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Modulare Computer-Konzepte wie das ATX-System sind verhältnismäßig teuer und sperrig, viele Dinge wie PCI-Steckplätze sowie überdimensionierte Stromversorgungen werden zudem gar nicht benötigt. Speicherprogrammierbare Steuerungen (SPS) eignen sich hingegen nur für spezielle Zwecke und schlagen zudem meist kostenmäßig noch mehr zu Buche. Die preiswerten Single Board Computer haben deshalb durch ihre universelle Verwendbarkeit und Kompaktheit einen Siegeszug in vielen Bereichen angetreten.

Wissenswertes zu Einplatinencomputer & Single Board Computer

Was ist ein Single Board Computer?

Raspberry Pi® 3 Model B mit 64-Bit Prozessor und WiFi sowie Bluetooth Modul

Als Single Board Computer, abgekürzt SBC genannt, bezeichnet man Prozessorboards, die bereits alle zum Betrieb notwendigen Komponenten enthalten. Das sind mindestens der eigentliche Mikroprozessor samt dem zugehörigen Chipsatz, Arbeitsspeicher (RAM), Cache und ein Slot für den Datenträger mit dem Betriebssystem.

Weitere periphere Bestandteile wie beispielsweise Grafik, Kommunikationsschnittstellen, Audio-Ein- und Ausgänge sind oftmals ebenfalls bereits integriert oder können alternativ über entsprechende Zusatzmodule bedarfsgerecht ergänzt werden, die in die dafür vorgesehenen Steckplätze gesteckt werden. Eine alternative beziehungsweise die deutsche Bezeichnung für einen SBC lautet Einplatinen-Computer. Wohl am bekanntesten ist der etwa kreditkartengroße Raspberry Pi, der von der britischen Raspberry Pi Foundation entwickelt wurde.

Einplatinencomputer sind preiswert in der Anschaffung. Mit ihrer Multifunktionalität stellen sie eine günstige und sehr flexible All-in-One-Lösung für viele Applikationen dar. Ein großer Vorteil ist die gewohnte grafische Benutzeroberfläche, wie man sie vom heimischen PC bereits gewohnt ist. Durch die Verfügbarkeit kostenloser Linux-Distributionen entstehen keine weiteren Kosten für das erforderliche Betriebssystem sowie Updates. Eventuell notwendige Programmanpassungen, Funktionserweiterungen und Bugfixes können ohne großen Aufwand jederzeit bei Bedarf vorgenommen werden.

Verwendungszwecke von Single Board Computern

Einplatinencomputer bieten im Grundsatz die gleichen umfangreichen Möglichkeiten wie herkömmliche PCs („Personal Computer“), sind aber durch ihre kleine Bauform auch für mobile und platzlimitierte Anwendungen einsetzbar. Interessant sind zusätzlich ihre relativ geringe Stromaufnahme und das praktisch immer lüfterlose Design, das einen geräuschlosen und wartungsarmen Betrieb ermöglicht.

SBCs haben mittlerweile eine außerordentlich breite Verwendung gefunden. Im industriellen Bereich kommen sie für Mess-, Steuerungs- und Regelzwecke zum Einsatz, in der Konsumelektronik sitzen sie in Haushaltsgeräten, Kraftfahrzeugen und Unterhaltungselektronik. Ebenso eingesetzt werden Single Board Computer im Bereich der Medizintechnik, für Spielautomaten, als Home-Server und Thin Clients.

Im privaten Bereich erlauben Einplatinencomputer im Prinzip eine beinahe grenzenlose Verwendbarkeit. Vom selbst konfigurierbaren Media-Center bis hin zur Retro-Spielkonsole sind dem versierten Anwender praktisch keine Limitierungen gesetzt.

Wie ist ein Single Board Computer aufgebaut?

Die meisten gängigen SBCs haben in etwa die Größe einer Kreditkarte oder sind sogar noch kleiner. Allerdings können besonders leistungsstarke Single Board Computer auch größer sein, ein gebräuchliches Format ist hier beispielsweise 100 x 75 mm.

Banana Pi mit LAN-, USB- und HDMI-Anschluss ist auch GPIO kompatibel

In der Regel sind Single Board Computer bereits fertig bestückt mit allen Bauteilen und Schnittstellen, die auch an einem PC zu finden sind. Dazu gehören Prozessor, Taktgeber, Grafikprozessor samt Grafikausgabe, Audioausgabe, Ethernet bzw. WLAN, USB, SD-Kartenslot und zudem eine GPIO-Schnittstelle on Board.

