Raspberry Pi - dein Einstieg (eBook)

Vorwort

Zehn Jahre.

Es ist jetzt mehr als zehn Jahre her, dass der Raspberry Pi im Jahr 2011 angekündigt wurde. Und was für zehn Jahre das waren. Ein kreditkartengroßer Computer für 35 $? Den ich an meinem vorhandenen Monitor und die Tastatur anschließen kann? Und über GPIO-Pins mit anderen Dingen verbinde? Das klang wie ein frommer Wunsch. Und darum sorgte der Raspberry Pi nach seiner ersten Auslieferung für solche Begeisterung.

Monatelang war die Nachfrage größer als das Angebot und die Warteliste für diese Minicomputer sehr lang. Manche der neuesten (und nicht ganz so neuen) Produkte wie der Pi Zero W und der Pi 4 stehen immer noch nur begrenzt zur Verfügung – es ist schwierig, einen Anbieter zu finden, der mehr als zwei Pi Zeros an einen Kunden verkauft. Aber abgesehen vom Preis: Was ist am Raspberry Pi dran, dass er die Geduld der hardwarehungrigen Massen so sehr strapaziert? Bevor wir uns alles anschauen, was den Raspberry Pi so großartig macht, wollen wir erklären, für wen er gedacht ist.

Eben Upton und seine Kollegen an der University of Cambridge stellten fest, dass die Studenten, die heutzutage Informatik studieren wollen, nicht mehr die Fertigkeiten mitbringen, die in den 1990er Jahren noch verbreitet waren. Sie betrachten sich selbst schon als informatikaffin, wenn sie gerade mal MS Word und Excel nutzen können, vielleicht ein bisschen HTML und eventuell noch JavaScript schreiben.

Upton und seine Kollegen führten das – neben anderen Faktoren – auf den »Aufstieg des Home-PC und der Spielekonsolen zurück, welche die Amigas, BBC Micros, Spectrum ZX und Commodore-64-Maschinen ersetzten, auf denen eine frühere Generation Programmieren gelernt hatte«.1

Da der Computer für alle Mitglieder einer Familie wichtig wurde, hielt dies die Jüngeren davon ab, mit ihm herumzuexperimentieren und ein für alle so wichtiges Werkzeug eventuell lahmzulegen. Eltern wollten nicht, dass ihre Kinder den Familien-PC »hacken«, während sie Programmieren lernen, weil er dadurch eventuell kaputtgehen könnte.

Gleichzeitig wurden Prozessoren für Mobiltelefone und Tablets günstiger und leistungsfähiger, was den Weg für den Raspberry Pi als superbilligen, trotzdem aber nutzbaren Computer bahnte. Die ARM-Chip-Familie, die in allen Pi-Boards zum Einsatz kommt, hatte ihren Ursprung in Mobiltelefonen.

Linus Torvalds, Begründer von Linux, hat einmal in einem Interview mit BBC News gesagt, dass es der Raspberry Pi möglich macht, »sich Fehler zu leisten«. Schafft es ein Kind (oder ein Erwachsener), den Pi zu schrotten, kann einfach ein neuer gekauft werden – für viel weniger Geld, als für den Ersatz eines Laptops erforderlich wäre.2

Die Raspberry Pi Foundation

Es ist wichtig, darauf hinzuweisen, dass der Raspberry Pi vor allem dazu dient, die karitative Mission der Raspberry Pi Foundation voranzubringen. Diese Mission besteht darin, »die Möglichkeiten des Computings und des digitalen Makings in die Hände der Menschen auf der ganzen Welt zu legen«. Die Raspberry Pi Foundation hofft, dass die Leute – vor allem Kinder – lernen, wie man programmiert, wie Computer funktionieren und wie man dafür sorgt, dass Dinge mit Computern zusammenarbeiten.

Mit jedem Raspberry Pi, den Sie kaufen, bezahlen Sie nicht nur die Kosten für Hardware, Umsetzung und die Ingenieursleistungen, die dahinterstehen, sondern Sie unterstützen auch die freien Online-Ressourcen, kostenlose Trainings für Lehrpersonal und spezielle Programme, die die Raspberry Pi Foundation anbietet, um ihre karitative Mission voranzubringen.

Wie Sie in diesem Buch lernen werden, ist der Raspberry Pi eine ausgezeichnete Unterstützung beim Lernen, aber er ist auch ein sehr leistungsfähiges Werkzeug. Und obwohl der eigentliche Zweck des Boards in der Bildung liegt, finden wir, dass er auch in kommerziellen und gewerblichen Anwendungen nützlich sein kann. Firmen verwenden ihn für Sensornetzwerke, Remote Monitoring und für die Entwicklung von Produktprototypen. Auch wenn der Raspberry Pi für Kinder großartig ist, sollten Sie immer daran denken, dass es sich um einen echten Computer handelt. Es ist kein Spielzeug und auch kein extra in seiner Leistung beschränktes Gerät.

Was können Sie mit ihm tun?

