Raspberry

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Der Raspberry Pi (Aussprache: ˈrɑːzb(ə)rɪ ˈpaɪ; Deutsch: Himbeere) ist ein Einplatinencomputer im Format einer Kreditkarte. Der im Vergleich zu üblichen Personal Computern sehr einfach aufgebaute Rechner wurde mit dem Ziel entwickelt, das Programmieren und Experimentieren zu erleichtern und nur ca. 10£ zu kosten

Inzwischen kann der Klein-Computer erheblich mehr[1] , ist aber im Zuge der Corona-Krise und der darauffolgenden Lieferkrise unverhältnismäßig teuer geworden. Für Bastelprojekte empfehlen sich mittlerweile andere, preiswertere Mikrocontroller - für einen Bürocomputer oder Server ist er der ideale Kandidat.[2]

  1. Erste Schritte
    • Installation des OS
    • Benutzer- und Rechteverwaltung
    • Image der SD-Karte erstellen
  2. Webserver mit Apache
    • Installation AMP
      (Apache, MariaDB, PHP)
  3. Fernzugriff mit SSH
    • Privat + Public Key
    • SSH einrichten
    • PUTTY, Filezilla, sshfs
    • Firewall
    • Fail2ban
    • Zugriff für Root erlauben?
  4. Proxy mit nginx
  5. Home-Server
    • Portfreigaben am Home-Router
    • eigene Cloud


Raspberry - ist das überhaupt vom Themenbereich von SELFHTML noch abgedeckt? - Zusätzlich gibt es bereits eine große Community rund um den Raspi sowie eine Vielzahl von Tutorials und Magazinbeiträgen.

SELFHTML will mit dieser Artikelreihe das Wissen und die Erfahrungen der Community mit den Erklärungen der Doku verknüpfen. Die vorliegenden Tutorials sollen Tipps und Tricks sammeln, die im SELF-Forum immer wieder diskutiert werden.

Wir wollen aber auch zeigen, wie man interaktive Frontends mit HTML, CSS, JavaScript (AJAX) für den Raspberry erstellt und nutzen kann für allerlei Spielereien. Schließlich soll der Raspi die Fantasien anregen und die unterschiedlichen Webtechnologien zusammenführen.

Hardware

Der Siegeszug der PC in alle Haushalte führte ungewollt dazu, dass immer mehr Menschen die PCs zwar nutzten, jedoch immer seltener die Notwendigkeit sahen, sich mit dem Innenleben der Rechner zu beschäftigen. Der 2012 erstmals verkaufte Raspberry sollte Jugendliche wieder zum Experimentieren und Basteln bringen.

Ursprünglich so einfach und billig wie möglich, konnte der Einplatinencomputer (SoC (System on a Chip) sogar von der USB-Schnittstelle mit Strom versorgt werden. Der Anfangserfolg setzte sich immer weiter fort, als weitere Modelle mehr Speicher, mehr Schnittstellen und mehr Onboard-Chips erheilten. Mittlerweile können Raspis heute „normale“ Office-PCs ersetzen, bzw. deren Aufgaben übernehmen. Dies entspricht einer Quadratur des Kreises, da dies Anwender vor neue Herausforderungen stellt:

Umgebungsbedingungen

Wärmeentwicklung

Während der erste Raspberry 2012 „nur“ 512MB RAM und 700MHz hatte, bietet der Pi4 bis zu 8GB RAM und 1500MHz. Die damit verbundene Verlustleistung von bis zu 8W sorgt für eine starke Wärmeentwicklung. Ungekühlt landet die Prozessortemperatur schnell bei 85°C (mit vcgencmd measure_temp abfragbar). Man benötigt auf jeden Fall einen größeren Kühlkörper für die aktiven Komponenten und entweder ein entsprechendes Gehäuse für passive Kühlung, oder eine aktive Kühlung mit Lüftern.[3]

Stromversorgung

Je stärker der SoC (System on a Chip) gefordert wird und desto mehr Geräte wie Tastatur und Maus über USB angeschlossen und mit Strom versorgt werden, desto wichtiger wird eine gute Stromversorgung mit stabiler Spannung.

