Einplatinencomputer

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Überblick

Während ein konventioneller PC aus vielen Einzelteilen wie Mainboard, CPU, RAM, Grafikkarte, Festplatte/SSD besteht, so hat ein Einplatinencomputer alles sehr kompakt auf nur einer (wie der Name schon verrät) Platine untergebracht.

Das Geniale: Das ganze Teil ist nicht viel größer, als eine EC-Karte.

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Das Foto zeigt einen Raspberry Pi in der zweiten Generation.

Der Raspberry Pi ist der wohl bekannteste Einplatinencomputer der Welt – kaum jemand, der sich etwas mit IT beschäftigt, hat nicht von ihm gehört. Der entscheidende Vorteil des Raspberry liegt eindeutig an seiner riesigen Community. Zahllose Menschen auf der ganzen Welt sind begeistert, basteln und programmieren – das war auch das Ziel des Herstellers („Man wollte daher Jugendlichen einen günstigen Computer zum Experimentieren und Erlernen des Programmierens an die Hand geben“ Quelle).

Aktuell gibt es den Raspberry Pi in der dritten Generation und ist ab etwa 35 € (je nach Bezugsquelle und Zubehör) zu haben.

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Anschlüsse

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Ganz links befindet sich der Mikro-USB Anschluss, über den der Raspberry Pi mit Strom versorgt werden kann. Rechts daneben befindet sich der HDMI Anschluss, der die Übertragung von Bild und Ton ermöglicht. Der nächste rechte Anschluss ist der 3,5mm Klinkenanschluss, den man von Smartphones, Mp3 Playern usw. kennt. Auch darüber kann Ton ausgegeben werden.

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Diese Anschlüsse dürften soweit bekannt sein. Links ein Ethernet Port, rechts 4x USB.

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GPIO

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Die lustigen Drahtstifte nennen sich „GPIO“, das steht für general purpose input/output – was auf deutsch soviel heißt wie Allzweckeingabe/Ausgabe.

Die Gesamtheit der GPIOs nennt sich „GPIO Header“, im Fall des Raspberry Pi hat der GPIO Header 40 Kontakte.

An einigen davon liegt z.B. 3,3 oder 5V Spannung an, andere sind Massekontakte (Ground / Gnd), an Zweien liegt z.B. eine Serielle Schnittstelle (Rx/Tx), an anderen liegen weitere verschiedene Bus-Typen (SPI, I2C) an. Alle verbliebenen können frei als Ein- oder Ausgang genutzt werden.

Ein Ausgang kann an einem GPIO zwei Zustände haben

  • Output-Low: Am GPIO liegen 0V an
  • Output-High: Am GPIO liegen 3,3V an

Da so ein GPIO als Stromquelle eher ungeeignet ist, sollte man Ihn auch nicht als so eine nutzen – falls man mit dem GPIO etwas schalten möchte, dann entweder einen wirklich kleinen Verbraucher wie eine LED (mit Widerstand) – am besten aber indirekt über ein Relais oder Transistor.

Als Eingang ist ein GPIO in der Lage Spannung bis 3,3V zu verarbeiten.

Dieser GPIO Header macht den Raspberry Pi  dann z.B. zum Auswerten von Sensoren, Steuern von Relais usw. interessant.

Mittlerweile gibt es eine riesige Auswahl an maßgeschneiderten Erweiterungsboards oder vorgefertigen Sensoren und weiteren Bausteinen, die sich mehr oder weniger Plug&Play am Raspberry Pi nutzen lassen.

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Hier noch eine Draufsicht. Der große Chip in der Mitte ist die CPU vom Typ ARM-Cortex mit (in dem Fall) 4 Kernen. Links an der Seite ist mittig noch ein Port zum Anschluss eines Display, welches extra für den Raspberry Pi entwickelt wurde, zwischen dem HDMI Port und dem 3,5mm Klinkenanschluss ist ein Anschluss für eine eigens entwickelte Kamera. Beide (Display und Kamera) können mittels Flachbandkabel an den Raspberry Pi angeschlossen werden.

Natürlich hat der Erfolg des Raspberry Pi die Konkurrenz auf sich aufmerksam gemacht, daher ist es kaum verwunderlich, dass der Pi mittlerweile nur noch einer von vielen Einplatinencomputern auf dem Markt ist.

Insbesondere die Hardware des Raspberry Pi lässt an einigen Stellen zu wünschen übrig, weshalb die meisten Konkurrenten auf wesentlich potentere Hardware zurückgreifen -allerdings ist seine große Community nach wie vor ein absolutes Alleinstellungsmerkmal und daher auch meist ein entscheidendes Kaufkriterium.

Je nach Projekt lohnt sich aber dennoch immer ein Blick auf die Konkurrenz!

