Raspberry Pi Kinderleicht
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Das Buch
Das Buch „Raspberry Pi Kinderleicht“ zeigt, wie der Einplatinencomputer Raspberry Pi 4 Mod. B eingerichtet und genutzt werden kann. Die neue Version des Raspberry Pi ist benutzerfreundlicher und leistungsfähiger als je zuvor. Das kleine Gerät lässt sich einfacher als bisher wie ein Desktop Computer zum Surfen im Internet, als Dateiserver im Netzwerk, sowie als Medienplayer einsetzen. Der für Einsteiger geeignete Technik Ratgeber erklärt anschaulich Grundlagen und zeigt mehrere Möglichkeiten auf.
Der Autor
Marco Reichel, Jahrgang 1974, ist Wirtschaftsjurist (Univ. Bayreuth) und leitet die Reichel AG. Er wurde in Hamburg geboren, studierte in Bayreuth und verbrachte einige Jahre in Tansania und den USA. Er hat zwei Kinder und lebt in Regensburg.
Marco Reichel
Raspberry Pi Kinderleicht
Pi 4 mit 8 GB
meinem Vater
und seinen Computern meiner Jugendzeit
(C64, XT, AT, 3-86er, 4-86er, Pentium);
meinen Kindern Erik und Clara;
und meinen ehemaligen Nachbarn Florian und Rolf, die mir meinen ersten eigenen Raspberry Pi (1 Mod. B) geschenkt haben.
Jedes Mal, wenn man ein Buch öffnet,
lernt man dazu.
Chinesisches Sprichwort
Inhaltsverzeichnis
Umschlag
Das Buch / Der Autor
Titel
Widmung
Inhaltsverzeichnis
Einführung
Raspberry Pi Hardware
Gehäuse und Kühlung
Netzteil
Mainboard & Prozessor
Speicher
Monitor
Monitor Anschluss
Internet Anschluss
Bedienung
Sound
Raspberry Pi einrichten
Betriebssystem installieren
Inbetriebnahme
Systeminformationen auslesen
Das System administrieren
Raspberry Pi im Netzwerk einrichten
Automatische und feste IP-Adressen
Vergabe von IP-Adressen im eigenen Netzwerk
Möglichkeiten, feste IP-Adressen vergeben
IP-Adressen des Raspberry Pi anschauen
Gateway Adresse finden und ggf. anpassen
Feste IP-Adresse im Router vergeben
Feste IP-Adresse am Raspberry Pi vergeben
Festplatten einrichten
Werkzeuge zum Partitionieren
Partition anlegen
Partition löschen
Festplatte formatieren
Labels vergeben
Festplatten einbinden
Festplatten aushängen
Datensicherung
Raspberry Pi am Windows PC nutzen
PuTTy, Standardwerkzeug für SSH-Verbindungen
SSH per Windows Kommandozeile
WinSCP, Dateien übertragen
VNC, Bildschirm übertragen
Xrdp, Remote Desktop
Raspberry Pi Kommandozeile nutzen
Desktop ohne Login
Ausloggen bzw. Beenden
Neustart
Updaten
Video abspielen
Musik abspielen
Foto aufnehmen
Foto zeigen
Datei editieren
Datei Explorer öffnen
Verzeichnisse vergleichen
Bei Start in der Konsole
Standard Linux Befehle nutzen
Anwendungen am Raspberry Pi installieren
Systemwerkzeuge
E-Book Anwendungen
Editoren
Internet Anwendungen
Office
Server
Multimedia
Grafik und 3D Animation
Programmieren
YouTube Videos am TV abspielen
Spielen
Raspberry Pi als Steam Link Maschine
Minecraft - Pi Edition
Su-Do-Ku!
