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Raspberry Pi & Co.: 13 Boards für Bastler

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Raspberry Pi, Orange Pi oder doch lieber Asus Tinker? Wir stellen die verschiedenen Einplatinencomputer vor und zeigen ihre Stärken und Schwächen.

Der Erfolg des Raspberry Pi brachte Einplatinencomputer ins Zentrum der Aufmerksamkeit. Waren "Evaluation Kits" einst als teures Werkzeug für an Schaltungen arbeitende Entwickler vorgesehen, so zeigte Erfinder des Raspberry Pis, Eben Upton, dass man die Boards auch günstiger produzieren kann. Die Faszination ist ungebrochen, immer neue Projekte tauchen für den Raspberry Pi auf – eines der besten Beispiele sind die Retro-Konsolen im Eigenbau (Anleitung). Doch auch die Konkurrenz schläft nicht. Egal ob aus China oder den USA, längst gibt es Raspi-Alternativen.

Bild: Instagram – tam.hanna Während der “Totzeit” auftretende Ereignisse verursachen Probleme.

Vor dem Einstieg in die Einplantinencomputer steht die Frage: Wäre ein Microcontroller wie ein Arduino nicht besser? Die Antwort liefert die zu erledigenden Aufgabe. Für zeitkritische Hardware-Steuerung – etwa Drohnen, CNC-Fräsen oder 3D-Drucker – sind Raspberry Pi & Co. eher schlecht geeignet. Der Grund liegt im Overhead. Funktionen wie Garbage Collector oder Netzwerk-Stack versorgen sich nicht auf der Luft, sie belegen Rechenzeit. Das kann bei zu Problemen führen, wenn schnell neue Informationen verarbeitet werden müssen.

Hier sind Microcontroller-Evaluationsboards wie die von STM entwickelte Nucleo-Familie, Arduino oder ESP32 die bessere Wahl. Sie bieten lang nicht die Rechenpower eines Einplatinencomputers, erfüllen spezielle Aufgaben aber zuverlässig.

Diese Embedded-Betriebssysteme der Microcontroller kommen allerdings bei komplexen Aufgaben an ihre Limits. Auch wenn Platinen wie der STM32F746 mit Ethernet-Port oder ESP32 mit Bluetooth und WLAN die Grenzen zwischen Minicomputer und Microcontroller verwischen, Linux kann einfach mehr. Die Betriebssysteme Windows IoT und Android Things spielen nur eine untergeordnete Rolle. Wer nicht erheblichen Code zu recyceln hat, ist mit Linux besser aufgehoben.

Inzwischen gibt es zahlreiche Varianten des Raspberry Pi, die sich vor allem in der verfügbaren Rechenleistung, der Größe und den Anschlüssen unterscheiden. Allen gemein ist, dass Eben Upton sein Ökosystem auf dem BCM2835-Chipsatz basiert, der als Teil des Meltemi-Projekts überblieb. Diese damals vernünftig erscheinende Entscheidung erweist sich heute teilweise als problematisch, da die Foundation im Interesse der Kompatibilität nicht auf einen anderen SoC wechselt. In der Realität bilden sich dadurch Flaschenhälse.

Alle Raspberry-Pi-Modelle, auch die Zero-Serie, leiden unter einer architektural bedingten Einschränkung. Gleichzeitige Zugriffe auf USB und LAN beziehungsweise WLAN führen zu einer Verlangsamung des Gesamtsystems. Einen Raspberry Pi als NAS zeigt die Probleme beispielhaft auf: selbst der Gigabit-Ethernet-Port des 3B+ schafft nur rund 330MBit. Bei Belastung der USB-Ports bricht die Performance weiter zusammen.

Bild: Tam Hanna Die Architektur beim Raspberry Pi kann einen Flaschenhals erzeugen.

Auf der Haben-Seite des Ökosystems steht die breite Unterstützung. Die als „Shield“ bezeichnete Erweiterungsmodule mit neuen Hardwarekomponenten kommt so gut wie immer zuerst für den Raspberry Pi auf den Markt, bevor andere Ökosysteme drankommen. Ein gutes Beispiel dafür sind die AI-Kits, die Google zur Evaluation verschiedener Verfahren der künstlichen Intelligenz anbietet.

Auch bei der Software macht sich die weite Verbreitung bezahlt. Egal, welches Projekt man angeht, Unterstützung bekommt man (fast) immer. Das als Raspbian bezeichnete Debian-Derivat ist der Quasi-Standard für Betriebssysteme im Embedded-Bereich. Anleitungen oder Programmpakete finden sich leicht, im Zweifelsfall helfen in den diversen Foren viele, viele Nutzer.

