Raspberry Pi – die Anfänge

Mittlerweile kein einzelstehendes Projekt mehr, finden sich nun mehrere Pis bei uns im Einsatz. Zu ganz verschiedenen Zwecken und mehr oder weniger 24/7 in Betrieb. Deshalb zuerst auch zum Raspberry Pi 2, welcher in 2015 erworben wurde und später zur Historie…

Seit einigen Jahren betreiben wir einen Hausserver, mit CUL-Stick für fhem und ganz vielen anderen Skripten, welche die nahe und ferne Peripherie bedienen. Zuerst ein Pi Modell B, wurde dieser dann durch einen Banana Pi ersetzt, wegen dem SATA-Anschluss für den gemeinsamen Plattenspeicher. Anmerkung 2016: Und in 2016 ist er wieder ein Raspberry Pi 3.

Nach unseren ersten Gehversuchen mit dem Pi in der Single-Core-Version und ein paar schönen Projekten damit (Plotter, Digitalradio), konnten wir uns also einem Pi2 auch nicht entziehen und als „alte“ Raspi-Fans wurde ein solches Gerät erworben. Der Pi2 ist nun Basis für unser neues DAB+Radio und ein zweiter sitzt außerdem auf dem Breadboard, denn es soll ja mit der aktuellen Plattform weiter geforscht werden. Ein vollwertiger Mate-Desktop und die letzte IoT-Preview von Windows 10 wurden auf diese Weise schon erprobt…

Glaube, über die gesteigerte Leistungsfähigkeit aufgrund neuem Broadcom-Chip muss man sich nicht noch länger unterhalten. Die ist da und in Konkurrenz zu vergleichbaren und „nachempfundenen“ Produkten ist es tatsächlich ein „Game-Change“ für die Leute der Foundation, denn man bringt nun eine zeitgemäße Hardware und begegnet damit diversen Kritiken aus der jüngeren Vergangenheit.

Zuerst also eine Micro-SD holen und ein Imgae downloaden. Meine Wahl fiel wieder auf Raspbian. Das neue Ubuntu-Snappy wurde zwar ausprobiert, aber durch den ganz anders gearteten Cloud-Ansatz und diversen Problemen beim Raspi erscheint Ubuntu-Core weniger als Alternative, eher als Experimentier-Feld. Also sollte es die Standard-Distribution Raspian Wheezy sein, welche erprobt und ziemlich genial ist. Über das Config-Tool haben wir aber diesmal die Desktop-Variante gewählt.

Und das ist dann auch ein Vorzug der besseren Performance, denn man kann sich nun einen Desktop leisten und dem Teil trotzdem Serveraufgaben geben oder etwa die Ports für Automatisierungsaufgaben schalten. Noch hat der neue Pi keine Aufgabe, deshalb interessierte uns vorallem, was der Desktop zu bieten hat, denn unsere bisherigen Implementierungen laufen ohne.

Nach kurzer Zeit ist das System betriebsbereit und witzigerweise an einem HDMI-Port am Fernseher angedockt, denn woanders haben wir ja schon genügend Rechner ;-). Für die Erstinstallation reichen dann auch die Einstellungen über raspi-config, in welchem man das Filesystem expandiert, das User-Passwort und den Hostnamen aus Sicherheitsgründen ändert und Locale und Tastaturlayout nach DE anpasst. Dann noch SSH aktivieren und, wenn man eigene Hardware anbinden möchte, noch I2C und SPI einschalten.

Auf der anderen Seite möchte man vielleicht den Raspi „nur“ im Konsolenmodus nutzen und ältere Hardware austauschen. Dann freut man sich auf den 40Pin-Header, 4 Stück und besser verdrahtete USB-Ports und die wirklich gute Performance. Dann kann man auch sein bestehendes Image vom alten Raspi übertragen und alles weitere wie Kamera oder Scripts, welche diverse Hardware ansprechen, weiter nutzen. Und deshalb finde ich diesen Nachfolger absolut gut…

 

Aber alles begann mit einem Tipp eines Bekannten und der folgenden Internetrecherche zu einer preiswerten Rechner-Platine. Der Preis von 35Euro hat dann auch überzeugt, da kann man nicht viel falsch machen. Leistungsfähigere Wettbewerber waren entweder einiges teurer oder zum Zeitpunkt der Ersterstellung des Artikels (09/2012) noch gar nicht erhältlich. Also wurde ein Raspberry Pi erworben.

