Raspberry Pi

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Logo der Raspberry-Pi-Stiftung
B-Version des Raspberry Pi

Der Raspberry Pi ist ein kreditkartengroßer Einplatinencomputer, der von der Raspberry Pi Foundation entwickelt wurde.

Die Platine enthält im Wesentlichen das Ein-Chip-System BCM 2835 von Broadcom mit dem 700-MHz-Hauptprozessor ARM1176JZF-S sowie 256 MB Arbeitsspeicher. Im Oktober 2012 erhielt das Model B ein Upgrade und wird mit 512 MB Arbeitsspeicher ausgeliefert.[1] Das Modell B hat zudem eine Ethernet-Schnittstelle und einen zweiten USB-Anschluss. Linux und andere Betriebssysteme, welche die ARM-Architektur unterstützen, können installiert werden. Eine Festplattenschnittstelle ist nicht vorhanden. Stattdessen können Speicherkarten (SD bzw. MMC) als nicht-flüchtiger Speicher oder externe Festplatten und USB-Sticks über den USB-Port benutzt werden.

Inhaltsverzeichnis

Idee[Bearbeiten]

Die Motivation hinter der Entwicklung eines preisgünstigen Rechners, war die – in Cambridge – sinkende Anzahl an Informatikstudenten und schlechter werdenden Vorkenntnisse der Informatikstudienanfänger. Für einen der Gründe hielt man, dass Computer heute häufig teuer und komplex sind und Eltern Kinder häufig verbieten, auf dem Familien-PC zu experimentieren.[2] Man wollte Jugendlichen einen günstigen Computer zum Experimentieren und Programmieren lernen geben.

Namensgebung[Bearbeiten]

Der Name ist phonetisch identisch mit dem englischen Wort für Himbeerkuchen, raspberry pie. Das „Pi“ steht für „Python Interpreter“, ursprünglich sollte der Rechner mit fest eingebautem Interpreter für die Programmiersprache Python geliefert werden, ähnlich wie die Homecomputer der achtziger Jahre mit Basic[3]. Die „Himbeere“ knüpft an die Tradition an, Computer nach Früchten zu benennen, wie etwa Apple, Apricot oder Acorn.

Entwicklung[Bearbeiten]

Ein Prototyp mit einem Atmel-ATmega644-Mikrocontroller wurde im Jahr 2006 produziert.[4] Die Schaltpläne der Platine wurden veröffentlicht.[5][4]

Die Leistungen des Gerätes überzeugten die Entwickler nicht, sie fanden mit dem BCM2835 einen billigen Prozessor mit verhältnismäßig hoher Leistung und entwarfen für diese CPU eine neue Mehrlagenplatine. Für den Atmel war man noch mit einer Lochrasterplatine ausgekommen.

50 Alpha-Boards wurden im August 2011 geliefert. Diese Platinen waren funktional identisch mit dem späteren Model B des Raspberry Pi,[6] aber größer, um Messpunkte zur Fehlersuche zu beherbergen. Die Verkaufsversion hat die Größe einer Kreditkarte. Auf diesen Versuchsplatinen wurde gezeigt, dass die Desktop-Umgebung LXDE unter Debian sowie Quake 3[7] und H.264-Videos[8] mit einer Auflösung von 1080p via HDMI funktionieren. Seit Herbst 2012 wird eine leicht veränderte Version 2 verkauft. Sie hat zwei Befestigungslöcher[9] und einige Pins sind anders belegt.[10] Etwa zeitgleich konnte aufgrund der unerwartet großen Verkaufszahlen auch die Produktion von China nach Wales verlegt werden und der Speicher des B-Modells auf 512 MB verdoppelt werden.[11][12]

Am 14. Mai 2013 kam ein Kameramodul für den Raspberry Pi in den Handel.[13]

Rev. 2 des Raspberry Pi Model B - made in UK

Spezifikationen[Bearbeiten]

Die Spezifikationen der beiden Varianten A und B des Raspberry Pi lauten:

