Raspberry Pi

Spezifikationen

Siehe auch: http://elinux.org/RPi_Hardware

Performance

CPU:

Die CPU-Rechenleistung des Raspberry Pi entspricht angeblich in etwa der eines Intel Pentium2 mit 300MHz [5].

Overclocking:

Der Raspberry Pi darf (ohne Garantieverlust) bis auf 1 GHz übertaktet werden. Allerdings sollte dann in jedem Einzelfall geprüft werden, ob der übertaktete Raspberry Pi noch stabil läuft. Darüber hinaus treten vermehrt Instabilitäten und Datenverluste im Zusammenhang mit übertakteten Raspberry Pis und Class 6-/Class 10-SD-Karten auf. [6]

Wir würden generell nicht empfehlen, den Raspberry Pi zu übertakten. Bei Verwendung von Class-6- oder Class-10-SD-Karten raten wir darüber hinaus dringend vom Übertakten ab.

GPU:

Die GPU-Leistung beträgt angeblich 1 GPixel/s / 1.5GTexel/s / 24 GFLOPs, was etwa dem Xbox-1-Niveau entspricht [5].

USB:

Der Raspberry Pi erreicht USB-Transferraten um die 30 MB/s [7].
Allerdings ist zu beachten, dass sich meist mehrere Geräte diese USB-Transferrate teilen, da z.B. auch Ethernet beim Raspberry Pi über USB angebunden ist.

Einige Benchmarks sind auf der Seite http://elinux.org/RaspberryPiPerformance zu finden.

root@raspberrypi:~# dd if=/dev/sda of=/dev/null bs=32M count=10 iflag=direct
10+0 records in
10+0 records out
335544320 bytes (336 MB) copied, 10.6428 s, 31.5 MB/s

Stromaufnahme

Spezifizierte Stromaufnahme:

• Modell A: 500mA
• Modell B: 700mA
• Modell B+: ca. 650mA

Gemessene Stromaufnahme des Raspberry Pi (Modell B, Rev. 1), ohne Netzteil-Verluste:

Linux

Auf dem Raspberry Pi läuft ein normales, vollwertiges Linux [8]. Linux-Images für den Raspberry Pi können von der Raspberry-Pi-Webseite heruntergeladen werden. Dabei existieren derzeit offizielle Images für Debian Linux, Raspbian, Arch Linux, Pidora; darüber hinaus gibt es viele Linux-Distributionen mit Rasbperry Pi-Unterstützung und ein Installationsprogramm namens NOOBS.

1. Linux-Image oder NOOBS herunterladen:

   • http://www.raspberrypi.org/downloads
   • http://elinux.org/RPi_Distributions

2. Linux-Image auf SD-Karte transferieren:

   Nach dem Download muss das Image -- wie auf der Download-Seite oder im Raspberry Pi Wiki für Anfänger bzw. Fortgeschrittene beschrieben -- auf eine SD-Karte transferiert werden. Benutzt man dazu Linux und dd, so sollte der Parameter oflag=direct verwendet werden, da ohne diesen Parameter das Kopieren deutlich länger dauert, z.B.:

   dd if=2013-09-25-wheezy-raspbian.img of=/dev/sd... bs=1M oflag=direct
   

3. SD-Karte in Raspberry Pi stecken und Raspberry Pi ans Stromnetz anschließen.

   Beim 1. Booten muss dazu üblicherweise ein HDMI-Monitor und eine USB-Tastatur angesteckt sein, um den Raspberry Pi zu konfigurieren. Soll der Raspberry Pi jedoch ohne Monitor/Tastatur gebootet und konfiguriert werden, so kann -- wie weiter unten beschrieben -- eine serielle Konsole verwendet werden.

4. Raspberry Pi konfigurieren, z.B. per sudo raspi-config (Falls ein Monitor angeschlossen ist, wird der raspi-config-Konfigurationsdialog direkt beim 1. Booten angezeigt.)