Den gibt es bei RS-Components UK und Farnell. Wer dort nicht mehrere Wochen (es war ein begehrtes Objekt) warten möchte, kann bei Amazon oder eBay kaufen. Als Single-Chip-Rechner bringt er dann auch einige Schnittstellen mit und erschien von Anfang an geeignet, einen stromsparenden Mini-Server aufzubauen.
Es läuft Wheezy-Rasperian, eine abgespeckte Debian-Linux-Distribution. Speicher kauft man in Form einer SD-Karte (nur dort bootet er).

4GB reichen, habe eine 16GB-Karte erworben, die dann auch High-Speed mit 30MB/s kann. Für das Handling von Daten mit häufigen Schreibvorgängen sollte man noch einen klassischen Speicher vorsehen, aber dazu später mehr… Die Zahl der Anwender wächst ständig, begrenzt eigentlich nur durch die Produktion, im Moment ist im fünfstelligen Bereich ausgeliefert.

Unser Modell B gab es bisher in der Revision 1, welche dann schon HDMI, Analog Audio/Video, Ethernet-LAN und 2xUSB mitbringt. Die Revision 2 hat nun auch einen Arbeitsspeicher von 512MB (CPU und GPU der ARM-Architektur teilen sich diesen), überdies eine etwas veränderte Konfiguration des GPIO-Port, über den man neben den I/O-Leitungen für allgemeinen Gebrauch auch I2C und serielle Schnittstelle abwickeln kann.

Am wichtigsten sind wohl aber die beiden Löcher in der Platine, damit man das Ganze auch im Gehäuse ordentlich verankern kann ;-). Neben der offiziellen Seite gibt es Veröffentlichungen einer wachsenden Gemeinde an Nutzern, wo man sich in Bezug auf Anwendungen und technischen Fragen Rat holen kann.

Lustig die vielen Gehäuse-Varianten, von Lego bis hin zu Plexi-Glas-Modellen. Unser „Wohnzimmer-Gehäuse“ wurde dann selbst gebaut, eine Zugentlastung für die filigran gelöteten Buchsen (an denen bspw. ein HDMI-Kabel steckt) vorgesehen. Und um individuell zu sein und diverse andere Sachen in Eigenregie integrieren zu können.

Wobei wir bei unserer Ausstattung wären, welche ist: 16 GB SD, 64 GB Flashspeicher, Funk-Adapter für Maus und Tastatur (nicht ständig dran), zwei Zusatzplatinen (5V Pegelwandler, RS232-Interface), am GPIO-Port gekoppelte Platine mit LED-Anzeige und Input über Taster und natürlich die LAN-Verbindung zum häuslichen Netzwerk. Zuletzt wurden noch zwei Temperatursensoren LM75 über den I2C-Bus, eine vierzeilige LCD-Platine und ein Mini-TFT-Monitor über Analog-Video angeschlossen…

Wie und wo das alles reinkam, kann man in den Abbildungen zumindest teilweise sehen.Zuerst wurde aber alles schematisch aufgebaut und nur diverse Leitungen verknüpft. Eben, um zu sehen, ob vor dem Einbau alles funktioniert.

Das Modell B verbraucht etwa 3.5 Watt im stand-alone-Betrieb, deshalb durchaus geeignet, um neben Fritzbox und Homematic-CCU noch ein weiteres Teilchen ständig am Laufen zu haben. Dem „scheckkartengroßen“ Rechner reicht eigentlich ein 1000mA-Netzteil, also eines von IPhone/I-Pad oder einem ausgewachsenen Android-Smartphone.

Natürlich gibt es hier noch vielmehr und im Versandhandel sind welche schon für 8.99EUR zu bekommen. Bei mehr Peripherie muss die Stromversorgung aber schon stärker sein, denn 700mA braucht man schon für die Versorgung der Rechnerplatine, da ist nicht mehr viel Spielraum.

In unserem Fall tut es dann eine 2100mA-Lösung von einer IPAQ-Ladestation. Der Stecker ist zwar etwas größer, aber im Ergebnis hält man die geforderten 4.7 bis 5.25 Volt für den Betrieb des Raspberry ganz gut ein, eine Spannungskonstanthaltung unklusive. Das OS-Image holt man sich von der offiziellen Seite und bringt es mit dd oder einem Windows-Tool auf die SD-Karte.