Modell A Modell B
Preisempfehlung: 25 US-$ (exkl. Mehrwertsteuer) 35 US-$ (exkl. Mehrwertsteuer)
Größe: Kreditkartengröße 85,60 mm × 53,98 mm × 17 mm
SoC: Broadcom BCM2835
CPU: ARM1176JZF-S (700 MHz)
GPU: Broadcom VideoCore IV
Arbeitsspeicher (SDRAM): 256 MB 512 MB (bis Oktober 2012 256 MB)
USB 2.0 Anschlüsse: 1 2 (über integrierten Hub)
Videoausgabe: FBAS, HDMI
Tonausgabe: 3,5 mm-Klinkenstecker (analog), HDMI (digital)
Nicht-flüchtiger Speicher: SD(SDHC und SDXC)/MMC/SDIO-Kartenleser
Netzwerk: – 10/100 MBit Ethernet-Controller (LAN9512 des Herstellers SMSC [14])
Schnittstellen: Bis zu 16 GPIO-Pins, SPI, I²C, UART
Echtzeituhr: –
Leistungsaufnahme:[15] 5 V, 500 mA (2,5 Watt) 5 V, 700 mA (3,5 Watt)
Stromversorgung:[15] 5 V Micro-USB-Anschluss, alternativ 4 × AA-Batterien
Betriebssysteme: GNU/Linux, BSD, RISC OS[16], Plan 9[17]

Hardware[Bearbeiten]

Die Entwickler-Version des Raspberry Pi

Prozessor[Bearbeiten]

Der Prozessor nutzt den ARMv6-Instruktionssatz. Des Weiteren werden die ARM-Instruktionssatz-Erweiterungen der Thumb und Java-Bytecode unterstützt (Jazelle[18])[19]. Der Speicher ist über einen 64 Bit breiten Bus angebunden und wird direkt als Package-on-Package auf den Prozessor gelötet.

Da die Raspberry Pi Foundation eine Verringerung der Lebensdauer bei Übertaktung befürchtete, wurde der Prozessor mit einem ˝Sticky-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.[20] Das Sticky-Bit wird nur noch gesetzt, wenn stärker als empfohlen übertaktet wird.

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

Grafik[Bearbeiten]

Der ARM11-Prozessor ist mit Broadcoms „VideoCore“-Grafikkoprozessor kombiniert. OpenGL ES 2.0 wird unterstützt und Filme in FullHD-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.[21]

GPIO/CSI[Bearbeiten]

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.[22] Es gibt 6 GPIO-Anschlüsse, wobei im Allgemeinen nur der Anschluss P1 gebraucht wird. Die GPIO-Schnittstelle P1 besteht aus 26 Pins wovon

  • 2 Pins eine Spannung von 5 Volt bereitstellen, aber auch genutzt werden können um der Raspberry Pi mit Strom zu versorgen.
  • 1 Pin eine Spannung von 3,3 Volt bereitstellen
  • 1 Pin als Masse dient, sowie 4 derzeit mit der Masse verbundene Pins, die zukünftig eine andere Belegung bekommen könnten
  • 17 Pins frei programmierbar sind, wovon einige Sonderfunktionen übernehmen können
    • 5 Pins können als SPI-Schnittstelle verwendet werden
    • 2 Pins haben einen vorgeschalteten 1,8 KΩ Widerstand und können als I2C-Schnittstelle verwendet werden
    • 2 Pins können als UART-Schnittstelle verwendet werden.

Die in der Revision 2 hinzugekommene GPIO-Schnittstelle P6 erlaubt es den Raspberry Pi zu reseten beziehungsweise zu starten nachdem er heruntergefahren wurde. Zur Steuerung der GPIOs existieren Bibliotheken für zahlreiche Programmiersprachen auch eine Steuerung durch die Terminal oder Webinterfaces ist möglich.[23]

Zur direkten Anbindung einer Kamera und eines LCD-Displays sind ein CSI (Camera Serial Interface) beziehungsweise eine DSI (Display Serial Interface) vorhanden.[23] Seit Mai 2013 ist eine Kamera mit 5 MP erhältlich, die per CSI angesteuert wird.[24]

Betriebssysteme[Bearbeiten]

Für den Raspberry Pi sind mehrere Open-Source-Betriebssysteme verfügbar. So kann sich der Käufer selbst entscheiden, welches er installieren möchte. Die Installation geschieht entweder durch das Einspielen eines Images auf die SD-Karte oder seit dem 3. Juni 2013 auch mit der einfacher zu verwendenden Eigenentwicklung NOOBS, die nur auf die Karte kopiert werden muss.[25] Mit BerryBoot gibt es einen gleich einfach zu installierenden Bootloader, der es ermöglicht mehrere Betriebssysteme auf einer Karte parallel zu installieren.[26]

Bisher laufen neben verschiedenen Linux-Distributionen auch eine Entwicklerversion von RISC OS 5[27] sowie Plan 9 auf dem Raspberry Pi.[28] Auch die BSD-Varianten FreeBSD und NetBSD wurden auf den Raspberry Pi portiert.[29] Obwohl Windows RT auf ARM-Prozessoren lauffähig ist, ist es wahrscheinlich nicht möglich, dieses Betriebssystem auf den Raspberry Pi zu übertragen, da Windows 8 mindestens ein Gigabyte Arbeitsspeicher benötigt, den der Raspberry Pi nicht hat.