Die Boot-Dauer des Raspberry Pi ist dabei stark vom gewählten Betriebssystem und dessen Konfiguration abhängig. Insbesondere die Verwendung von systemd -- die z.B. bei Arch Linux standardmäßig aktiviert ist -- kann die Boot-Dauer erheblich reduzieren (z.B. 13s statt 24s).

SD-Karten

Kompatibilität:

Laut http://elinux.org/RPi_SD_cards sind nicht alle SD-Karten mit dem Raspberry Pi kompatibel; insbesondere einige "Class 10"-Karten sind wohl etwas problematisch.

Kapazität:

Die Kapazität von SD-Karten wird üblicherweise in GB = 10⁹Byte = 1 Mio. Bytes angegeben. Dies unterscheidet sich von dem im Computerbereich häufig verwendeten GiB = 2³⁰Byte.

Eine SD-Karten-Kapazität von 8 GB entspricht daher ca. 8000000000 Byte bzw. 7,45 GiB:

Kartengröße	Byte	GiB
4 GB	ca. 4 000 000 000	~ 3.72 GiB
8 GB	ca. 8 000 000 000	~ 7.45 GiB
16 GB	ca. 16 000 000 000	~ 14.9 GiB
32 GB	ca. 32 000 000 000	~ 29.8 GiB

Geschwindigkeit:

Die Geschwindigkeit der SD-Karte hat einen gewissen Einfluss auf die Raspberry Pi-Performance.

Bei SD-Karten sind üblicherweise zwei Geschwindigkeitswerte angegeben:

• Class-Angabe: Die "Class"-Angabe gibt die minimale Lese- und Schreibgeschwindigkeit einer (leeren) SD-Karte in MB/s (10⁶Byte/s) an:
  • "Class 2": 2 MB/s
  • "Class 4": 4 MB/s
  • "Class 6": 6 MB/s
  • "Class 10": 10 MB/s
  • "Class U1" / "UHS Class 1": 10 MB/s
  • "Class U3" / "UHS Class 3": 30 MB/s
• MB/s-Angabe: Die häufig zusätzlich angegebene Geschwindigkeit in "MB/s" liegt meist deutlich oberhalb der Class-Angabe, entspricht üblicherweise der maximal erreichbaren Lesegeschwindigkeit.

Neben der reinen Datenübertragungsrate sind die Zugriffszeit und die Geschwindigkeit beim Schreiben kleiner Datenblöcke relevant. Leider geben die Hersteller hierzu keine Informationen bekannt, so dass diese nur durch Tests der jeweiligen Karten ermittelt werden können.

Die Lese-Geschwindigkeit ist bei vielen SD-Karten relativ ähnlich; die Haupt-Geschwindigkeitsunterschiede ergeben sich beim Schreiben, insbesondere beim Schreiben vieler kleiner Dateien. Schnelle Karten erreichen selbst beim Schreiben von kleinen Dateien noch mindestens 1MB/s, mittelschnelle einige 100kB/s, langsame unter 100kB/s.

Die Ergebnisse eigener Tests sind in der unten stehenden Tabelle angegeben. Informationen zu weiteren SD-Karten können im Raspberry Pi Wiki unter http://elinux.org/RPi_SD_cards gefunden werden.

Testtabelle:

SD-Karten:

microSD-Karten:

Testbedingungen:

• lesen/schreiben RPi: gemessen unter Raspbian mit dd if=/dev/... of=/dev/null bs=32M count=10 iflag=direct bzw. dd of=/dev/... if=/dev/zero bs=32M count=10 oflag=direct.

• CrystalDiskMark: Windows-PC, Kartenleser Transcend RDF5 an USB 2.0, 5*1000MB, seq. read/write und random read/write

• Bootdauer: Zeit bis zum Login-Prompt auf der Konsole,

  Raspbian: Standard-Raspbian mit SysVInit,

  Arch: Standard-Arch Linux mit systemd

• Wie bei allen Benchmarks unterliegen auch diese Werte gewissen (Mess-)Schwankungen.