Zur ersten Inbetriebname sollte man den HDMI- oder analogen Videoport angeschlossen haben, um auf einem Bildschirm zu sehen, wie gebootet wird. Mann loggt sich das erste Mal direkt über eine USB-Tastatur (Nicht-Bluetooth-Funktastatur geht auch) ein und macht ein bisschen Inventur (Device- und Partitionsnamen).

Hat man den Rechner im LAN und eine fixe IP, geht auch Remote-Zugriff (SSH ist schon aktiviert) und man kann sich über die Ferne Einloggen.

Jetzt sollten unter anderem Einträge in fstab, cmdline.txt und das Nutzerkennwort angepasst werden. So kann man nun mit externem Speichermedium, angepasstem Startverhalten und sicher in das Internet starten. Weiterhin benötigte Module (bcm2835-Chipsatz) sind mit apt-wget schnell geholt und man ist in der Lage, die GPIO-Ports zu programmieren. Was also tun, wenns fertig ist?

Bei uns laufen nun folgende Dinge: Plattenfreigabe für den Zugriff von anderen Geräte auf geparkte Dateien, Audi/Video-Wiedergabe auf einem mit HDMI gekoppelten AV-Receiver, einige Cron-Jobs für Mail, FTP-Transfer, Statusmeldungen und Sicherungen, Webserver für externe Zwecke sowie ein PHP-und mySQL-Server für das hausintere Wiki.

Wer möchte, der starte den X-Server. Er bekommt in der Raspian-Distribution ein LXDE-Fenstersystem. Wir nutzen kein X, da wir unsere Jobs alle ohne GUI bedienen und verwalten können. Wir brauchen den Pi ja vorallem als unauffälligen Manager im Netzwerk.

Natürlich gibt es auch eine App (mehrere für Android und I-Phone), mit der man über WLAN sein Raspberry kontrollieren, neu booten oder herunterfahren kann. Daneben wird mit FritzBox und Homematic kommuniziert. Allemal war es besser, nicht dort einen zusätzlichen Server aufsetzen zu wollen, da bei diesen Kästchen einfach die notwendige Performance fehlt. Die bringt der Raspberry Pi eben moderat und sparsam genug mit.

Das alles geht mit 700MHz und einer Single-Core-CPU mit Broadcom BCM2835-Chipsatz. Überdies ist man einfach flexibel. Neben der Raspberry-Haussprache Python ist bei besagter Distribution auch Perl installiert und hat man einmal die notwendigen Libraries, kann man alles auch in C/C# oder auch in der bash machen.

Manche nutzen auch eine spezielle Installation wie OpenELEC und XBMC zum Betrieb eines Mediacenters, darauf haben wir dann zugunsten einer Mehrzweckanwendung verzichtet. Und hier ist nun auch das fertige (erste) Gerät abgebildet.

Die zweite Ausbaustufe Ende 2013 hat dann den flachen Aufbau durch einen mehrstöckigen ersetzt. Leitungen wurden ordentlich verlegt und neben den Design-Aktivitäten kam vor allem die Anbindung des FHEM-Servers hinzu. Keine Homematic mehr notwendig. Also lief nun die Hausautomation nicht nur per Hilfsaufgaben, sondern komplett über den Raspi. Somit gab es dann auch nur noch zwei ständig laufende Geräte, also Fritzbox und Homeserver per Raspi, welche beide recht genügsam im Stromverbrauch sind.

Zuerst befand sich der CUL-Stick (zur Steuerung der Homematic-Geräte) auf der oberen Etage des Aufbaus, den haben wir dann mit einem USB-Kabel verlängert. Damit ordentlich Abstand zwischen der naheliegenden Fritzbox, dem OWL-Energiemonitor und eben der Haussteuerung liegen, damit sich die diversen Funksysteme nicht stören.

Ende 2014 hat den Platz des Homeservers, wie eingangs beschrieben, ein Banana-Pi eingenommen, zwei Jahre später ein Raspberry Pi 3. Diesen ersten Raspberry-Pi hier gibt es aber immer noch an anderer Stelle, denn es sind nun einige Raspis im Einsatz. Dieses Teil ist also wirklich ein Gewinn für die Gemeinde. Gut, dass wir von Anfang an dabei waren…

Swen Hopfe

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