Der Raspberry Pi 3 bietet eine unglaubliche Menge an Möglichkeiten in einem sehr kleinen und günstigen Paket. Sie können ihn in alles Mögliche verwandeln, von einem Media Center hinter Ihrem Fernseher bis hin zu einer intelligenten Sprinkleranlage, doch zunächst müssen Sie ihn erst einmal zum Laufen bringen.
Ich empfehle Ihnen einen dezidierten Bildschirm, Tastatur und Maus, damit Ihr Pi 3 als eigenständiger PC funktionieren kann, aber ich weiß natürlich, dass das nicht immer möglich ist. Wie gehen Sie also vor, wenn Sie für Ihr Vorhaben nur Ihren Laptop, beschränkten Speicherplatz und ein limitiertes Budget haben? Keine Sorge. Das Raspberry Pi-System ist voll funktionsfähig über eine SSH- oder serielle Verbindung und braucht eigentlich keine Peripheriegeräte, um zu funktionieren. Für eine effektive Headless-Einrichtung müssen Sie zunächst zwei Dinge tun: das Betriebssystem installieren und Konnektivität einrichten. Und so funktioniert es.
Schritt 1 – Aus meinen Fehlern lernen
Mein erster Gedanke war, einen seriellen USB-Adapter zu verwenden wie das Adafruit Raspberry Pi Schnittstellenkabel. Ich habe sie früher problemlos für den Pi 1 und 2 sowie für diverse andere Programmierprojekte eingesetzt. Ich hatte es mit verhältnismäßig einfach vorgestellt, aber ich wurde schnell eines Besseren belehrt. Denken Sie daran, dass RX und TX Empfangen an Gerät und Senden aus Gerät bedeuten, sodass der RX des Adapters an den TX des Raspberry Pi und der TX in den RX des Pi angeschlossen werden muss. Auf dem Raspberry Pi sind die richtigen Pins jeweils die 8 und 10 für TX und RX. Denken Sie dran, die Grundplatte an Pin 9 oder 6 anzuschließen. Ich ziehe Pin 9 für die Grundplatte vor, da ich einen 5V-Minilüfter an den Pins 4 und 6 angeschlossen habe und eine Grundplatte garantiert, dass Ihr Pi auch bei hoher Arbeitsbelastung schön kühl bleibt.
Ähnliches Produkt:
Nachdem ich alle seriellen Kabel anschlossen und NOOBS auf die SD-Karte geladen hatte, um das System zum Laufen zu bringen, stellten sich mir sofort folgende zwei Probleme: NOOBS war mit seiner Standardkonfiguration nicht zu einer Headless-Installation fähig und die serielle Schnittstelle leitete mich zu einer Wiederherstellungskonsole, mit der ich nicht kommunizieren konnte. Auf die SD-Karte lud ich Raspbian, um NOOBs ohne weitere Schnittstellengeräte installieren zu können. Während dieses ganzen Prozesses hatte ich den Pi an einen zweiten Bildschirm angeschlossen, um seinen Fortschritt verfolgen zu können und sicherzugehen, dass alles wie geplant voranschreitet. Raspbian wurde erfolgreich installiert, aber meine serielle Konsole weigerte sich, mir irgendetwas anzuzeigen oder auf meine Eingaben zu reagieren.
Nach einigen Nachforschungen fand ich heraus, dass das Anschließen einer seriellen Konsole an den Raspberry Pi 3 ein Problem zur Folge hat. Und zwar wurden die Verbindungen aufgrund der zusätzlichen Funktionen des neuen Pi wie WLAN und Bluetooth doppelt belegt. So wird beispielsweise der UART, auf dem zuvor die serielle Konsole residierte, nun für Bluetooth-Kommunikationen verwendet. Dieser UART war nötig, weil seine Busgeschwindigkeit unabhängig von der Geschwindigkeit der Systemuhr eingestellt werden kann, was eine Grundvoraussetzung für das Bluetooth-Modul ist. Es gibt zwar einen zweiten UART im Pi 3, doch dieser hat einen Haken: seine Baudrate ist an die Systemfrequenz gebunden, sodass sie mit der sich verändernden Prozessorgeschwindigkeit variiert. Ohne eine feste Baudrate ist eine effektive Kommunikation jedoch praktisch unmöglich. Die Lösung ist eine Config-Flag, mit der das Problem der Systemfrequenz behoben und eine einheitliche Baudrate von 115200 eingestellt wird. Der unangenehme Nebeneffekt ist, dass die Gesamtleistung des Raspberry Pi dadurch reduziert wird. Dies können Sie jedoch ausgleichen, indem Sie den Raspberry Pi durchgängig in den Turbomodus zwingen. Denken Sie daran: Zwingen Sie ihn nur in den Turbomodus, wenn Sie Ihren Pi mit einem Kühlkörper und einem Lüfter ausgestattet haben.
