Raspberry Pi - Was ist er und was kann er

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Raspberry Pi - Was ist er und was kann er

Janina Nöll, Ben Raus, Christopher Kaster
Gruppe 21
Fachhochschule Trier
Fachbereich Informatik
Scheidershof, 54293 Trier
E-mail: noellj@fh-trier.de, rausb@fh-trier.de, kasterc@fh-trier.de
Fachartikel zu: Wissenschaftliches Arbeiten, SS13
Betreuung: Prof. Dr. P. Gemmar

Kurzfassung

Der Raspberry Pi ist ein chipkartengroßes Mainboard, welches grundlegende Hardwareele-
mente für einen vollwertigen Computer vereint. Das Gerät bietet unter anderem verschiedene An-
schlussoptionen für Steuerung, Audio, Video und Speicher. Durch die GPIO-Schnittstelle besitzt das
Gerät zudem eine Plattform um Experimente und Projekte zu realisieren die Software und Hard-
ware miteinander verbinden. Als Betriebssystem eignen sich unter anderem verschiedene Linux-
Distributionen und RISC OS. Entwickelt wurde die Plattform, um der heranwachsenden Genera-
tion einen PC zu bieten, der ohne hohen Kostenaufwand einen einfachen Einstieg in das Program-
mieren und Entwickeln ermöglichen soll. Doch auch älteren Generationen bietet das Gerät einen
vielfältigen Verwendungszweck.

1. Einleitung

Im Jahr 2000 bemerkten Eben Upton und seine Kollegen an der Universität von Cambridge,
dass die IT-Studienanfänger zwar Erfahrung im Umgang mit Computern haben, aber nicht wis-
sen, wie die Technik und Entwicklung dahinter aussieht. Um dem entgegenzuwirken, gründeten sie
die Raspberry Pi Stiftung. Ziel dieser Stiftung war es, einen programmierbaren Rechner auf den
Markt zu bringen, der kostengünstig und zugleich vielseitig einsetzbar sein sollte. Mit Hilfe des
Unternehmens Broadcom, Hersteller von immer leistungsfähiger werdenden SoCs ( System on a
”
Chip“) für Smartphones, wurde es möglich, den ersten Raspberry Pi zu bauen und 2012 auf den
Markt zu bringen.

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2. Gliederung

• Kurzfassung

• Einleitung

• System

• Anwendung

• Resonanz in der Öffentlichkeit

• Kritikpunkte

• Konklusion

• Literatur

3. System

Das System bietet hardware- und softwareseitig verschiedene Anschlussoptionen und Personal-
isierungsmöglichkeiten.

3..1 Hardware

Den Raspberry Pi gibt es in 2 Varianten, Modell A ($25) und Modell B ($35). Das teurere Mod-
ell unterscheidet sich darin, dass es 512MB Arbeitsspeicher anstatt 256MB, zwei anstatt nur einen
USB-Port 2.0 und zusätzlich einen 10/100Mbit-Ethernet-Anschluss bietet.
Was gleich bleibt, sind das SoC (BCM 2835) von Broadcom, das CPU und GPU vereint. Der Ar-
beitsspeicher ist auf den SoC per Package-On-Package Verfahren aufgelötet. Die CPU stammt von
ARM und läuft mit 700Mhz, sie ist jedoch ohne Garantieverlust bis auf 1000Mhz übertaktbar.
Bei beiden Modellen finden sich aus modernen Desktop-Rechnern und Notebooks bekannte An-
schlüsse wie einen HDMI-Anschluss für digitales Bild in Full-HD und Ton, ein analoger RCA-
Video-Ausgang, ein analoger Stereo-Audio-Ausgang und ein SD-Karten-Slot. Zudem besitzt das
Gerät mehrere GPIO-Pins (General Purpose Input/Output), die als frei programmierbare Schnittstelle
oder für Erweiterungsboards wie z.B. das Gertboard oder das PiFace benutzt werden können.
Zu guter Letzt besitzt der Raspberry Pi ein serielles Kamera-Interface (CSI) für ein kürzlich verfügbar
gewordenes Kameramodul und ein serielles Display-Interface (DSI), welches später in Verbindung
mit einem Display-Modul benutzt werden kann.
Ähnlich wie bei einem Desktop-Rechner werden ein Netzteil mit Micro-USB-Anschluss, eine Tas-
tatur, einen Bildschirm und optional eine Maus benötigt. Um weitere USB- Anschlussmöglichkeiten
zu erhalten, kann man einen USB-Hub verwenden. Allerdings haben USB-Geräte wie externe Fest-
platten und Wifi-Dongles einen hohen Strombedarf und somit ist es ratsam, einen aktiven USB-Hub
zu verwenden, um einen Absturz des Gerätes zu vermeiden.