Die empfohlene Linux-Distribution ist das auf Debian basierende Raspbian[30]. Daneben wird auch eine für ARM-Prozessoren kompilierte Version von Arch Linux sowie eine Version von Fedora – unter dem Namen Pidora – angeboten. Ebenso gibt es Kali Linux, die Neuauflage der Security-Distribution BackTrack[31] und Bodhi Linux[32] für den Raspberry Pi.

Mit auf dem Media Center XBMC basierenden Distributionen wie OpenELEC, Raspbmc oder XBian lässt sich der Raspberry Pi als Mediacenter nutzen. XBMC lässt sich auch mit der Fernbedienung des Fernsehers nutzen.[33]

Des Weiteren wird das Android-System auf den Raspberry Pi portiert. Eine lauffähige Beta-Version ist als Download verfügbar.[34]

Entgegen ersten Annahmen wird die Linuxdistribution Ubuntu nicht auf dem Raspberry Pi zu installieren sein, da Ubuntu nur die ARMv7-Architektur (Cortex-Familie) unterstützt,[35] der Raspberry Pi hingegen die ARMv6-Architektur (ARM11-Familie) verwendet.[36]

Software[Bearbeiten]

Einige Programme wurden für den Raspberry Pi optimiert um von der hardwarebeschleunigten Grafik durch die GPU zu profitieren. Dazu zählt insbesondere das XBMC Media Center.[37] Im Rahmen der Anpassung von XBMC an den Raspberry Pi wurde auch ein eigenständiger Videoplayer mit GPU-Unterstützung unter dem Namen OMXPlayer entwickelt.[38] Auch von dem Spiel Minecraft wurde eine optimierte und kostenfreie Version mit integrierter Programmierschnittstelle erstellt.[39] Das Qt-Toolkit und die Grafikbibliothek NGL wurden bereits für den Raspberry Pi unter dem Namen "QtonPi" optimiert.[40][41]

Medien-Echo[Bearbeiten]

Ein Prototyp des Computers wurde am 6. Mai 2011 der Presse vorgestellt.[42][43][44] Seit dem Verkauf des Raspberry Pis berichten vor allem technisch ausgerichtete Medien regelmäßig über neue Projekte mit dem Raspberry Pi.

Im Mai 2012 wurde die erste Ausgabe der Community-Zeitschrift MagPi veröffentlicht.[45] Das Magazin greift alle Themen rund um den Raspberry Pi auf.

Einsatzmöglichkeiten[Bearbeiten]

Wegen des günstigen Preises und der geringen Leistungsaufnahme des Raspberry Pi ergeben sich abseits der vorgesehenen Nutzung als Schulrechner noch andere Möglichkeiten, wie zum Beispiel als Musik-Streaming-Client, Media Center, Thin Client oder Server, als Flugplatine in einem Multicopter oder als Wetterstation.

Organisation[Bearbeiten]

Eben Upton bei einem Vortrag zum Raspberry Pi

Die Raspberry Pi Foundation ist eine Stiftung und in Großbritannien als Wohltätigkeitsorganisation eingetragen.[46] Sie hat sich zum Ziel gesetzt, das Studium der Informatik und verwandter Themen zu fördern, insbesondere im Schulbereich. Dazu entwickelt sie mit dem „Raspberry Pi“ einen erschwinglichen kreditkartengroßen Computer, der zu Experimenten reizen soll. Dabei stützt man sich, wie in der Anfangszeit der Heimcomputer (z. B. IMSAI 8080, Apple I, Sinclair ZX80), bewusst auch auf den Spaßfaktor beim Erlernen der Computergrundlagen und -programmierung.[47]

Die Raspberry Pi Foundation wurde am 5. Mai 2009 in Caldecote, South Cambridgeshire, Großbritannien gegründet.[48] Die Treuhänder der Stiftung sind:[49]

