deutlich reduzierten Leistungsaufnahme führt.

In der zweiten Generation kommt ein SoC mit der Bezeichnung BCM2836 ebenfalls vom Hersteller Broadcom zum Einsatz. Der dort in einer Quadcore-Konfiguration eingesetzte ARM Cortex-A7 mit 900 MHz Taktfrequenz nutzt den ARMv7-Instruktionssatz und kommt auf eine Gesamtrechenleistung von 6.840 DMIPS. Dazu ist der Prozessor um Faktor 3 energieeffizienter als sein Vorgänger.[62]

Grafik

Raspberry PI

Raspberry PI A+

Der ARM11-Prozessor ist mit Broadcoms „VideoCore“-Grafikkoprozessor kombiniert. OpenGL ES 2.0 wird unterstützt, und Filme in Full-HD-Auflösung (1080p30 H.264 high-profile) können dekodiert und über die HDMI-Buchse und FBAS-Cinchbuchse ausgegeben werden.
Am 24. August 2012 wurde bekanntgegeben, dass Lizenzen für das hardwarebeschleunigte Dekodieren von VC1- und MPEG-2-kodierten Videos zusätzlich erworben werden können. Die Lizenz beschränkt sich dabei auf den bei der Bestellung mit der Seriennummer spezifizierten Raspberry Pi, so dass für jeden dieser Mikrorechner eine eigene Lizenz erforderlich ist. Die vorhandene Lizenz zum Dekodieren von H.264-kodierten Videos erlaubt nach Angaben der Raspberry Pi Foundation auch das Kodieren solcher Videos. Im März 2014 legte Broadcom Dokumentation und Treibercode für den SoC BCM21553 offen, mit dem auch ein freier Grafiktreiber für den verwendeten BCM2835 erstellt werden kann.

Audio

Als Audiolösung kommt ein System-on-Chip (SoC), der BCM 2835 von Broadcom, zum Einsatz. In diesem wird über eine einfache Pulsweitenmodulation (PWM) das Audiosignal für den Audioausgang der 3,5-mm-Klinkenbuchse generiert. Auf einen echten Digital-Analog-Umsetzer (DAC) wurde aus Kostengründen verzichtet. Die Leistung dieser Lösung gilt aufgrund des fehlenden DAC und fehlender Tiefpassfilter jedoch als schwach, da ohne diese störende Nebengeräusche, die als Vielfaches der Modulationsfrequenz entstehen, nicht beseitigt werden. Des Weiteren wird ein Audiosignal in digitaler Form über den HDMI-Ausgang ausgegeben.

Verschiedene Dritthersteller bieten daher auch dedizierte Audiolösungen in Form von USB-Audio-Karten oder als Aufsteckkarten, welche die integrierte I²S-Schnittstelle nutzen, an. Ferner existieren Lösungen, die das Audiosignal aus der HDMI-Schnittstelle extrahieren.

GPIO

Raspberry PI

Speicherkarte im Raspberry Pi

Der Raspberry Pi bietet eine frei programmierbare Schnittstelle (auch bekannt als GPIO, General Purpose Input/Output), worüber LEDs, Sensoren, Displays und andere Geräte angesteuert werden können. Es gibt fünf GPIO-Anschlüsse, wobei im Allgemeinen nur der Anschluss P1 gebraucht wird. Die GPIO-Schnittstelle P1 besteht bei Modell A und Modell B aus 26 Pins und bei Modell A+ und Modell B+ aus 40 Pins, wovon

  • 2 Pins eine Spannung von 5 Volt bereitstellen, aber auch genutzt werden können, um den Raspberry Pi mit Strom zu versorgen
  • 2 Pins eine Spannung von 3,3 Volt bereitstellen
  • 1 Pin als Masse dient
  • 4 Pins, die zukünftig eine andere Belegung bekommen könnten, derzeit ebenfalls mit Masse verbunden sind
  • 17 Pins (Modell A und B) bzw. 26 Pins (Modell A+ und B+, sowie Raspberry Pi 2 Modell B), welche frei programmierbar sind und wovon einige Sonderfunktionen übernehmen können:5 Pins können als SPI-Schnittstelle verwendet werden
  • 2 Pins haben einen 1,8-kΩ-Pull-up-Widerstand (auf 3,3 V) und können als I²C-Schnittstelle verwendet werden
  • 2 Pins können als UART-Schnittstelle verwendet werden

