Schnelleinstieg Banana Pi

160 Seiten Boards, Installation, Programmierung, Elektronikprojekte und Zubehör nutzen

Mattias Schlenker

• Publisher: Franzis Verlag
• Year: 2015
• eBook ISBN: 9783645223034
• Edition: 1
• Topic: Computer Science
• Subtopic: Hardware
• Index: Computer Science

Auch wenn der Raspberry Pi als Inbegriff des Single-Board-Computers gilt: Es gibt mehr als nur den Pi - ob als Ein-, Um- oder Aufsteiger, es lohnt sich der Blick auf den Banana Pi. Schon der Name weist auf die Ähnlichkeiten hin, d. h., vorhandene Projekte können Sie gut auch portieren. Profitieren Sie von der besseren Hardware! Nicht nur die Boards werden erklärt, sondern auch die praktische Nutzung von Zubehör. Wenig Theorie, dafür viel Praxis: dokumentiert mit Quellcode, Schaltbildern und Screenshots. Richtiges Board und Betriebssystem wählen, installieren und programmieren Es gibt nicht den einen Banana Pi. Lernen Sie die unterschiedlichen Boards kennen und wählen Sie das richtige für sich aus. Bananian, OpenWRT oder Ubuntu? Egal welches Sie wählen, die Installation wird Ihnen Schritt für Schritt erklärt. Für die Programmierung nehmen Sie am besten Python. Wie diese Programmiersprache installiert und genutzt wird, wird anhand eines eigenen Projekts gezeigt. Mit Praxisprojekten den Banana Pi ausreizen Bananian als Betriebssystem ist sehr mächtig. Nach der richtigen Einbindung im Netzwerk nutzen Sie Ihren Banana Pi als Druckerspooler und wandeln PostScript vor dem Ausdruck in das binäre Format des Druckers um. Cloudserver und Desktopersatz sind genauso dabei wie Dateiserver und Videorekorder. Die Umsetzung von Projekten an der GPIO lernen Sie auch anhand von Praxisbeispielen kennen. Webcam oder Servomotor? Zwei Beispiele zeigen Ihnen, wie es geht.

GPIO KREATIV NUTZEN

Bereits beim Auspacken des Banana Pi fällt die 26- oder 40-polige Sockelleiste auf. Das Rastermaß von einem Zehntelzoll (2,54 mm), das auch SCSI- oder IDE-Kabel verwenden, ist in der Elektronikszene sehr beliebt. Und bereits die Verwendung »echter« Stecksockel deutet an, dass diese Pins ganz bewusst Ihnen, dem Nutzer, bereitgestellt werden! Machen Sie etwas daraus!

Sogenanntes General Purpose Input Output – kurz GPIO – ist bei integrierten oder eingebetteten Systemen nicht ungewöhnlich. Viele Chipsätze sehen bis zu 100 Pins dafür vor. In Ihrem DSL-Router dienen die GPIO-Pins beispielsweise dazu, den Tastendruck des Reset- oder WPS-Buttons abzufangen oder LEDs blinken zu lassen. In anderen Fällen werden andere Chips über langsame Bussysteme angeschlossen und kommunizieren mit dem Linux-System über simple Protokolle. Busse und Protokolle variieren: Mal können über 1.000 Geräte auf einem Bus mit 1 MBit pro Sekunde kommunizieren, mal benötigt ein Bus drei Datenleitungen (Senden, Empfangen, Takt) und eine Steuerleitung für jeden Client für ein paar Hundert kBit pro Sekunde. Gelegentlich ist sogenanntes »Bitbanging« – am besten mit »Bittrommeln« zu übersetzen – erforderlich, um ein paar Tausend Bit pro Sekunde über die Leitung zu bringen.

Allen gemeinsam ist, dass GPIO einerseits relativ robust hinsichtlich der verwendeten Spannungen ausgelegt ist und andererseits gegenüber Störungen tolerant arbeitet. Kurzum: GPIO ist ideal für eigene Elektronikversuche und recht fehlertolerant, wenn ein paar wenige Regeln beachtet werden.

Protokolle im GPIO

Auf den nächsten Seiten und in schematischen Darstellungen werden Sie immer wieder mit den Busprotokollen UART, I2C oder SPI konfrontiert werden. Stehen diese Bezeichnungen an Pins, bedeutet es, dass hier diese Protokolle in Hardware (und damit schnell!) implementiert sind. Sollten Sie nur eine LED blinken oder einen Schalter auswerten lassen, greifen Sie daher besser auf einen anderen Pin zurück, wenn eine gewisse Wahrscheinlichkeit besteht, dass Sie das betreffende Protokoll für andere Bausteine benötigen.