Größe/Überstand:

Da sich der SD-Karten-Halter des Raspberry Pi am Rand der Platine befindet, steht eine eingesteckte SD-Karte ca. 17.5mm über die Platine hinaus. Ist dies nicht gewünscht, so kann eine microSD-Karte mit einem speziellen Adapter verwendet werden:

• pIO: http://www.quilix.com/pio
• Adafruit microSD-Adapter: http://www.adafruit.com/products/966
  Bei diesem Adapter steht die microSD-Karte allerdings deutlich über die Raspberry Pi Platine hinaus; dafür kann hier die microSD-Karte gewechselt werden, ohne den Adapter zu entfernen.
• Vergleich zwischen pIO und Adafruit: http://www.recantha.co.uk/blog/?p=2922
• Eigenbau: http://code.google.com/p/raspberry-pi-rs-micro-sd-adapter/
• weitere: http://www.diygadget.com/low-profile-microsd-to-sd-card-adapter-for-raspberry-pi.html,
  http://afterthoughtsoftware.com/products/rassd

Alternativ besteht bei einigen SD-Karten die Möglichkeit, diese zu "kürzen": Die Gehäuse einiger SD-Karten sind nur etwa bis zur Hälfte mit Elektronik gefüllt, die andere Hälfte ist leer. Bei diesen SD-Karten könnte die leere Hälfte abgeschnitten (und das Gehäuse wieder versiegelt) werden. Hierzu eignen sich insbesondere SD-Karten von SanDisk, da diese oft ein halbdurchsichtiges Gehäuse besitzen, und man dadurch die unbenutzten Teile des Gehäuses erkennen kann (siehe Foto). Neuere SD-Karten von SanDisk besitzen jedoch leider stattdessen häufig ein schwarzes, nichtdurchsichtiges Gehäuse.

halbleere SanDisk SDSDX-016G von hinten (zum Vergrößern anklicken)

serielle Konsole / serieller Login (über USB)

Die für den Raspberry Pi angebotenen SD-Karten-Linux-Images sind darauf ausgelegt, dass man den Raspberry Pi zunächst mit einem angeschlossenen HDMI-Display und einer angeschlossenen USB-Tastatur startet, und den Raspberry Pi darüber konfiguriert. Nach der Konfiguration kann der Raspberry Pi dann auch ohne Display/Tastatur betrieben werden, und z.B. über das Netzwerk administriert werden.

Will man jedoch beim 1. Start an den Raspberry Pi kein HDMI-Display und keine Tastatur anschließen, so muss man:

• entweder das Linux-Image derart abändern, dass dies nicht notwendig ist, z.B. indem man eine Netzwerkkonfiguration integriert. Dies ist allerdings nur mit guten Linux-Kenntnissen zu bewerkstelligen.

• oder die serielle Konsole von Linux verwenden, und den Raspberry Pi von einem anderen Computer aus bedienen. Dazu benötigt man allerdings ein paar Adapter.

  Eine serielle Konsole ist im Übrigen nicht nur bei der Installation nützlich, sondern oft auch bei der Administration hilfreich, falls der Raspberry Pi (zeitweise oder dauerhaft) nicht über das Netzwerk erreichbar ist.

RS232-TTL-Umsetzer (links), USB-RS232-TTL-Umsetzer (mitte), 2 USB-Seriell-Adapter + Null-Modem (rechts)

Für die 2. Lösung benötigt man normalerweise einige Drähte und einen RS232-TTL-Umsetzer (oder einen USB-RS232-TTL-Umsetzer), um die serielle Schnittstelle auf dem GPIO-Steckverbinder des Raspberry Pi mit der seriellen Schnittstelle eines anderen Computers zu verbinden. [9] Verbindet man sich damit mit dem Raspberry Pi, so bekommt man (a) sämtliche Bootmeldungen des Kernels zu sehen und kann sich (b) über die serielle Leitung einloggen.