Ein eigenes Gehäuse, so wie ein herkömmlicher Computer, besitzen Einplatinencomputer in aller Regel nicht, da das Board ohnehin meist in ein bestehendes System integriert wird und hierzu entsprechende Befestigungsbohrungen an der Hauptplatine aufweist. Zum Teil sind jedoch passende Gehäuse mit den notwendigen Aussparungen für die Steckverbindungen auf der Hauptplatine als Zubehör lieferbar. Zudem ist kein eigenes Netzteil zum Anschluss an das Wechselspannungsnetz vorhanden, Einplatinencomputer beziehen die benötigte Versorgungsspannung (meist 5 oder 12 Volt Gleichspannung) entweder über einen Micro-USB-Power-Anschluss oder werden über Steckverbinder beziehungsweise Schraub- oder Steckklemmen von einem externen Netzteil versorgt.

Recht gebräuchlich bei Einplatinencomputern sind Überwachungsschaltungen wie Watchdogs und Stromausfall-Erkennungen. Sie verhindern bei Software-Fehlern und nach Spannungseinbrüchen, dass der Single Board Computer dauerhaft in einen undefinierten Betriebszustand gerät, indem sie bei Ausbleiben einer zyklisch erwarteten „OK“-Meldung oder nach einem Stromausfall einen Neustart auslösen. Dies ist ebenfalls eine sehr nützliche Eigenschaft, wenn SBCs entweder schwer zugänglich betrieben werden, oder aber räumlich weit entfernt. In letzterem Fall ermöglicht der automatische Neustart eine jederzeit zuverlässige Erreichbarkeit per Fernwartung; eventuell zeit- und kostenintensive Serviceeinsätze – letztlich nur für einen einfachen Reset – können damit entfallen.

Was ist der Unterschied zu einem Mikrocontroller Board wie zum Beispiel Arduino?

Mikrocontroller Boards bestehen aus einer Leiterplatte, die den eigentlichen Mikrocontroller (die MCU) beherbergt und Programmier- und Peripherieschnittstellen bereitstellt. Typischerweise werden Mikrocontroller für einen spezifischen, einzelnen Anwendungszweck programmiert. Single Board Computer hingegen können mit meist speziell angepassten Betriebssystemen wie Linux, Windows und anderen umgehen und erlauben dadurch auch komplexe Multitasking-Anwendungen, ähnlich wie herkömmliche Computer für den Heim- und Bürogebrauch.

Worauf ist beim Kauf von Single Board Computern zu achten?

Kamera-Set mit Raspberry Pi® 3 Model B und IP-Kamera inklusive Software

Wie bei herkömmlichen PCs sollte auch bei der Anschaffung von Einplatinencomputern auf ausreichend Rechenleistung und Arbeitsspeicher (RAM) des Boards geachtet werden. Es schadet nicht, etwas Reserve für später eventuell notwendig werdende Funktionserweiterungen einzuplanen, denn so kann unter Umständen ein aufwändiger Hardware-Tausch der Hauptplatine vermieden werden. Die meisten Single Board Computer unterstützen Linux-Distributionen; manche haben Linux sogar schon ab Werk vorinstalliert. Soll ein anderes Betriebssystem zum Einsatz kommen, ist die Eignung hierfür vorab zu prüfen.

Gebräuchliche Display-Schnittstellen sind HDMI, LVDS (PDI) und MIPI-DSI. Soll eine Kamera angeschlossen werden, muss auch hierfür ein entsprechender Anschluss auf dem Board vorhanden sein. Ein Blick lohnt sich zudem auf die eventuell benötigte Bluetooth-Funktionalität. In dem Bereich gibt es mittlerweile verschiedene Versionen, was besonders für Audiozwecke wichtig sein kann.

Für Entwicklungs- und Evaluierungszwecke sind spezielle Entwicklungskits verfügbar, auch Starter-Kits oder Prototyping-Boards genannt. Manche Hersteller bieten diese bereits vor Erscheinen der Serienboards an, um Entwicklern mehr Zeit für die Software-Entwicklung und -Erprobung zu verschaffen.

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