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

Gewidmet

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/s

Tabelle 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/s

Tabelle 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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