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Abbildung 1: Der Raspberry Pi: Übersicht Anschlüsse

3..2 Software

Für den Raspberry PI bietet der Hersteller diverse Betriebssysteme auf seiner Webseite an wie
z.B. Raspbian, RISC OS oder ArchLinux ARM, die sofort per SD-Karte gemountet werden können.
Da Python eine auf Linux-Distributionen gängige Programmiersprache ist, wird sie mit den Betrieb-
ssystemen mitgeliefert.
Um auch Programmieranfängern eine leichte Einführung zu bieten, ist auch Scratch, eine visuelle
Programmiersprache auf Raspbian, bereits vorinstalliert.
Des Weiteren gibt es die Möglichkeit, den Raspberry Pi softwaremäßig z.B. mit Raspbmc so aufzuset-
zen, dass er als HTPC ( Home Theater Personal Computer“) fungiert.
”
4.. Anwendung

Durch digitale und analoge Anschlüsse sowie das weit verbreitete USB lässt sich der Mini-
Computer weitgehend den eigenen Bedürfnissen anpassen. Es ist u.a. möglich, WLAN-Module
und Webcams nachzurüsten sowie Bredborads mit eigenen Schaltkreisen an die GPIO-Schnittstelle
anzuschließen.
Ähnlich der Arduino-Plattform, das ist ein programmierbarer Mikrocontroller mit digitalen und
analogen ein und ausgängen, kann man den Raspberry Pi durch GPIO benutzen um elektronische
Komponenten anzusteuern. Im gegensatz zu Arduino hat der Raspberry den Vorteil, dass man die
GPIO-Schnittstelle direkt live in der Konsole, mit Hilfe von Scripts und Programmen ansteuern
kann.
Im Bildungsbereich findet der Raspberry Pi Anwendung mit Hilfe der vorinstallierten Program-
miersprachen Scratch und Python, um den Schülern einen erleichterten und einheitlichen Einstieg
in die Softwareentwicklung zu gewährleisten. So gibt es in England und auch in Deutschland bereits

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Schulungen für Lehrer und Schüler bezüglich der Einrichtung und Programmierung des Raspberry
Pi. Dadurch haben die Schüler unter anderem auch die Möglichkeit, ihre eigenen Ideen umzusetzen.
Daneben gibt es auch Ansätze, den Raspberry als Unterrichtsmedium zu benutzen, um Schülern die
Funktionsweise von Computern näher zu bringen und um sie dazu zu motivieren, sich weiter in die
Materie einzuarbeiten.
Ein Beispiel für ein zukünftiges Schüler- und Studentenprojekt ist der π-Törn, der darauf abzielt,
autonome Modellsegelboote in Teams aufzubauen und in einer Segelregatta gegeneinander antreten
zu lassen. Das Ganze wird durch Sponsoren finanziert und wird in Trier stattfinden.
Neben dem Bildungsbereich sind auch private Nutzer vom Potenzial des Raspberry Pi angetan. Von
Heimautomatisierungsystemen für die Steuerung ihres Garagentors bis hin zu einer automatisierten
Anlage zur regelmäßigen Fütterung des Haustieres wurde bereist viel entwickelt. So wird der Pi
auch eingesetzt als NAS-Server ( netzgebundener Speicher ), Print-Server oder sogar als Retro-
spielekonsole.
In der Industrie findet der Mini-Computer unter anderem Verwendung für Werbezwecke. So gibt
es z.B. das Unternehmen Screenly, das den Raspberry Pi wegen seiner analogen und digitalen
Ausgänge für Anzeigegeräte als Client für Anzeigetafeln benutzt. Andere Anwendungszwecke für
den Raspberry sind z.B. die Benutzung als Temperaturkontrolle während des Brauvorgangs von
Bier oder als günstigere GSM Basisstationen.