Pinbelegung der Banana Pi

In den folgenden Abschnitten werden Sie mit den GPIO-Pins des Banana Pi konfrontiert sein. Perfide dabei ist, dass es verschiedene Enumerationsmethoden gibt. Es dominieren »physikalische«, wobei die Pins einfach in ihrer Lage in der Platine durchgezählt werden: Links sind die ungeraden, rechts die geraden. Es geht also von links oben mit Pin 1 über Pin 2, der beim Banana Pi M1 die Ecke kennzeichnet, nach rechts unten zu Pin 26. Etwas gemeiner sind die logischen Bezeichnungen, weil ab und an mal ein Port von Hardwarerevision zu Hardwarerevision seinen Namen wechselt.

Hier nun eine ultimative Tabelle der GPIO-Ports des Banana Pi M1. Pin 2 liegt in der rechten oberen Ecke neben der Öse, Pin 26 außen und neben der gelben Composite-Videobuchse:

Achtung beim R1!

Pin 1 liegt außen nahe der Öse. Das bedeutet, dass für Raspberry Pi oder Banana Pi M1 entworfene Aufsteckplatinen nach außen zeigend aufgesteckt werden müssen.

Software installieren

Bananian bringt noch keine Software zum Ansteuern der GPIO-Pins mit, die muss nachinstalliert werden. Allerdings liegt sie nur als Quellcode vor, daher müssen Sie die benötigten Programme selbst übersetzen. Installieren Sie zunächst die zum Kompilieren benötigten Pakete mittels apt-get:

apt-get install build-essential python2.7 python-setuptools python-dev git sudo

Nun wechseln Sie in den Ordner /usr/src und laden mittels git die Quellcodes herunter. Der beschriebene Befehl verwendet den Zweig (Branch, daher -b) der 26-poligen Banana Pi M1 und R1, für die 40-poligen Banana Pro und M1+ müssen Sie bananapro verwenden:

cd /usr/src

git clone https://github.com/LeMaker/WiringBP.git -b bananapi

git clone https://github.com/LeMaker/RPi.GPIO_BP -b bananapi

Als Erstes kompilieren und installieren Sie WiringBP:

cd /usr/src/WiringBP

bash build

War die Installation erfolgreich, installieren Sie das GPIO-Modul für Python:

cd /usr/src/RPi.GPIO_BP

python setup.py config

python setup.py build

python setup.py install

Testen Sie anschließend mit dem Befehl

gpio readall

ob auf die GPIO-Pins zugegriffen werden kann. In unserem Beispiel werden bereits die Pins RX und TX der in der GPIO-Leiste vorhandenen zweiten seriellen Schnittstelle benutzt. Drucken Sie sich die Tabelle am besten als Spickzettel aus, denn Sie werden auf verschiedene Programmierbeispiele stoßen, die teils die physikalische Notation (Nummerierung in der Sockelleiste) und teils die GPIO-Bezeichnung benutzen.

Start mit Steckbrett und LED

Für den Aufbau einfacher Schaltungen empfehlen wir ein Steckbrett, bei dem oben und unten Schienen quer für Masse und Versorgungsspannung vorhanden und senkrecht jeweils fünf Steckpunkte durchkontaktiert sind. Für den Aufbau von Schaltungen auf dem Steckbrett benötigen Sie sogenannte Jumperkabel, große Versender haben Bündel mit 40 Stück für wenige Euro im Programm.

Für den Anschluss des Banana Pi ans Steckbrett sind sogenannte »male-female jumpers« praktisch – Jumperkabel, die auf einer Seite eine Buchse besitzen. Sollen verhältnismäßig viele der GPIO-Pins benutzt werden, ist die Verwendung von Brücken wie der Allnet-Breakoutplatine (113079) praktisch.

Für die Fotos verwenden wir, wo es sinnvoll ist, das etwas kompaktere »Raspi GPIO shield 1.0«, das allerdings nicht alle GPIO-Pins auf das Steckbrett führt. Sinnvolle Alternativen sind sogenannte U- oder T-Cobbler. Achten Sie beim Kauf darauf, dass möglichst wenige Löcher des Steckbretts verdeckt und damit nutzlos werden.

LEDs sind praktisch

Für Tests verwenden wir gern LEDs. Leuchtdioden sind mittlerweile billig und hinreichend robust. Einfache 2,5-mm- oder 5-mm-LEDs nehmen zudem nur wenige Milliampè...

Table of contents

• VORWORT
• GRUNDLAGEN
• BETRIEBSSYSTEM INSTALLIEREN
• BANANIAN IN DER PRAXIS
• GPIO KREATIV NUTZEN
• ANHANG