Hardware

Neben den klar erkennbaren Anschlüssen wie USB oder LAN gibt es noch weitere Anschluss-Möglichkeiten.

1 Keramikantenne für Bluetooth und WLAN.
2 DSI-Anschluss für Displays.
3 Micro-USB-Anschluss 5 V.
4 GPIO-Header (J8) 40-polig.
5 SoC BCM2837.
6 HDMI-Anschluss.
7 CSI-Anschluss für Kamera.
8 3,5mm-Klinke- Anschluss für Audio und Video.
9 LAN-/USB-Controller.
10 Run-Header (P6).
11 2 2 USB-Ports.
12 RJ45-LAN-Anschluss.

1 Arbeitsspeicher (1GB RAM).
2 Micro-SD Kartenslot.
3 Bluetooth und WLAN-Modul (BCM43143).

Auf dem Einplatinencomputer ist ein SoC (System-on-a-Chip) verbaut. Das bedeutet, dass alle nötigen Teilsysteme wie CPU, GPU, USB-Controller usw. alle in einem Chip zusammengefasst sind.

Der Chip

Die Architektur ist für die interne Funktionsweise das grundlegende Gerüst. Intel und AMD nutzen auch Architekturen wie die beiden bekannten x86 oder x64. Je nach Architektur ist eine angepasste Software notwendig. Wenn ein Programm für x86 kompiliert wurde, dann kann es nicht auf einer ARM-CPU laufen. Raspberry Pi OS ist speziell für ARM-CPU´s kompiliert worden und läuft daher nur auf solche Systeme. Solche Systeme sind platzsparend und werden daher auch in moderne Smartphones eingesetzt.

Raspberry Pi 3
CPU Familie	Arm Cortex-A
CPU Typ	Cortex-A53
CPU Kerne	4
CPU Takt	1200 / 1400 MHz
CPU Architektur	Armv8 (64 Bit)
GPU Typ	Broadcom Dual Core VideoCore
GPU Takt	300 / 400 MHz
GPU Architektur	VideoCore IV (OpenGL-ES 1.1/2.0; Full HD 1080p30)
Arbeitsspeicher	LPDDR2-SDRAM 1024 MB

Raspberry Pi 4
CPU Familie	Arm Cortex-A
CPU Typ	Cortex-A72
CPU Kerne	4
CPU Takt	1500 MHz
CPU Architektur	Armv8 (64 Bit)
GPU Typ	Broadcom Dual Core VideoCore
GPU Takt	500 MHz
GPU Architektur	VideoCore VI (OpenGL-ES 3.0; 4K)
Arbeitsspeicher	LPDDR4-SDRAM 1024 / 2048 / 4096 / 8192 MB

GPIO

Kaum zu übersehen sind die 40 Pins, die zur Steuerung von Sensoren oder anderer elektronischer Komponenten verwendet werden können. Die 40 Pins werden in 2 Reihen x 20 Pins mit einem Abstand von 2,54 mm präsentiert. Zusammen ergeben sie den sogenannten J8-Header.

Neben den allgemeinen verwendbaren Kontakten stellen die Pins auch die Stromversorgung in 3,3 Volt oder 5 Volt sowie die Masse mit 0 Volt bereit. Die Pins haben leider verschiedene Nummerierungen oder Namen, was leicht zur Verwechslung führen kann.

Pysischer Pin

Bezeichnet die physische Position des Pins auf dem Board. Angefangen wird bei Pin 1, dieser hat auch als einziger einen quadratischen Lötpunkt auf dem Board.

2 Micro-SD Kartenslot.

Bezieht sich auf die Nummerierung des Chips.

3 Bluetooth und WLAN-Modul (BCM43143).

Zusätzlich haben die Pins noch Namen bekommen, die teilweise auf die Funktionen des Pins hinweisen. Manche haben als Name eine GPIO Nummer, diese GPIO Nummer hat aber nichts mit dem physischen Pin, noch mit der BCM-Nummer gemeinsam.