Viele Netzteile mit USB-Steckern sind genau genommen gar keine, sondern (Handy-)Ladegeräte, bei denen keine stabile Spannung gefragt ist, sondern ein hoher aber kontollierter Ladestrom. Dazu beginnt das Ladegerät mit einer höhren Ladeschwellspannung bei begrenztem Strom. Das lässt die Ladespannung zunächst zusammenbrechen auf die Schwellspannung des Akkus. Wenn der Strom dann nachlässt (Akku ist fast voll), würde die Spannung wieder stark ansteigen. Um dies zu verhindern, schaltet das Ladegerät auf die Ladeerhaltungsspannung zurück. Wird der Akku nun benutzt, sinkt die Spannung wieder. Ab einem unteren Schwellwert schaltet das Ladegerät wieder auf Ladung und die Spannung steigt wieder auf die Ladeschwellspannung an. Ein Minicomputer reagiert auf solche Pendelregler mit unvorhersagbaren Aktionen oder wird sogar zerstört. Ein Raspberry möchte mindestens 4,95V haben und wird typisch mit 5,1V versorgt.[4]

Eine Stromversorgung mit einem zu schwachen Netzteil führt zuerst zum Abschalten von peripheren USB-Geräten, dann zum Aussetzen des Prozessors und zu Schreibfehlern auf der SD-Karte. Da diese Fehler nur unzureichend in den logfiles dokumentiert werden, spricht man vom „Mysterium“. [5]

Für kleinere Anwendungen reicht ein Pi Zero, den Sie über die Micro-USB-Verbindung mit Strom versorgen können.[6]

Empfehlung: Verwenden Sie für den Raspberry 4 nur ein Netzteil, dass zuverlässig 3A bei stabilen 5,1V liefern kann und kurze Versorgungsaussetzer ("Umschaltlücken") des Stromnetzes überbrücken kann. Raspberry selbst hat ein offizelles Netzteil im Angebot, das genau auf die Bedürfnisse des Raspi abgestimmt ist.
Alternativ kann man auch eine PoE-Karte (Power over Ethernet) aufstecken. Die Versorgung wird dann über das Netzwerkkabel vom PoE-Einspeiser (Switch) vorgenommen.

PoE-HAT

Seit dem Raspberry 3 ist die Ethernetschnittstelle für *aktives* PoE (Power over Ethernet, 48V Phantomspeisung) vorbereitet. Es muss für die Auskoppelung der Spannung und die galvanische Trennung nur noch eine passende HAT-Karte aufgesetzt werden. Dann kann die Raspberry über das LAN-Kabel mit Strom versorgt werden. Nach Spezifikation stehen pro PoE-Port am Switch maximal 15,4W zur Verfügung. Hier werden allerdings maximal 2A, entsprechend 10W ausgekoppelt. Das sollte aber für den stabilen Betrieb reichen, da das treibende Netzteil am Switch in der Rege über 70W leisten kann und kurze Lastsprünge daher leicht parieren kann.

Datei:PoE-HAT-Karte Oberseite.jpg
PoE-HAT-Karte Oberseite

Die verwendeten LAN-Kabel sollten dabei mindestens AWG-26 (typisches flexibles Patchkabel, bis ca. 60m) oder AWG-23 (typisches starres SUTP-Verlegekabel, bis 100m) entsprechen. Dabei dürfen die Kabel keiner erhöhten mechanischen Belastung (Zug) ausgesetzt sein.


Weblinks


Quellen

  1. ↑ How a Cray-1 Supercomputer Compares to a Raspberry Pi (roylongbottom.org.uk)
    tl;dr
    "In 1978, the Cray 1 supercomputer cost $7 Million, weighed 10,500 pounds and had a 115 kilowatt power supply. It was, by far, the fastest computer in the world. The Raspberry Pi costs around $70 (CPU board, case, power supply, SD card), weighs a few ounces, uses a 5 watt power supply and is more than 4.5 times faster than the Cray 1."
  2. ↑ Wikipedia: Raspberry Pi
  3. ↑ progpi.de: Raspberry Pi 4 – Ein cooler Typ vom 09.08.2019
  4. ↑ QA-Stack: Raspberry Pi- Leistungsbedarf des Pi
  5. ↑ elektronik-kompendium: Raspberry Pi: Grundlagen der Energieversorgung / Stromversorgung
  6. ↑ Raspberry Pi Zero W - ARM SoC SBC (www.rasppishop.de)
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