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Betriebssysteme

Zu den Grundlagen im Umgang mit Einplatinencomputern wie dem Raspberry Pi, Banana Pi, Cubieboard, Tinkerboard und wie sie alle heißen gehört das passende Betriebssystem (auch Image genannt).

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Welches Betriebssystem ist das richtige für mich?

Die Auswahl an Betriebssystemen/Images ist mittlerweile Modell-übergreifend sehr groß und unübersichtlich.

Zuerst sollte man sich klar machen was man genau will, daher steht erstmal das Projekt (und auch die im Projekt verwendete Hardware) im Vordergrund. Hat man sich für ein Projekt entschieden, kann man sich auf die Suche nach dem passenden Image machen.

Die meisten Betriebssysteme für Einplatinencomputer basieren auf Debian-Linux, hier hat man meist die Auswahl für eine auf das Board angepasste Version (dieser Faktor muss stets berücksichtigt werden). Neben vielen Linux-Versionen (die zu einem hohen Prozentsatz auf Debian-Linux basieren), gibt es auch noch Android oder Windows 10 IoT.

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Desktop, oder kein Desktop?!

Ein Desktop wird immer dann benötigt, wenn eine Anwendung genutzt wird, die eine grafische Oberfläche erfordert. Bei Multitasking Aufgaben ist ein Desktop auch immer sehr praktisch.

Wer seinen Einplatinencomputer als x86-Ersatz, zum Experimentieren, Surfen im Web oder Textbearbeitung nutzt, für den ist ein Desktop natürlich unverzichtbar.

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Angepasste Images

Für Retrogaming, Mediaplayer oder Nas Systeme z.B. gibt es speziell angepasste Versionen von Betriebssystemen, die einem die meiste Konfigurationsarbeit direkt abnehmen. Hier wird dann in erster Linie auf unnötigen Schnickschnack verzichtet und der jeweilige Einsatzzweck in den Vordergrund gestellt. Generell kann man sich das entsprechende System auch selbst zurecht bauen – das erfordert aber immer auch viel Zeit, Geduld und Arbeit.

Retro Gaming

Mediacenter/Mediaplayer

Nas-Systeme

Welches Projekt auch immer geplant ist, zuerst sollte man schauen, ob es nicht ein angepasstes Image gibt.

An dieser Stelle auch einen herzlichen Dank an die Communitys, die sich so viel Arbeit machen und Mühe geben!!

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Server

Als Server interpretieren die meisten gigantische Metall-Türme, mit riesigen Kühlern und Milliarden blinkender LEDs und ebenso vielen Kabeln. Das mag in großen Rechenzentren auch durchaus zutreffen, allerdings heißt „Server“ nicht mehr als Diener – und je nach Verwendungszweck reicht auch die kleine Hardware eines Einplatinencomputers für den Serverbetrieb aus.

Server sind meist für einen bestimmten Zweck vorgesehen und dieser eine Zweck soll schnell und effizient bearbeitet werden, daher sollte bei der Wahl des Image darauf geachtet werden, dass nicht zuviel unnötiger Datenkram vorinstalliert ist. Auch auf einen Desktop kann verzichtet werden, da die meisten Anwendungen auf einem Server von extern verwaltet werden.

Das richtige Image für einen Server ist meist eine „Lite“ Version, oder auch „Headless“ genannt. Falls es kein Headless-Image für den jeweiligen Einplatinencomputer gibt, muss man das Image so konfigurieren, dass direkt in die Kommandozeile gebootet wird und der Desktop selbst sollte am besten Deinstalliert werden.

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Image auf SD-Karte schreiben

Hat man ein passendes Image für seine Zwecke gefunden und heruntergeladen, muss es noch auf das entsprechende Speichermedium geschrieben werden. Die meisten Einplatinencomputer nutzen dafür (Mikro) SD-Karten.

Zuerst wird das heruntergeladene Image (meist eine Zip-Datei) entpackt, übrigt bleibt ein Datenträgerimage.

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Die (Mikro) SD-Karte kann nun mittels Kartenleser oder Adapter an den PC angeschlossen und mit dem Dateisystem „FAT32“ formatiert werden.

Um das Image auf die Karte zu bekommen braucht man ein Programm wie z.B. Etcher Manche Communitys bieten zusammen mit Ihrem Image auch direkt ein entsprechendes Tool zum Schreiben auf die Karte an, diese Lösung ist dann natürlich vorzuziehen.

etcher

Etcher „brennt“ das Image auf die Karte. Dazu einfach die Imagedatei und das Laufwerk mit der Karte auswählen (geschieht in der Regel automatisch) und auf „Flash“ klicken.

Sobald Etcher signalisiert,  dass der Vorgang abgeschlossen ist, kann die Karte vom PC getrennt und in den Einplatinencomputer gesteckt werden.

Startet man nun den Einplatinencomputer fängt dieser an das entsprechende System zu booten.

Ab dann beginnt der eigentliche Spaß 😉

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