Eine der tollen Seiten des Raspberry Pi ist, dass es nicht nur einen Weg gibt, ihn einzusetzen. Ob Sie mit ihm nur Videos ansehen oder im Internet surfen wollen oder ob Sie mit ihm hacken, lernen und basteln wollen – der Raspberry Pi ist eine flexible Plattform, mit der man Spaß haben kann, die nützlich ist und die ein Experimentierumfeld bietet. Hier nur ein paar der Möglichkeiten, den Raspberry Pi einzusetzen:

Ein universell einsetzbarer Computer

Denken Sie daran: Der Raspberry Pi ist ein Computer, den Sie tatsächlich auch als Computer benutzen können. Der Pi in Version 4.0 (aktuell das neueste Release) mit 8 GB RAM und zwei HDMI-Output-Anschlüssen, die 4K bei 60fps unterstützen, ist so leistungsfähig, dass er die meisten normal eingesetzten Desktop-Computer ersetzen könnte. Nachdem Sie ihn in Kapitel 1 zum Laufen gebracht haben, können Sie einen Webbrowser starten, um auf E-Mails, Nachrichten und soziale Netzwerke zuzugreifen – was heutzutage ein häufiger Einsatzzweck für Computer ist. Aber abgesehen vom Webzugriff können Sie die freie LibreOffice-Suite nutzen (www.libreoffice.org), mit der sich Dokumente und Tabellenblätter auch ohne Internetverbindung bearbeiten lassen.

Programmieren lernen

Da der Raspberry Pi als Lernwerkzeug gedacht ist, mit dem Kinder dafür begeistert werden sollen, mit Computern zu experimentieren, enthält er bereits Interpreter und Compiler für viele verschiedene Programmiersprachen. Wollen Sie direkt Code schreiben, können Sie mit der Programmiersprache Python einsteigen. Ihre Grundlagen erklären wir in Kapitel 4. Aber Sie sind nicht auf Python beschränkt: Sie können Programme für Ihren Raspberry Pi in Sprachen wie C, Ruby, Java oder Perl schreiben.

Alle neueren Versionen des Raspberry Pi OS bringen schon ein vorinstalliertes Scratch mit – eine Programmierumgebung, die dazu gedacht ist, jüngere Anwender mit den Konzepten des Programmierens vertraut zu machen. Es gibt sogar eine Programmiersprache und Entwicklungsumgebung namens Sonic Pi, mit der sich Musik machen lässt.

Projektplattform

Der Raspberry Pi unterscheidet sich von einem normalen Computer nicht nur in seinem Preis und seiner Größe, sondern auch, weil er gut mit Elektronikprojekten zusammen nutzbar ist, beispielsweise bei einer Smarthome-Installation. Ab Kapitel 6 werden wir Ihnen zeigen, wie Sie den Raspberry Pi nutzen, um Komponenten zu steuern – von LEDs bis hin zum Schalten von größeren Geräten –, und Sie werden lernen, wie Sie den Status von Tastern und Schaltern auslesen können.

Produkt-Prototyping

Bei immer mehr Elektronikprodukten kommen Linux-Computer zum Einsatz, und nun ist die Welt des eingebetteten oder Embedded Linux besser verfügbar als jemals zuvor. Wenn Sie mit Ihrem Raspberry Pi an einem tollen Produkt arbeiten, das für den täglichen Gebrauch gedacht ist, können Sie das Raspberry Pi Compute Module (eine kleinere Version des Boards, auf die wir später noch zurückkommen werden) benutzen, um ein Produkt mit einem Raspberry Pi als Kern zu entwickeln. Firmen können auch die kleineren Pi-Versionen wie den Zero oder den Zero W für Produkte und Prototypen verwenden, bei denen ein »richtiger« Pi zu groß oder zu teuer wäre.

Raspberry Pi für Maker

Als Maker können wir aus einer ganzen Reihe von Plattformen auswählen, wenn wir technologiebasierte Projekte bauen wollen. Entwicklerboards mit Mikrocontroller wie der Arduino (und der neue Raspberry Pi Pico RP2040) waren lange beliebt, da man sehr leicht mit ihnen arbeiten kann. Aber System-on-a-Chip-Plattformen wie der Raspberry Pi unterscheiden sich von den klassischen Mikrocontrollern in vielerlei Hinsicht. Es ist ein häufiges Missverständnis, dass der Pi und ein Mikrocontroller untereinander austauschbar wären – tatsächlich handelt es sich um völlig unterschiedliche Geräte, die völlig unterschiedliche Funktionen erfüllen. Der Raspberry Pi ist ein Computer – so wie Ihr Desktop-PC –, während es sich beim Arduino um einen Mikrocontroller handelt, dessen Aufgabe es nicht ist, einen Dell oder einen iMac zu ersetzen.

Wir wollen damit nicht sagen, dass ein Raspberry Pi besser ist als ein klassischer Mikrocontroller – er ist nur anders. Wollen Sie zum Beispiel ein einfaches Thermostat bauen, fahren Sie aus Gründen der Einfachheit vermutlich besser mit...