Distributed Computing
BOINC
World Community Grid
Links zu Webseiten
Literaturverzeichnis
Bücher
E-Books
Zeitschriften
Abbildungsverzeichnis
Tabellenverzeichnis
Fußnoten
Impressum
Einführung
Der Raspberry Pi ist ein kleiner Computer in der Größe einer Kreditkarte. Er wurde von der britischen Raspberry Pi Foundation entwickelt, um Jugendliche im Programmieren zu schulen. Der Raspi ist seit seiner Einführung im Jahr 2012 eine tolle Erfolgsgeschichte geworden, hat aber sein Ziel, ein Lerncomputer für Kinder zu sein, völlig verfehlt.1
Durch die spürbare neue Leistungsfähigkeit der Version 4 sowie einer deutlich vereinfachten Einrichtung und Nutzung hat der Raspberry Pi nunmehr das Potential, aus der Bastelecke herauszukommen und als PC zum Surfen, als Datei Server im eigenen Netzwerk und/oder als Medienplayer zu dienen. Er erobert weiter die Herzen und besitzt inzwischen mit mehr als 30 Millionen Verkäufen2 weltweit eine riesige Community.
Die Leistungssteigerung erfolgt sowohl auf der Hardware Seite als auch auf der Software Seite: Maximal 8 GB Arbeitsspeicher sind in Anbetracht der Kompaktheit des Geräts enorm. Über schöne neue Gehäuse lässt sich die leistungsstarke Hardware trotz der Kompaktheit aktiv und passiv gut kühlen. Externe Festplatten können über die schnelle USB 3 Schnittstelle angebunden werden, sodass der Raspberry Pi über ein schnelles LAN sehr gut als Datenserver dienen kann.
Die Installation des Betriebssystems wurde über einen neuen Imager vereinfacht. Zahlreiche Anwendungen stehen zur Verfügung wie Browser, E-Mail, Office, Fileserver und Medienplayer wie Kodi.
Raspberry Pi Hardware
Der Raspberry Pi ist über die Jahre hinweg in verschiedenen Modellen erschienen. Die Darstellung im Folgenden bezieht sich auf das aktuell neueste Model 4B mit 8 GB Hauptspeicher, das im Mai 2020 erschienen ist. Alternativ gibt es Model 4B auch mit 4 GB oder 2 GB Hauptspeicher. Die 1 GB Variante wurde eingestellt.
Gehäuse und Kühlung
Metallgehäuse mit aktiver Kühlung für Modell 4B
Argon ONE
Schon in früheren Modellen hat die Rechenleistung für Abwärme und Bedarf an passiver und/oder aktiver Kühlung gesorgt.
Mehr Rechenleistung im Raspberry Pi 4 bedeutet mehr elektrische Leistung. Und der Raspberry Pi 4 benötigt die meiste Leistung in der Raspberry Pi Familie. Hohe Temperaturen können zu einem „Thermal Throttling“ führen, bei dem die CPU-Leistung ruckartig abfällt. Durch Firmware Updates wird die Effizienz gesteigert und die Leistungsaufnahme verringert.3
Aufgrund der weiter gestiegenen Rechenleistung empfiehlt sich, ein Gehäuse aus Metall mit Lüfter wie z. B. das Argon ONE Case für Raspberry Pi 4:
Bild 1: Argon ONE Case für Raspberry Pi 4
(Quelle: sertronics)
Argon One ist der Preis-Leistungs-Sieger in einem Test der Kühlleistung verschiedener Gehäuse.4
Eine noch bessere Kühlleistung mit dem absolut besten Ergebnis - deutlich sichtbar auf dem Wärmebild - bietet der teurere CooliPi aus massivem Aluminium.5
Argon ONE V2
Die neue Version des oben vorgestellten Metallgehäuses, das Argon ONE V2 Case für Raspberry Pi 4, bietet eine Anschlussmöglichkeit für eine M.2 SATA SSD über USB sowie zwei Standard HDMI Anschlüsse.6 7
Renkforce RBP-ALC100
Es existieren auch deutlich günstigere Gehäuse aus Aluminium wie das Renkforce RBP-ALC100 zum Preis von ca. 10 €. Das Gehäuse beinhaltet ebenfalls einen Lüfter (30x30mm), welcher eine Kühlleistung von ca. 10 Grad bringt. Jedoch ist der Lüfter sehr laut.