Bei der exzellenten Verfügbarkeit – es ist schwer, einen Stein zu werfen, und dabei keinen Raspberry-Pi-Distributor zu treffen – darf man nicht vergessen, dass der RPi in der „Vollversion“ ein teures Produkt ist. Beim Orange Pi bekommt man für das gleiche Geld wesentlich mehr Rechenleistung.

Raspberry Pi 2 Modell B

Raspberry Pi II

Raspberry Pi 3 Modell B

Raspberry Pi III Model B

Raspberry Pi 3 Modell B+

Raspberry Pi III Model B+

Die Modelle Raspberry Zero und Zero W sind der Raspberry in klein. Abstriche muss man bei den Anschlüssen und bei der Rechenleistung machen. Dafür bieten sie fast alle Vorteile des Raspberry-Ökosystems in einem enorm kleinen Formfaktor. Ein Problem: Aus CPU-Sicht sind die Geräte nur leidlich kompatibel. Das merkt man unter anderem dann, wenn man eines der von Google angebotenen AI Kits kauft und feststellt, dass viele Funktionen aufgrund fehlender Instruktionen nur eingeschränkt funktionieren.

Die Zeros sind in Sachen Funktionsumfang abgespeckt. Sie haben nur 512 MB RAM und müssen mit einem 1-GHz-Einkern-Prozessor auskommen. Dies mag auf den ersten Blick nicht problematisch klingen. In der Praxis sorgt ein Mehrkern-Prozessor dafür, dass komplexe Betriebssysteme wie Linux wesentlich runder laufen.

Immerhin ist der 40-polige Erweiterungssteckplatz mit dem des normalen Raspberry Pi kompatibel – zumindest, wenn man Löten kann. Denn das arbeitsaufwändige Festlöten des 40-polige Headers liegt in der alleinigen Verantwortung des Käufers. Auf der Haben-Seite ist dagegen der Preis: Den Raspberry Zero W mit integriertem WLAN und Bluetooth gibt es ab knapp 10 Euro, deutlich günstiger als der Raspberry Pi 3 Modell B+.

Raspberry Pi Zero

Raspberry Zero

Raspberry Pi Zero W

Raspberry Zero W

Der Erfolge des Raspberry Pi blieb nicht unbemerkt. Aus dem Land der Mitte kommt der Orange Pi, eine der vielversprechendsten Alternativen. Hergestellt wird der Einplatinenrechner von Shenzhen Xunlong. Und dieser Hersteller ist in jedem Fall kreativ: Während die Raspberry Pi Foundation nur zwei Formfaktoren anbietet, nimmt Shenzhen Xunlong zur Hand, was gerade opportun erscheint. Der chinesische AliExpress-Store listet Dutzende verschiedener Geräte mit Preisen von unter zehn bis etwa 50 Dollar. Im Bereich der Prozessoren ist vom Zweikerner bis zum Vierkern-Dickschiff alles vertreten, was der Komponentenmarkt hergibt. Neben „gewöhnlichen“ Orange Pis gibt es Varianten, die WLAN mitbringen. An einem 4G-Modell für Europa arbeiten die Verantwortlichen gerade.

Problematischer ist die Betriebssystemversorgung. Während Eben Upton Raspbian selbst wartet, sind die von Shenzhen Xunlong bereitgestellten Images ein schlechter Scherz. Wer ein seriöses Betriebssystem haben möchte, sollte auf Armbian zurückgreifen. Der Unterschied zu Raspbian ist nicht nur der Name: da Armbian weniger weit verbreitet ist, bekommt man im Zweifelsfall weniger leicht Hilfe, Tutorials oder fertig konfigurierte Programme.

Eine weitere Falle betrifft die Stromversorgung. Wer sich den Orange Pi „oberflächlich“ ansieht, meint leicht, dass der Prozessrechner seine Energie per Micro-USB beziehen kann. Das ist bei den meisten Boards falsch, sie brauchen eine „proprietäre“ Stromversorgung. Die technischen Details dazu erklärt der Autor in diesem Video.

Bild: Tam Hanna Dieser Port ist trügerisch.

Das Netzteil ist etwas schwer zu bekommen, hat aber den Vorteil, dass Probleme mit minderwertigen Kabeln ausgeschlossen sind. Wenn ein Raspberry Pi langsam arbeitet oder USB-Geräte nicht ansprechen kann, ist so gut wie immer ein minderwertiges Netzgeräts oder ein Kabel mit zu hohem Übergangswiderstand schuld.

Trotz aller Bedenken ist der Orange Pi eine solide Alternative. Der Autor dieses Artikels nutzt den OrangePi in diversen Systemen kommerziell und hatte bisher weder mit Verfügbarkeit noch mit Ausfallsraten Probleme. Das Vorhandensein von integriertem Flashspeicher sorgt für robustere Systeme. Gerade in den neuen Raspberry-Pi-Modellen brechen die Speicherkarten leicht aus den Steckplätzen.