Folgen der Aktivierung der seriellen Schnittstelle
Um die serielle Verbindung auf dem Mini-UART zu aktivieren, fügen Sie „enable_uart=1“ in der config.txt-Datei hinzu, die sich im Root-Verzeichnis befindet, wenn Sie eine SD-Karte mit Raspian in einem Windows-Rechner verwenden. Config.txt befindet sich auch in /boot/, wenn Sie das Dateisystem vom Raspberry Pi aus betrachten. Dadurch können Sie sofort auf die serielle Konsole zugreifen, sobald der Pi betriebsbereit ist. Jetzt können Sie eine microSD-Karte einstecken, auf die Sie Raspbian geladen haben, und ein Terminal wie Putty einrichten, mit dem Sie den Pi verbinden.
An die nun für den Raspberry Pi offene serielle Schnittstelle können Sie jetzt über die Befehlszeile das WLAN anschließen. Um alle Ihrem Pi zur Verfügung stehenden Zugriffspunkte aufzulisten, verwenden Sie das Kommando „sudo iwlist wlan0 scan“. Bestimmen Sie die ESSID des WLANs, mit dem Sie sich verbinden möchten, und die verwendete Authentifizierungsmethode, die unter der SSID aufgeführt wird. Der Rest dieser Methode funktioniert hervorragend mit den WPA- und dem neueren WPA2-Sicherheitsstandard, aber Sie werden andere Anweisungen brauchen, wenn Sie sich über einen RADIUS-Server oder WPA2 Enterprise anmelden. Ich rate dringend davon ab, WEP in Wireless-Einrichtungen zu verwenden, da diese leicht durchbrochen werden können. Sobald Sie Ihre SSID und den WLAN-Schlüssel haben, müssen Sie in die Config-Datei wpa-supplicant „sudo nano /etc/wpa_supplicant/wpa_supplicant.conf“ eingeben. Ersetzen Sie am Ende der Datei die SSID und den Schlüssel durch folgenden Text:
network={
ssid="The_ESSID_from_earlier"
psk="Your_wifi_password"
}
Drücken Sie Strg+X und Y und anschließend die Eingabetaste, um Nano zu verlassen und die Datei zu speichern. Jetzt sollte der WPA-Supplicant die Änderungen erkennen und versuchen, eine Verbindung zu dem aufgeführten Netzwerk herzustellen. Andernfalls können Sie die Schnittstelle manuell mit „sudo ifdown wlan0 && sudo ifup wlan0“ neustarten oder versuchen, mit „sudo reboot now“ zu booten. Sie können die Netzwerkverbindung überprüfen und die IP-Adresse, mit der Sie sich über SSH verbinden, mit „ifconfig wlan0“ bestimmen. Die inet addr ist die IP-Adresse des Pi in Ihrem Netzwerk.
Serielle Schnittstellen wie diese sind meine bevorzugte Methode, um den Raspberry Pi 3 mit dem Internet zu verbinden, wenn ich keine eigene Tastatur und Maus habe, da ich dadurch schnell das WLAN konfigurieren und die IP-Adresse bestimmen kann, um von der seriellen Schnittstelle zu SSH zu wechseln. Wenn Sie die serielle Schnittstelle nicht mehr brauchen, empfehle ich, “enable_uart” in der Datei config.txt, die wir zuvor zur Erhöhung der Taktfrequenz des Pi geändert haben, auf 0 zu setzen. Mit diesem letzten Schritt verhindern Sie Probleme, die eine serielle Verbindung mit sich bringen würde.