Metallgehäuse mit passiver Kühlung
CooliPi
Der CooliPi ist ein Gehäuse mit herausragender passiver Kühlung und weiteren Zubehörmöglichkeiten wie der Einbau von einem Reset und einem GPIO Breakout. Zudem kann das Gehäuse mit einer Kabelführung über ein VESA Mount an einem Monitor befestigt werden.
Bild 2: CooliPi
(Quelle: Marco Reichel)
Informationen zum CooliPi gibt es auf der Webseite des Herstellers Sensor Equipment s.r.o.8 sowie der Webseite zum CooliPi.9
Bei der Installation kann die Kühlfunktion durch eine thermische Paste verbessert werden.10
Der CooliPi verfügt über ein VESA Mount CAD Modell bei Prusa für den 3D Druck.11
Bild 3: CooliPi VESA Mount 100x100mm
(Quelle: Lada Myslik)
Da der VESA Mount aus mehreren Bauteilen besteht, ist es möglich, die Baugruppe mehrfarbig herzustellen. Im folgenden Bild ist das passiv kühlende Aluminium in blau sichtbar und die Bauteile in schwarz und orange sind 3D gedruckt:
Bild 4: CooliPi mit VESA Mount
(Quelle: CooliPi)
Mit Hilfe des VESA Mounts, kann das Gehäuse bequem an einem Monitor oder an einem Fernseher montiert werden.
Bild 5: CooliPi per VESA Mount an einem EIZO Monitor
(Quelle: Marco Reichel)
Ideal ist z. B. die folgende Ausrichtung, bei der die 3D gedruckte Kabelführung seitlich orientiert ist und weitere Kabel nach unten führen:
Bild 6: Kabelführung am CooliPi VESA Mount
(Quelle: Marco Reichel)
Kunststoff Gehäuse
Je nach Raspberry Pi Modell werden unterschiedliche Gehäuse benötigt. Es gibt eine Vielzahl von Gehäusen, Projekten zu Gehäusen, Herstellern und Händlern für Raspberry Pi Gehäuse mit und ohne Kamera, oft günstig und aus Kunststoff. Hier ein paar weiterführende Links für die Beschaffung:
https://b2b.sertronics-shop.de/
https://www.adafruit.com/
https://www.reichelt.de/
https://www.tekogehaeuse.de/
Hier ein Gehäuse aus transparentem Kunststoff für einen älteren Raspberry Pi:
Bild 7: Raspi im Kunststoff-Gehäuse
(Quelle: reichelt elektronik)
Kühlkörper
So wie man beim Desktop PC-Bau i.d.R. Prozessorlüfter und Gehäuselüfter verbaut, so kann man auch am Raspi den Prozessor, etc. gesondert kühlen. Dazu gibt es inzwischen aktive Kühlung durch Lüfter bereits eingebaut im Metall Gehäuse.
Auch kann man das gesamte Metallgehäuse zusätzlich z. B. auf einen externen 120mm USB-Lüfter z. B. von ELUTENG legen.
Früher wurden gerne auch passive Kühlkörper verbaut wie z. B:
Bild 8: Kühlkörper TEK-BERRY COOL
(Quelle: reichelt elektronik)
Netzteil
Je nach Version des Raspberry Pi gibt es das passende Netzteil im Handel. Bei der Auswahl ist auf den richten Anschluss und eine ausreichend große Leistungsfähigkeit bzgl. Stromstärke zu achten.
Wie viel Strom der Raspberry Pi genau braucht hängt davon ab, was daran angeschlossen ist. Stromhungrige USB-Geräte, die der Raspberry Pi mitversorgt, können den Strombedarf deutlich erhöhen. Mehr als 2,5 A kann ein Raspberry Pi allerdings nicht ziehen. Ein 3,0 A Netzteil sollte daher eine ausreichend dimensionierte Stromversorgung bieten.12
USB-C mit 3A für Raspberry Pi 4
Das offizielles Stecker-Schaltnetzteil mit USB-Typ-C-Ausgang für den Raspberry Pi 4 hat insb. folgende Spezifikationen:
Ausgang: 5,1 V DC, max. 3,0 A
Leistung: 15 W
Bild 9: Offizielles Raspberry Pi USB-C Netzteil
(Quelle: sertronics)
Früher: Micro-USB Netzteil
Die Leistungsaufnahme beim Raspberry Pi liegt bei früheren Modellen mit Micro-USB Anschluss im Bereich zwischen 0,5 bis 4 W. Als Netzteil bot sich daher z. B. an:
Ausgangsspannung: 5 V DC
Ausgangsstrom: 1,2 A DC
Leistung: 6 W
Bild 10: Micro-USB Netzteil für Raspi 1
(Quelle: reichelt elektronik)
Mainboard & Prozessor
Verweis auf Wikipedia
Die verschiedenen Raspberry Pi Modelle werden sehr schön auf Wikipedia beschrieben und im Vergleich dargestellt.