Alternativ dazu kann man auch 2 USB-Seriell-Umsetzer und einen sogenannten "Nullmodem"-Stecker verwenden. Das Linux-Image muss dann geringfügig angepasst werden. Allerdings bekommt man in diesem Fall die Bootmeldungen des Kernels nicht zu sehen, sondern kann sich "nur" einloggen, was aber oft ausreicht. Der Vorteil dieser Lösung ist, dass dies insgesamt einfacher sein dürfte: Sie kommt ohne "Bastelarbeit" aus, benötigt keinen Zugang zu den GPIO-Pins und keine konfigurierten UART-Pins (P1-8 / P1-10), funktioniert auch bei Raspberry Pis, die in ein Gehäuse eingebaut sind, und verwendet gängigere Adapter.

Serielle Konsole über USB

Anleitung für einen seriellen Login über USB:

1. Linux-Image anpassen:

• SD-Karte mit Raspberry-Pi-Linux-Image an PC anschließen (z.B. mittels Kartenleser)

• Folgende Zeile zum Ende der Datei /etc/inittab auf der SD-Karte hinzufügen:

  # for Debian Linux:
  T1:23:respawn:/sbin/getty -L ttyUSB0 115200 linux
  
  # for Arch Linux:
  # S1:12345:respawn:/sbin/agetty ttyUSB0 115200 linux
  

• SD-Karte entfernen und in Raspberry Pi stecken

2. USB-Seriell-Adapter anschließen:

   2 USB-Seriell-Adapter mittels Nullmodem verbinden und die beiden Enden (USB-A-Stecker) am Raspberry Pi und am PC einstecken.

   Besitzt der PC noch eine serielle Schnittstelle, so kann dort direkt der Nullmodem-Stecker angesteckt und auf den 2. USB-Seriell-Adapter verzichtet werden. In diesem Fall muss unter 3. /dev/ttyUSB0 durch /dev/ttyS0 ersetzt werden.

   Manche USB-Seriell-Adapter werden vom Raspberry Pi derzeit noch nicht erkannt. In diesem Fall sollte ein anderer Adapter (mit einem anderen Chipsatz) verwendet werden.

3. Serielle Konsole verbinden:

Hierbei gibt es unter Linux mehrere Programme:

Programm	Aufruf	Beenden
screen	screen /dev/ttyUSB0 115200	Ctrl-A
minicom	minicom -b 115200 -o -c on -D /dev/ttyUSB0	Ctrl A Z q
picocom	picocom -b 115200 -i -r /dev/ttyUSB0	Ctrl-A Ctrl-X
putty	putty -serial -sercfg 115200 /dev/ttyUSB0	Fenster schließen
gtkterm	gtkterm, Configuration -> Port	Fenster schließen

Informationen zu weiteren Programmen und zur Nutzung unter Windows finden sich auf http://elinux.org/RPi_Serial_Connection.

Zu beachten ist, dass:

• minicom Probleme mit der Farbdarstellung bei raspi-config hat
• putty und gtkterm unter X laufen, und grafisch konfiguriert werden können (Schnittstelle /dev/ttyUSB0, Baudrate 115200)
• Falls mehrere USB-Seriell-Adapter am PC betrieben werden, oder falls ein USB-Seriell-Adapter mehrfach ein- und ausgesteckt wurde, muss evtl. /dev/ttyUSB0 durch /dev/ttyUSB1, /dev/ttyUSB2 o.ä. ersetzt werden.
• Der Nutzer auf dem PC unter Linux üblicherweise der Gruppe "dialout" angehören muss, um auf die serielle Schnittstelle/den USB-Seriell-Adapter zugreifen zu dürfen. Dies kann durch adduser USERNAME dialout als root und newgrp dialout als Anwender bewerkstelligt werden.