50-mA-Limit

Die Stromversorgung für 3,3 Volt am Pin 1 und 17 darf zusammen nicht mehr als 50 mA betragen. Die Versorgung mit 5 Volt über Pin 2 und 4 ist über eine selbstrückstellende Sicherung (Poly Fuse) geleitet. Fließt hier zu viel Strom, schaltet sich der Raspberry automatisch ab. Mit etwas Glück kann er nach einer gewissen Zeit ohne Schaden neu gestartet werden.

Sind die GPIO´s als Ausgang für die Steuerung geschaltet, sollte die Versorgung pro Pin nicht über 16 mA gehen. Beziehungsweise alle Pins gemeinsam nicht über 50 mA. Durch die Verwendung geeigneter Vorwiderstände kann eine Überlast verhindert werden.

Pinbelegung

Einige Pins können verschiedene Aufgaben übernehmen. Für einfache Experimente, mit denen LED´s gesteuert werden, können wir fast alle Pins verwenden. Für speziellere Aufgaben oder Protokolle werden hingegen speziell dafür vorgesehene Pins verwendet.

PIN 3 und PIN 5

Diese Pins werden für I²C-Komponenten verwendet. Beide Pins verfügen über einen 1,8-KΩ Widerstand und eignen sich daher auch als Eingänge für Schalter.

Pin 7

Wird vom 1-Wire-Kerneltreiber verwendet und dient auch als Taktgeber.

PIN 8 und PIN 10

Bei Booten des Raspberry Pi werden diese Pins standardmäßig als serielle Schnittstelle verwendet. Hierüber werden Kernelmeldungen ausgegeben. Das Vorgehen kann aber auch geändert werden.

PIN 11 PIN 12 und PIN 13

Werden zum Anschluss von SPI-Komponenten verwendet (SPI-Kanal 1)

PIN 12

Wird vom LIRC-Kerneltreiber verwendet. Eignet sich gut als Signaleingang für Infrarot-Empfänger. Auch als PWM-Ausgang verwendbar. Wenn Audiosignale über den Kopfhöreranschluss ausgegeben werden, wird automatisch ein Audio-Kanal über den Pin geleitet.

PIN 19, 21, 23, 24 und 26

Werden zum Anschluss von SPI-Komponenten verwendet (SPI-Kanal 0).

PIN 27 und PIN 28

Schnittstelle für I²C-Bus.

GPIO Verbinden

Für kleine Aufbauten eignet sich die Verwendung von sogenannten Jumper-Kabeln. In Deutschland sind diese fertigen Kabel relativ schwer zu bekommen. Im Internet findet man aber relativ schnell Jumper-Kabel in ausreichender Menge. Die Bezeichnung Male und Female bezieht sich auf den Anschluss der Kabelenden. Male steht für ein Kabelende mit Steckstift. Female steht für das Kabelende, worin ein Pins oder Stift eingeschoben werden kann. Für Bastelfreudige lohnt es sich gleich ein Set zu bestellen, bei dem ein Steckbrett (Breadboard) mit dabei ist.

Vorsichtsmaßnahmen

Beim Umgang mit dem Raspberry Pi müssen ein paar wichtige Grundregeln beachtet werden.

Durch elektrostatische Ladungen kann der Raspberry Pi zerstört werden. Der Gang über den Teppich und das anschließende Berühren der Türklinke kann zu einer statischen Entladung des Körpers gegenüber der Türklinke führen. Auch wenn man es kaum glauben möchte, der menschliche Körper entlädt dabei nicht selten zwischen 3.000 Volt und 30.000 Volt, je nach Luftfeuchtigkeit etc. Das ist zu viel für den Minicomputer. Daher sollte bei der Arbeit mit dem kleinen Computer unbedingt ein ESD-Armband getragen werden. ESD steht für Electro Static Discharge.

Auch eine falsch geklemmte Verbindung der Pins kann zu einem Kurzschluss und damit zum frühen abscheiden des Minicomputers führen.

Für den Aufbau einer Schaltung sollte der Computer daher stets ausgeschaltet sein.

Die GPIO´s vertragen nur 3,3 Volt. Daher kann ein für Geräte übliche Spannung von 5 Volt schon viel zu hoch für den Raspberry Pi sein.

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