https://de.wikipedia.org/wiki/Raspberry_Pi
Das neueste Modell Raspberry Pi 4 8GB
Das aktuell leistungsstärkste Modell Raspberry Pi 4 Modell B, 8 GB verfügt insb. über:
4x 1,5 GHz CPU, 8 GB RAM, WLAN, BT
2× Micro-HDMI (Typ D)
10/100/1000 Mbit/s LAN
Im Vergleich zum ersten Raspberry Pi hat die 8GB Version die 40-fache Leistung.13
Ob 8 GB Sinn machen, hängt von der Anwendung ab. Beispiele, bei denen der zusätzliche Speicher die Leistung verbessert14:
Speichercache
RAM Disk
Storage-free computing
Bild- und Videoverarbeitung
Speicherdatenbanken
Virtuelle Maschinen
Maschinelles Lernen
Dual-head: dual-user Workstations
Der Raspberry Pi 4 8GB ist ideal für „Power User“ bzw. Anwender, die viel mit Dateien und/oder Datenbanken arbeiten.15
Die ersten Raspberry Pi Modelle
Schon die ersten Modelle des Raspberry Pi mit der ursprünglichen GPU waren mit der richtigen Methode gut zum Anschauen von Videos geeignet. Die GPU war bei allen frühen Modellen (Modell A, Modell A+, Modell B, Modell B+ und Raspberry Pi 2 Modell B) gleich. Alle Modelle verfügen auch über einen HDMI Ausgang. Allerdings haben nur die Modelle der Baureihe B, anders als die Baureihe A, einen Netzwerkanschluss über Ethernet. Daher scheiden die Modelle der Baureihe A für einen Anschluss über LAN-Kabel aus.
Raspberry Pi Modell A+ (2014-2016)
Bild 11: Raspi A+
(Quelle: reichelt elektronik)
Raspberry Pi Modell B+ (2015)
Bild 12: Raspi B+
(Quelle: reichelt elektronik)
Raspberry Pi 2 Modell B (2015-2016)
Bild 13: Raspi 2 B
(Quelle: reichelt elektronik)
Speicher
SD-Karte für das System
Für den aktuellen Raspberry Pi 4B wird eine microSD-Karte mit einer Kapazität von mindestens 8 GB benötigt.16
Aufgrund der geringen Preise für microSD-Karten empfiehlt sich eine Kapazität ab 32 GB Größe.
Eine microSD lässt sich per Adapter auf SD-Kartenformat bringen.
https://de.wikipedia.org/wiki/MicroSD
Ein SD Adapter wird i.d.R. mitgeliefert.
Eine SD-Karte (von englisch Secure Digital Memory Card „sichere digitale Speicherkarte“) ist ein digitales Speichermedium, das nach dem Prinzip der Flash-Speicherung arbeitet.
https://de.wikipedia.org/wiki/SD-Karte
SD-Karten gibt es in unterschiedlichen Bauformen, Größen und Geschwindigkeiten. In Einplatinenrechnern finden sich folgende Baugrößen:
MicroSD Karte für Raspberry Pi Model 4B (ab Model 2)
SD-Karte im Raspberry Pi Model 1B
MicroSD-Karte z.B. im Banana Pro
Für den Raspberry Pi 4 gibt es eine reichhaltige Auswahl an empfohlenen Karten.17 Ebenso gibt es entsprechende Empfehlungen für frühere Modelle.18
Vorinstallierte SD-Karten
Es gibt auch SD-Karten mit bereits vorinstallierten Betriebssystem Installationsprogrammen, z. B. NOOBS.