5. Raspberry Pi booten. Sobald der Raspberry Pi gebootet hat, erscheint (evtl. nach der Eingabe von <Enter>) eine Login-Aufforderung im screen/minicom/picocom/putty/gtkterm-Fenster auf dem PC. Nach dem Login kann der Raspberry Pi z.B. per sudo raspi-config grundlegend konfiguriert werden.

Bugs/Fehler

• I2C "clock-stretching" Fehler: I2C-Sensoren und andere I2C-Geräte, die "clock-stretching" verwenden, können aufgrund eines Fehlers im Raspberry Pi nicht zuverlässig direkt am Raspberry Pi betrieben werden.

Erweiterungen

Aufgrund der vielfältigen Anwendungsmöglichkeiten und der weiten Verbreitung des Raspberry Pi gibt es mittlerweile ganze Menge Erweiterungen. Eine Übersicht ist im Raspberry Pi Wiki zu finden: http://elinux.org/RPi_Expansion_Boards

Wir bieten ebenfalls einige Erweiterungen an, z.B. das AdvaBoard RPi1 (inkl. Echtzeituhr, 5V-toleranten Eingängen, Analog-Eingängen, einem optionalen TFT-Display, separaten Steckverbindern für verschiedene Schnittstellen, Power-Management usw.).

TFT-Display

Eine der interessanten Erweiterungen für den Raspberry Pi ist der Anschluss eines TFT-Displays. Dafür gibt es mehrere Möglichkeiten:

• Anschluss per GPIO (bis 7.0")
• Anschluss per HDMI (ab 7.0")
• Anschluss per Composite (Cinch-Stecker)
• Anschluss per USB (leider nur theoretisch, da alle uns bekannten USB-Displays nur unter Windows funktionieren)
• Anschluss per DSI (leider nur theoretisch, da es leider keine Dokumentation zum DSI-Port des Raspberry Pi gibt bzw. geben wird)

Siehe auch: http://elinux.org/RPi_Screens

PoE (Power over Ethernet)

Der Raspberry Pi kann auch per PoE (Power over Ethernet) mit Strom versorgt werden. Dazu ist ein PoE-Splitter mit einer Ausgangsspannung von 5V sowie ein Adapter vom Stromanschluss des PoE-Splitters auf Micro-USB notwendig.

PoE-Stromanschluss-Adapter: Eigenbau (links), gekaufe Adapter (rechts)

Häufig besitzen PoE-Splitter als Stromausgang eine Hohlstecker-Buchse 5.5/2.1mm. Im obigen Bild sind (a) dazu passender, selbst gebauter Adapter für den Raspberry Pi sowie (b) eine Kombination aus zwei am Markt erhältlichen Adaptern [10] zu sehen. Bevor der Stromadapter eingesteckt wird, sollte auf jeden Fall überprüft werden, ob der PoE-Splitter auf eine Ausgangsspannung von 5V eingestellt ist!

PoE + Raspberry Pi

Zu beachten ist allerdings, dass über PoE insgesamt maximal 12.95 W zur Verfügung stehen (bei PoE+: max. 21.9 W). Bei dem spezifizierten maximalen Stromverbrauch des Raspberry Pi (5V, 700mA) dürfen also maximal 3 Raspberry Pis gleichzeitig über das selbe PoE-Netz versorgt werden.

Bezugsquellen

Einzelne Raspberry Pis zu unseren Produkten bekommen Sie direkt bei uns. Größere Mengen bekommen Sie jedoch etwas günstiger in den Online-Shops einiger Händler, z.B. bei:

• Reichelt
• Farnell (nur für Geschäftskunden)
• HBE-Shop (Farnell-Fachhändler für Privatkunden)
• RS Components
• Pollin

Weitere Händler sind unter http://elinux.org/Buying_RPi zu finden.

Links

• Raspberry Pi-Hauptseite / Blog
• Raspberry Pi FAQs
• Raspberry Pi Wiki
• Raspberry Pi Forum
• Raspberry-Pi-Seite von Farnell
• Raspberry-Pi-Seite von element14
• Raspberry-Pi-Seite von RS