  • David Braben – Gründer der Computerspielefirma Frontier Developments und Mitautor des Computerspiels Elite
  • Jack Lang – früherer Acorn-Mitarbeiter, Business Angel und Gründer einiger Start-Ups im Umfeld der Cambridge-Universität
  • Pete Lomas – Gründer und MD der Firma Norcott Technologies
  • Robert Mullins – University of Cambridge Computer Laboratory and St. John’s College in Cambridge
  • Alan Mycroft – Professor im Bereich '“Computing in University”' am Cambridge Computer Laboratory
  • Eben Upton – Ingenieur bei Broadcom Europe, Gründer einiger Software-Start-Ups und früherer Direktor im Bereich Informatik am St. John’s College in Cambridge

Ein Interview mit Eben Upton wurde im Juni 2011 als Podcast veröffentlicht.[50]

Das Logo des Projekts wurde im Rahmen eines öffentlichen Wettbewerbs ausgewählt. Es zeigt eine stilisierte Himbeere, deren Form von einer Geodätischen Kuppel abgeleitet ist.[51]

Alternativen[Bearbeiten]

Nach dem großem Erfolg des Raspberry Pis kamen zahlreiche ähnliche Einplatinencomputer auf den Markt. Zum Beispiel hat die Cubieboard Open Arm Box eine schnellere ARM-CPU, mehr Arbeitsspeicher und kostet 49 US-Dollar[52], allerdings gibt es für sie eine kleinere Community.

Siehe auch[Bearbeiten]

Literatur[Bearbeiten]

Weblinks[Bearbeiten]

 Commons: Raspberry Pi – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien
Wikiversity Wikiversity: Kurs:Wie funktioniert eigentlich ein Computer – anhand eines Raspberry Pi – Kursmaterialien, Forschungsprojekte und wissenschaftlicher Austausch

Einzelnachweise[Bearbeiten]