NOOBS steht für „New Out Of the Box Software“ und ist eine Alternative zum Raspberry Pi Imager. Über NOOBS kann Raspberry Pi OS installiert werden.19
SATA II Festplatten per USB 3.0 Anschluss
Über den schnellen USB 3.0 Anschluss lässt sich der Raspi 4B mit viel Festplattenspeicher erweitern. Insofern benötigt man die microSD-Karte nur für das Betriebssystem. Anwendungsdaten können auf eine Festplatte ausgelagert und vom System getrennt gehalten werden.
Der interne Kartenleser verfügt nur über eine Geschwindigkeit von 50 Mbyte/s20, daher gibt es Projekte für Fortgeschrittene zum Booten über SSD via USB 3. Für den normalen Betrieb ist es allerdings einfacher, die Performance über den Arbeitsspeicher von bis zu 8 GB zu verbessern.
Alte SATA II Festplatten mit einer Netto Datenrate von 300 MB/s21 passen perfekt zur USB 3 Geschwindigkeit.
SATA II Festplatten können aus Desktop PCs oder Laptops ausgebaut werden und in einem USB 3.0 Gehäuse eine neue Verwendung als kostengünstiger und schneller Speicher für den Raspberry Pi finden. Dabei gib es insb. zwei Möglichkeiten für SATA II Festplatten in USB 3.0 Gehäuse:
Gehäuse ohne eigenen Stromanschluss, insb. bei Verwendung von einem USB Hub mit eigenem Stromanschluss
Gehäuse mit eigenem Stromanschluss
Ideal ist z. B. ein Inateck Festplattengehäuse 2,5 Zoll USB 3.0, Externes HDD Gehäuse für 7 mm/ 9,5 mm 2,5" SATA HDD und SSD. Größere Festplatten benötigen ein Gehäuse mit eigenem Netzteil, z. B. das Inateck USB 3.0 zu SATA Festplattengehäuse Externes HDD Gehäuse für 3,5“ SATA HDD und SSD.
USB 3 Hub mit eigenem Stromanschluss
Über einen USB 3 Hub mit eigenen Stromanschluss können zahlreiche Festplatten im externen Gehäuse ohne eigenen Stromanschluss über das USB-Kabel mit Strom versorgt und an den Raspi 4B angeschlossen werden. Ideal ist eine LED-Beleuchtung und ein Einschaltknopf am externen Festplattengehäuse und eine Beleuchtung am USB Hub. Damit können einzelne Festplatten nach Bedarf schnell eingeschaltet und der Betrieb einfach kontrolliert werden.
USB 3 und SATA II passen perfekt zusammen
MicroSD Datenrate bzw. Datendurchsatz
Der interne Kartenleser am Raspi hat eine maximale Datenrate von 50 MB/s; rein praktisch liegt der Wert je nach Karte bei 20 MB/s. USB 3 Festplatten sind um ein Vielfaches schneller.
USB 3 Datendurchsatz
Die Benennung unterscheidet SuperSpeed / USB 5 Gbps (5 Gbit/s) und SuperSpeed+ / USB 10Gbps (10 Gbit/s).22
Bezeichnung Netto-Datenrate SuperSpeed USB 5Gbps, USB 3.1 Gen 1 (früher nur USB 3.0, dann umbenannt in USB 3.1 Gen 1) 300 MB/s SuperSpeed+ USB 10Gbps, USB 3.1 Gen 2 (früher nur USB 3.1, dann umbenannt in USB 3.1 Gen 2) 900 MB/sTabelle 1: USB 3 Datenrate
SATA
SATA ist eine Computer-Schnittstelle für den Datenaustausch mit Festplatten und anderen Speichergeräten und liegt in verschiedenen Versionen23 vor:
Bezeichnung Netto-Datenrate SATA II, SATA-300 300 MB/s SATA III, SATA-600 600 MB/sTabelle 2: SATA II und SATA III Datenrate
Schlussfolgerung
SATA II und USB 3.0 bzw. USB 3.1 Gen 1 passen perfekt zusammen24.
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