5. Resonanz in der Öffentlichkeit

Schon zu Beginn erregte der Raspberry Pi Aufmerksamkeit, da am Anfang des Vorverkaufs teil-
weise die Webseiten der offiziellen Händler überlastet waren.
Doch auch ein Jahr nach der Einführung erfreut sich das Gerät fortlaufendem Interesse. So gibt
es mittlerweile eine ganze Reihe Raspberry Pi Jams, wo Leute sich treffen und bezüglich ihrer Er-
fahrungen, Ideen und Projekte austauschen. Der letzte deutsche Raspberry Pi Jam fand in Trier statt;
diese werden zukünftig abwechselnd von der Universität Trier, der Hochschule Trier und mit hoher
Wahrscheinlichkeit der Universität Luxemburg organisiert.

6. Kritikpunkte

Obwohl der Raspberry Pi als Entwicklungsplattform und Bildungscomputer angepriesen wird,
gibt es einige Kritikpunkte bezüglich des Gerätes. Unter anderem wird kritisiert, dass die Dokumen-
tation des ARM-Prozessors nicht öffentlich und nur bestimmten Lizenznehmern unter Einhaltung
eines Geheimhaltungsvertrags zugänglich ist. Auch für den restlichem Teil des SoC, welcher von
Broadcom stammt, gibt es keine komplett öffentlich zugängliche Dokumentation. Hinzu kommt
noch, dass die Treiber für die GPU im SoC proprietäre Treiber sind und somit nicht die Möglichkeit
besteht, die Treiber an die eigenen Bedürfnisse anzupassen.

Ein letzter Kritikpunkt bezüglich des Raspberry Pi betrifft die Anschaffungskosten. Denn auch wenn
das Gerät alleine zwischen 25 e und 35 e kostet, so muss man bedenken, dass man für den Preis
einzig und allein die Platine bekommt. Gehäuse zum Schutz, Netzteil, Bildschirm, Eingabegeräte
und Verbindungskabel muss man, wenn nicht schon vorhanden, noch hinzukaufen, was den Preis
dann zusätzlich entsprechend in die Höhe treibt.

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7.   Konklusion

    Der Raspberry Pi bietet sehr breit gefächerte Anwendungsgebiete. Sei es im Bereich der Bildung,
für private Projekte oder auch in Unternehmen, da viele gängige Anschlussmöglichkeiten in einem
Gerät geliefert werden.
Wegen seiner kostengünstigen Anschaffung und gleichzeitig universellen Anschlussmöglichkeiten
finden sich immer mehr Anwendungsmöglichkeiten. Außerdem erscheinen immer mehr Erweiterungs-
boards für Sensoren und Ansteuerungen, was die Entwicklung und Ausarbeitung neuer Ideen fördert.
Im Falle einer Beschädigung oder Zerstörung des Raspberry Pi bleibt der Verlust wegen der gerin-
gen Anschaffungskosten für das Gerät relativ bescheiden. Durch die unerwartet große Nachfrage ist
der Raspberry Pi eine Plattform mit einer sehr stark anwachsenden Community. Aus unserer Sicht
ist der Raspberry Pi eine sinnvolle Entwicklung.

Literatur

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[13] http://brewpi.com/, (letzter Zugriff Juni 28, 2013)
[14] http://de.wikipedia.org/wiki/Package-on-Package, (letzter Zugriff Juni 28,
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[15] http://tinyurl.com/python-rpi-lehrsprache, (letzter Zugriff Juni 28, 2013)
[16] http://whitequark.org/blog/2012/09/25/why-raspberry-pi-is-unsuitable-for-edu
(letzter Zugriff Juni 28, 2013)

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