Mit dem Modell B+ wurde eine offizielle Spezifikation für Erweiterungsplatinen, sogenannte Hardware attached on top (HAT), vorgestellt. Jeder HAT muss über einen EEPROM-Chip verfügen; Darin finden sich Herstellerinformationen, die Zuordnung der GPIO-Pins sowie eine Beschreibung der angeschlossenen Hardware in Form eines „device tree“-Abschnitts. Dadurch können die nötigen Treiber für den HAT automatisch geladen werden. Auch die genaue Größe und Geometrie des HAT sowie die Position der Steckverbinder werden dadurch festgelegt. Modell A+ und Raspberry Pi 2 Modell B sind mit diesen ebenfalls kompatibel.

Die in der Revision 2 hinzugekommene GPIO-Schnittstelle P6 erlaubt es, den Raspberry Pi zurückzusetzen bzw. zu starten, nachdem er heruntergefahren wurde. Zur Steuerung der GPIOs existieren Bibliotheken für zahlreiche Programmiersprachen. Auch eine Steuerung durch ein Terminal oder Webinterfaces ist möglich.

CSI

Zur direkten Anbindung einer Kamera ist ein CSI (Camera Serial Interface) vorhanden. Die seit Mai 2013 erhältliche Kamera mit 5 Megapixeln wird per CSI angesteuert. Der Fokus ist nicht veränderbar und das Kameramodul verfügt über kein Mikrofon. Die Kamera nimmt Fotos mit einer maximalen Auflösung von 2592 × 1944 Pixeln auf. Videos können unter anderem mit 640 × 480, 1280 × 720 und 1920 × 1080 Pixeln aufgenommen werden; die Bildfrequenz beträgt je nach Auflösung und Einstellung 1 bis 90 Bilder pro Sekunde.[71] Bei schlechtem Licht entsteht schnell Bildrauschen.

Seit Oktober 2013 ist auch die Variante „PI NoIR“ ohne eingebauten Infrarotfilter verfügbar, die unter Zuhilfenahme eines Infrarotscheinwerfers Nachtsichtaufnahmen ermöglicht.

DSI

Zur direkten Anbindung von Displays ist ein DSI (Display Serial Interface) vorhanden. Seit September 2015 ist offiziell ein Display erhältlich, das direkt über die DSI-Schnittstelle angeschlossen werden kann. Seine Bildschirmdiagonale misst sieben Zoll (7″) und es besitzt eine Auflösung von 800 × 480 Pixeln. Die Bildschirmfläche misst 155 × 86 mm (screen size); aufgrund des breiten Bildschirmrands misst das gesamte Anzeigegerät jedoch 194 × 110 mm (display size), ist 20 mm dick und wiegt 277 g. Es verfügt außerdem über einen kapazitiven Multi-Touchscreen (bis zu zehn Finger) mit integriertem Controller und Befestigungsbolzen für den Raspberry Pi (außer Model A und B). Dieser wird über I²C angeschlossen.

Betriebssysteme

Desktop

Desktop der „Raspbian“ Linux Distribution

Für den Raspberry Pi sind mehrere Open-Source-Betriebssysteme verfügbar. Die Installation geschieht entweder durch das Klonen eines Images auf die SD-Karte oder seit dem 3. Juni 2013 auch mit der einfacher zu verwendenden Eigenentwicklung NOOBS-Installer (engl. Abk. für new out of box software), deren Dateien nur auf die Karte kopiert werden müssen. Mit BerryBoot gibt es einen ebenso einfach zu installierenden Bootloader, der es ermöglicht, mehrere Betriebssysteme auf einer Karte parallel zu installieren und zu verwenden. Seit Version 1.3 ist dies auch mit NOOBS möglich.

