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Über dieses Buch

Aufbau und Funktion des Raspberry Pi werden sachlich und praxisorientiert vorgestellt. Zunächst wird das System in Betrieb gesetzt, um damit eine Grundlage zu schaffen, auf die auch in Problemsituationen zurückgegriffen werden kann. Die Konfigurierung, Optimierung und Programmierung ist von besonderer Bedeutung, weil die gegenüber anderen Architekturen limitierten Ressourcen stets mit zu berücksichtigen sind. Die Schaltungstechnik der verschiedenen Raspberry Pi Boards (A, B, A+, B+, Compute Module) wird ausführlich behandelt. Der Schwerpunkt des Buches liegt auf der Hardware mit den Schnittstellen (LAN, WLAN, GPIO, seriell SPI, I2C, I2S, One-Wire), die für die Kommunikation und den Datenaustausch mit Sensoren und anderen Einheiten prädestiniert sind. Damit sind optimale und zudem kostengünstige Ergebnisse zu erzielen. Dies beinhaltet den Low Power-Betrieb, wie er insbesondere für akkubetriebene und somit für mobile Anwendungen essenziell ist.Die 3. Auflage wurde überarbeitet, erweitert und auf Raspberry Pi 4 aktualisiert.

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter

1. Einführung

Zusammenfassung
Der Raspberry Pi ist ein kleines preiswertes System, welches ursprünglich aus einer Platine von ca. 9 × 6 (Abb. 1.1) cm besteht, auf der sich alle notwendigen Komponenten befinden, um es als Computer verwenden zu können. Es ist lediglich noch eine SD-Karte als Speichermedium einzusetzen und ein Netzteil für die Spannungsversorgung anzuschließen. Je nach Einsatzzweck kann dies bereits als minimale Ausstattungsform dieses Single Board-Computers angesehen werden. Wenn er mit einem Programm für eine bestimmte Aufgabe programmiert wird, fungiert er damit als ein Embedded System.
Klaus Dembowski

2. Schnellstart

Zusammenfassung
Neben dem jeweiligen Raspberry Pi-Board wird noch einiges als Zubehör benötigt, wie ein Netzteil, ein Monitor mit dem dazu passenden HDMI-Anschlusskabel sowie eine Tastatur und eventuell eine Maus. Außerdem ist eine (Micro) SD Card (Abb. 2.1) unumgänglich auf der das Betriebssystem installiert sein muss.
Klaus Dembowski

3. Hardware

Zusammenfassung
Die Basis jeder Raspberry Pi-Schaltung bildet ein System On Chip (SoC) der Firma Broadcom. Bei einem SoC werden Prozessor sowie verschiedene Peripherieeinheiten wie etwa Speicher und Grafikeinheit schaltungstechnisch zu einem Chip kombiniert.
Klaus Dembowski

4. Konfigurierung und Optimierung

Zusammenfassung
Nachdem der Schnellstart im Kap. 2 zu einem funktionierenden Raspberry Pi geführt hat, geht es in diesem Kapitel um typische Konfigurationsarbeiten und um die Optimierung des Raspberry Pi. Der Raspbian-Desktop bietet über das Menü Einstellungen (Abb. 2.20) den Zugang zu verschiedenen Einstellungsoptionen. Falls die Raspbian-Lite-Version zum Einsatz kommt, steht diese Möglichkeit nicht zur Verfügung. Stattdessen ist raspi-config die erste Anlaufstelle für notwendige Konfigurationsarbeiten. Über das LXTerminal ist dieses Tool natürlich auch für die Desktop-Versionen einsetzbar.
Klaus Dembowski

5. Software und Programmiergrundlagen

Zusammenfassung
In diesem Kapitel werden einige grundlegende Dinge für den Umgang mit Software für den Raspberry Pi erläutert. Als Festspeicher für die Software wird die eingesetzte Micro SD Card (2–32 GByte) verwendet. Darauf befinden sich verschiedenen Partitionen, die während der Installation des Betriebssystems angelegt worden sind. Das Standardbetriebssystem für den Raspberry Pi ist das auf Debian-Linux basierende Raspbian (Abschn. 2.3), welches auf allen Raspberry Pi-Modelle läuffähig und deshalb auch als bevorzugtes System anzusehen ist. Raspbian gibt es mittlerweile in verschiedenen abwärtskompatiblen Versionen (Wheezy, Jessie, Stretch, Buster), wobei die erste noch nicht die vier Kerne eines ARM-SoCs unterstützt. Es ist speziell an den Raspberry Pi angepasst und lässt sich verhältnismäßig einfach konfigurieren und einsetzen. Standardmäßig unterstützt es auch die Floating Point Unit des SoC, was bei anderen Systemen nicht automatisch der Fall ist.
Klaus Dembowski

6. Hardware-Programmierung

Zusammenfassung
Der Raspberry Pi verfügt über eine Pfostenleiste, die auch als Expansion Header oder GPIO Port bezeichnet wird. Während die älteren Raspberry Pi-Modelle eine 26-polige Pfostenleiste besitzen, ist bei den aktuellen Modellen eine 40-polige Leiste eingebaut, deren Signalbelegung abwärtskompatibel ist. Die Pins sind in zwei Reihen angeordnet und führen verschiedene Signale, wobei einige eine Doppelfunktion aufweisen wie es im Abschn. 3.8 erläutert ist. Hier sind mehrere GPIO-Pins, eine I2C-, zwei SPI-, eine I2S- eine One-Wire-Schnittstelle sowie eine serielle Schnittstelle vorhanden, um die Kommunikation mit externer Peripherie zu ermöglichen, was im einfachsten Fall eine Leuchtdiode (Ausgabe) und ein Taster (Eingabe), die jeweils an einen GPIO-Pin angeschlossen werden, bedeutet. Mit dem Raspberry Pi 4 sind weitere Doppelfunktionen für fünf serielle Schnittstellen (UARTs), fünf I2C- und vier SPI- Schnittstellen hinzugekommen, was im Abschn. 3.8.3 erläutert ist.
Klaus Dembowski

7. Professioneller Einsatz – Embedded Systems

Zusammenfassung
Mit dem Raspberry Pi steht ein preisgünstiger Mini-Computer zur Verfügung, der sich durch seine leicht zugänglichen Schnittstellen (GPIO, I2C, SPI) auch für Aufgaben in der Mess-, Steuer- und Regelungstechnik und damit als Embedded System eignet. Versorgt wird ein Raspberry Pi standardmäßig aus einem 5 V-Netzteil, welches laut Herstellervorgaben mindestens einen Strom von 700 mA liefern sollte, was darauf hindeutet, dass der Raspberry Pi im Vergleich zu typischen Mikrocontrollersystemen weitaus mehr Leistung benötigt. Für mobile Anwendungen ist ein Steckernetzteil nicht geeignet, sondern es wird eine Batterie oder ein Akkumulator benötigt, für deren Verwendung ein Raspberry Pi nicht ausgestattet ist, weshalb hierfür einige Anpassungen und/oder Erweiterungen notwendig sind.
Klaus Dembowski

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