  1. ↑ Andreas Floemer: Raspberry Pi: Doppelter Arbeitsspeicher bei gleichem Preis. In: t3n Magazin. 15. Oktober 2012, abgerufen am 15. Oktober 2012.
  2. ↑ Raspberrypi.org: About
  3. ↑ Karin Zühlke: Farnell zeigt den Raspberry Pi Nachwuchs. In: elektroniknet.de. Februar 2013, abgerufen am 18. Februar 2013.
  4. ↑ a b Wong, George: Build your own prototype Raspberry Pi minicomputer. ubergizmo. 24. Oktober 2011. Abgerufen am 2. November 2011: „From an Atmel ATmega644 microcontroller that ran at 22.1MHz with 512K of SRAM that’s now been replaced by a 700MHz ARM11 processor and 128/256MB of SDRAM […] they’ve also decided to share the schematics and PCB layout of the 2006 Raspberry Pi computer.“
  5. ↑ Eben: Model B schematics. Raspberry Pi Foundation. 19. April 2012. Abgerufen am 15. August 2012.
  6. ↑ Matthew Humphries: Raspberry Pi $25 PC goes into alpha production. Geek.com. 28. Juli 2011. Abgerufen am 1. August 2011.
  7. ↑ Raspberry Pi Youtube Channel. Abgerufen am 28. August 2011.
  8. ↑ Full HD video demo at TransferSummit Oxford. Abgerufen am 12. September 2011.
  9. ↑ Made in the UK! The Raspberry Pi Foundation, 6. September 2012, abgerufen am 15. Oktober 2012 (englisch).
  10. ↑ Upcoming board revision. The Raspberry Pi Foundation, 5. September 2012, abgerufen am 5. Oktober 2012 (englisch).
  11. ↑ Raspberrypi.org: Model B now ships with 512MB of RAM (15. Oktober 2012)
  12. ↑ Raspberrypi.org: Made in the UK! (6. September 2012)
  13. ↑ Raspberrypi.org: Camera board available for sale! (14. Mai 2013)
  14. ↑ RPi Hardware. Abgerufen am 3. Februar 2013.
  15. ↑ a b Power supply confirmed as 5V micro USB. Abgerufen am 20. November 2011.
  16. ↑ RISC OS on Raspberry Pi forum. Raspberry Pi. Abgerufen am 31. Januar 2012.
  17. ↑ Getting Plan 9 running on the Raspberry Pi. Abgerufen am 1. Dezember 2012: „Installing Plan 9 on the raspberry pi couldn't be much easier. Thanks to Richard Miller of 9fans, there's a ready-to-go image for the Raspberry Pi.“
  18. ↑ ARM: Jazelle
  19. ↑ Bill Courington and Gary Collins: Getting Started with Java® SE Embedded on the Raspberry Pi, August 2012
  20. ↑ Introducing turbo mode: up to 50% more performance for free. The Raspberry Pi Foundation, 19. September 2012, abgerufen am 15. Oktober 2012 (englisch).
  21. ↑ New video features! MPEG-2 and VC-1 decode, H.264 encode, CEC support. The Raspberry Pi Foundation, 24. August 2012, abgerufen am 15. Oktober 2012 (englisch).
  22. ↑ Hitachi HD44780 Display wird über GPIO Pins eines Raspberry Pi gesteuert
  23. ↑ a b Raspberry Pi-Wiki: Rpi Low-level peripherals
  24. ↑ Camera module – ModMyPi! ModMyPi, 25. Mai 2013, abgerufen am 25. Mai 2013 (englisch).
  25. ↑ Heise Open: Raspberry Pi: NOOBS erleichtert die Installation (6. 6. 2013)
  26. ↑ Dokumentation zu BerryBoot
  27. ↑ Holwerda, Thom: Raspberry Pi To Embrace RISC OS. In: OSNews. 31. Oktober 2011. Abgerufen am 1. November 2011: „At the RISC OS London show, Theo Markettos, postdoctoral researcher in the University of Cambridge Computer Laboratory talked about RISC OS on the Pi.“
  28. ↑ http://bendyworks.com/geekville/lab_projects/2012/11/getting-plan-9-running-on-the-raspberry-pi
  29. ↑ Artikel zu BSD auf der Seite vom Raspberry Pi
  30. ↑ http://www.raspberrypi.org/downloads
  31. ↑ http://www.heise.de/security/meldung/Security-Linux-Kali-tritt-Nachfolge-von-BackTrack-an-1821752.html
  32. ↑ Bodhi Linux
  33. ↑ XBMC auf dem Raspberry-Pi http://wiki.xbmc.org/?title=Raspberry_Pi#XBMC_for_Raspberry_Pi
  34. ↑ http://androidpi.wikia.com/wiki/Android_Pi_Wiki Android 4.0 für den Raspberry PI
  35. ↑ Ubuntu-Wiki: ARM-Processor. Ubuntu. Abgerufen am 21. November 2011.
  36. ↑ elinux.org: RaspberryPiBoardDistributions. elinux.org. Abgerufen am 21. November 2011.
  37. ↑ XBMC running on Raspberry Pi. Raspberry Pi Foundation. Abgerufen am 21. Januar 2012.
  38. ↑ Github-Seite des OMX-Players
  39. ↑ Webseite der Pi-Edition von Minecraft
  40. ↑ Webseite von piNGL
  41. ↑ Qt on Pi
  42. ↑ Interview mit der BBC auf YouTube
  43. ↑ http://derstandard.at/1304551285145/Raspberry-Pi-Spielentwickler-baut-den-17-Euro-PC
  44. ↑ http://www.spiegel.de/netzwelt/gadgets/0,1518,761154,00.html
  45. ↑ http://www.raspberrypi.org/archives/1162
  46. ↑ (Registernummer 1129409 http://opencharities.org/charities/1129409 Information auf Opencharities.org
  47. ↑ Raspberry Pi Foundation. Raspberry Pi Foundation. Abgerufen am 2. Juli 2011.
  48. ↑ 1129409 – Raspberry Pi Foundation. Charity Commission for England and Wales. 6. Juni 2011. Abgerufen am 20. November 2011: „The object of the charity is to further the advancement of education of adults and children, particularly in the field of computers, computer science and related subjects.“
  49. ↑ Steve Bush: In depth: Raspberry Pi, the computer on a stick. Electronics Weekly. 26. Mai 2011. Abgerufen am 11. Juli 2011.
  50. ↑ CFL Podcast: Eben Upton (Raspberry Pi Foundation). Consortium of Foundation Libraries. Abgerufen am 6. Juni 2011.
  51. ↑ Humphries, Matthew: Raspberry Pi selects a very clever logo. geek.com. Abgerufen am 11. Oktober 2011: „[…] Raspberry Pi needed a logo, and decided to turn to the community to come up with ideas. […] 6 designs made the shortlist, and it took several days for the judges to finally decide on the winner. […] It was created by Paul Beech […] the raspberry is a 3D buckyball […]“
  52. ↑ http://cubieboard.org Cubieboard Open Arm Box
Von „http://de.wikipedia.org/w/index.php?title=Raspberry_Pi&oldid=119657559“