Orange Pi One

Orange Pi One

Orange Pi Win Plus

Orange Pi Win Plus

Orange Pi Zero, 512MB

Orange Pi Zero

Orange Pi PC

Orange Pi PC

Asus versprach die Lieferung eines mit dem Raspberry Pi weitgehend kompatiblen Board, und musste es mehrfach verschieben. Mittlerweile ist der Tinker am Markt, er hält die Versprechen aber nur teilweise ein. Der kunterbunt eingefärbt Erweiterungs-Header ist weitgehend zum RPi kompatibel, der Vierkernprozessor arbeitet dank eines 64bit-Betriebssystems teilweise doppelt so schnell wie der RPi 3. Das Betriebssystem TinkerOS ist bis zu einem gewissen Grad zu Raspbian kompatibel, Probleme sind aber gängig. Die Kollegen der Make haben es im Test so zusammengefasst: „Hardware Top, Software Flop”.

Ein Spezialgebiet des Tinker ist der Audiobereich: die eingebaute Hardware weist sehr hohen Dynamikumfang auf. Ansonsten ist der Asus Tinker für Freunde von Retrokonsolen interessant. Gerade in diesem Bereich bietet er mehr Leistung als der Raspberry Pi, ist aber auch deutlich schwerer einzurichten. Verglichen mit dem Raspberry Pi ist die Community klein, das britische Forum Tinker Boarding ist aber eine gute Anlaufstelle.

ASUS Tinker Board (90MB0QY1-M0EAY0)

Asus Tinker Board

ASUS Tinker Board S (90ME0031-M0EAY0)

Asus Tinker Board S

Intel wollte im Bereich Tablets und Smartphones Fuß fassen, was allerdings bislang nicht wirklich fruchtete. Aus Sicht eines Makers und Bastlers ist das nicht gut. Denn die von Intel angebotenen X86-Miniprozessoren waren – zumindest in der Theorie – in der Lage, „unveränderte“ Desktop-Programme auszuführen. Auch wenn Sprachen wie C und Go in der Theorie plattformunabhängig sind, zeigen sich in der Praxis Probleme an Stellen, wo man sie nicht erwartet. Vielversprechende Projekte wie der Genuino 101, Joule, Galileo oder Edison wurden abgekündigt und sind nur noch schwer erhältlich.

Hoffnung kommt aus Italien: Udoo hält die X86-Fahne hoch. Das Problem sind die hohen Preise. Der Udoo Neo Basic mit ARM-Chipsatz kostet um die 52 Euro, der Udoo X68 Basic liegt bei 172 Euro.

Da Udoo nicht im Low End-Bereich mitspielen möchte, sind die hauseigenen ARM-Boards eher wenig interessant. Dafür sorgt das Unternehmen im High-End-Markt für Furore. Mit dem Udoo Bolt ist ein AMD-Ryzen-basiertes System in Planung, das für 229 US-Dollar erhältlich sein soll. Die Entwicklung soll per Crowdfunding finanziert werden, die Kickstarter-Kampagne ist bereits erfolgreich abgeschlossen. Ab Dezember 2018 sind die ersten Produkte angekündigt. Bleibt abzuwarten, ob das zu einer Renaissance der x86-Einplatinenrechner führt.

UDOO Neo - Basic (SA69-0100-0100-C0)

Udoo Neo Basic

UDOO X86 - Basic (SB02-7400-0000-C0)

Udoo X86 Basic

Die Entscheidung für oder wider einen Prozessrechner hängt von verschiedenen Faktoren ab. Am einfachsten ist die Entscheidung, wenn ein konkretes Projekt umgesetzt werden soll. Dann sollte das Board genommen werden, für das die Vorlage geschrieben wurde. Bei mehreren Geräten mit Linux sollten Orange Pis ganz oben auf der Liste stehen. Gerade bei Hobby-Projekten, die keine kommerzielle Zertifizierung voraussetzen. Der Raspberry Pi bietet die größte Community und die weiteste Verbreitung, ist aber auch teuer. Gerade beim Einstieg in das Thema ist diese Plattform aber aufgrund der ausführlichen Tutorials und praktischer Hilfswerkzeuge für Windows wohl die beste Entscheidung. Asus Tinker und Udoo sind wertvolle Alternativen für all jene, die ihre Stärke zu schätzen wissen.

Unterm Strich ist die wichtigste Regel, beim Design eines Prozessrechnersystems den eigenen Arbeitsaufwand nicht zu vergessen. Exotische Systeme mögen auf den ersten Blick billig erscheinen, wenn aber der drei- bis vierfache Arbeitsaufwand notwendig ist, dann relativieren sich diese Kosten schnell.

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