Linux-Systeme

Raspbian

Die empfohlene Linux-Distribution ist das auf Debian basierende Raspbian. Dieses Betriebssystem basiert auf einem Debian-8-System (Debian Jessie) der ARM-hard-float-Architektur (armhf) mit Anpassungen an den Befehlssatz für den ARMv6-Prozessor. Als grafische Oberfläche wird LXDE vorkonfiguriert. Das etwa 3 GB große Image kann auf SD-Karten mit 4 GB oder mehr übertragen werden. Nach dem Bootvorgang kann die Größe der Raspbian-Partition auf die komplette SD-Karte erweitert werden. Die Raspberry Pi Foundation erstellt auf Basis der Raspbian-Distribution ein eigenes Raspbian-Image mit passender Firmware für die Raspberry-Pi-Modelle, es wird daher empfohlen, die Distribution immer von der Raspberry Pi Foundation zu beziehen.

Andere Linux-Systeme

Neben Raspbian wird auch eine für ARM-Prozessoren kompilierte Version von Arch Linux, CentOS sowie eine Version von Fedora – unter dem Namen Pidora – angeboten. Ebenso gibt es Kali Linux, die Neuauflage der Security-Distribution BackTrack und Bodhi Linux für den Raspberry Pi. OpenSUSE bietet ebenfalls lauffähige Images und mit dem openSUSE Build Service zudem die Möglichkeit, eigene Programmpakete zu erstellen und damit eigene openSUSE basierte Distributionen zu erstellen.

Ubuntu kann nur auf dem Raspberry Pi 2 verwendet werden. Auf dem Raspberry Pi der ersten Generation ist die Installation von Ubuntu nicht möglich, da diese Linuxdistribution nur die ARMv7-Architektur (Cortex-Familie) unterstützt, der Raspberry Pi hingegen die ARMv6-Architektur (ARM11-Familie) verwendete.

Mit auf dem Media Center Kodi basierenden Distributionen wie OpenELEC, Raspbmc oder XBian lässt sich der Raspberry Pi als Mediacenter nutzen. Kodi lässt sich auch mit der Fernbedienung desFernsehers nutzen, wenn dieser per HDMI angeschlossen wird und CEC unterstützt.

Des Weiteren wird das Android-System auf den Raspberry Pi portiert. Eine lauffähige Beta-Version ist verfügbar.

Andere Systeme

Neben den verschiedenen Linux-Distributionen laufen auf dem Raspberry Pi auch die BSD-Varianten FreeBSD und NetBSD.

Ebenfalls läuft eine Entwicklerversion von RISC OS 5[89], sowie Plan 9. und das mit Plan9 verwandte Inferno.

Obwohl Windows RT auf ARM-Prozessoren lauffähig ist, erschien es zunächst nicht möglich, dieses Betriebssystem auf den Raspberry Pi zu übertragen, da Windows 8 mindestens 1 GB Arbeitsspeicherbenötigt, den der Raspberry Pi nicht hat. Mit dem Erscheinen des Raspberry Pi 2 im Februar 2015 gab Microsoft jedoch bekannt, dass Windows 10 auf diesem lauffähig und für Teilnehmer des Windows-Entwicklerprogramms für das Internet der Dinge kostenlos sein wird. Dabei ist zu beachten, dass diese Version von Windows 10 als Small-Devices-Variante bezeichnet wird, nicht mit klassischen Desktop-Anwendungen kompatibel ist und für den Betrieb mindestens 256 MB RAM und 2 GB Speicher benötigt.

Software

Einige Programme wurden für den Raspberry Pi angepasst, um von der hardwarebeschleunigten Grafik durch die GPU zu profitieren. Dazu zählt insbesondere das Kodi Media Center. Im Rahmen der Anpassung von Kodi an den Raspberry Pi wurde auch ein eigenständiger Videoplayer mit GPU-Unterstützung unter dem Namen OMXPlayer entwickelt. Auch das Spiel Minecraft gibt es in einer speziellen kostenfreien Version mit integrierter Programmierschnittstelle. Die Bibliotheken Qt und NGL wurden auf den Raspberry Pi unter dem Namen „QtonPi“ portiert.

Seit November 2013 erhält jeder private Benutzer des Raspberry Pi ein kostenloses Exemplar der Software Mathematica.

P.S.: Fast alle Informationen wurden aus der deutschen Wikipedia übernommen, darum ist dieser Beitrag ebenfalls unter der „Creative Commons Attribution/Share Alike“ Lizenz verfügbar.