Die einfache Methode
Eine weitere, deutlich einfachere Methode, das WLAN einzurichten, ist, einfach Ihre konfigurierte wpa_supplicant.conf-Datei im Root einer kurz zuvor konfigurierten Raspbian SD-Karte abzulegen. Bei dieser frisch konfigurierten SD-Karte müssen Sie darauf achten, dass Sie den Installationsprozess noch nicht durchlaufen hat. Sobald Sie die SD-Karte im Raspberry Pi booten, wird beim Installationsvorgang auch ihre benutzerspezifische Konfigurationsdatei in das Hauptsystem übernommen, sodass der Pi auf Ihr Netzwerk aufspringen kann. Einer der Nachteile dieser Methode mit serieller Verbindung ist, dass es nicht einfach ist, die IP-Adresse zu ermitteln, um sich über SSH zu verbinden. Ein frisch gebooteter Pi, der noch nicht vom Benutzer angepasst wurde, trägt den Netzwerknamen „raspberrypi”, was bedeutet, dass Sie es leicht anpingen können, wenn es sich in demselben Netzwerk als Ihr Hauptrechner befindet, um die IP-Adresse für SSH-Verbindungen zu ermitteln.
Für den NOOBS
Der verfügbare NOOBS-Installer macht ein bisschen mehr Arbeit, lohnt sich aber aufgrund der vielen Funktionalitäten des Betriebssystems. Um NOOBS headless zu verwenden, muss es für eine unbeaufsichtigte Installation konfiguriert werden und in der Lage sein, die Datei wpa-supplicant nach der Installation von Raspbian zu verschieben. Zur Aktivierung der unbeaufsichtigten Installation in NOOBS, müssen Sie die Datei recover.cmdline im Root-Verzeichnis auf der SD-Karte bearbeiten. Zunächst sieht die Datei so aus:
runinstaller quiet ramdisk_size=32768 root=/dev/ram0 init=/init vt.cur_default=1 elevator=deadline
Die modifizierte Version zur unbeaufsichtigten Installation mit US-Tastaturbelegung als Standard sieht wie folgt aus:
runinstaller quiet ramdisk_size=32768 root=/dev/ram0 init=/init vt.cur_default=1 elevator=deadline keyboard=us silentinstall
Diese Version von recovery.cmdline installiert automatisch das auf der SD-Karte vorhandene Betriebssystem. Damit die unbeaufsichtigte Installation funktionieren kann, darf auf der SD-Karte nur ein einziges Betriebssystem vorhanden sein. Der aktuelle NOOBS-Offline-Installer hat Raspbian und funktionierte problemlos ohne irgendwelche Änderungen.
Um die Datei wpa_supplicant.conf verschieben zu können, müssen wir ein externes Tool namens NOOBSConfig von Procount hinzufügen. Es verfügt über ein Beispiel speziell zum Kopieren der wpa-Datei für Raspbian.
Wenn wir silentinstall und NOOBSConfig hinzufügen, erhalten wir eine SD-Karte, die in einen Raspberry Pi eingesteckt werden kann, um sich vollkommen selbstständig zu installieren und auf das Netzwerk aufzuspringen. Sie können dieselben oben genannten Schritte befolgen, um die IP-Adresse mit einem Ping zu bestimmen und sich dann per SSH mit Ihrem neuen kleinen Linux-Rechner zu verbinden.
Abschluss und Zusammenfassung
Nachdem Sie eine der obigen Methoden befolgt haben, um einen headless Raspberry Pi 3 einzurichten, würde ich noch einige abschließende Schritte empfehlen. Mit „sudo raspi-config“ rufen Sie ein Menü mit einer Menge hilfreicher Tools auf. Der erste Schritt ist die Ausführung des Befehls „Expand Filesystem“, um das System zu erweitern, und sicherzustellen, dass es den gesamten verfügbaren Speicherplatz verwendet, zumal die Erstellung eines Image auf einer SD-Karte zu nicht zugewiesenem Speicherplatz führen kann. Ändern Sie unbedingt das Benutzerkennwort mit der zweiten Menüoption, da Ihr System mit Standardpasswörtern nicht vor Angriffen geschützt ist. Die fünfte Option ermöglicht Ihnen, Gebietsschema, Zeitzone, Tastaturbelegung und WLAN-Land zu ändern, um sicherzustellen, dass alle Variablen Ihren Systemerwartungen entsprechen. Das Menü mit erweiterten Optionen enthält noch viele weitere Anpassungsmöglichkeiten, beispielsweise die Möglichkeit, die serielle Kommunikation zu aktivieren und zu deaktivieren. Dies geschieht über den Schalter enable_uart, von dem ich zuvor gesprochen hatte.
Jetzt haben Sie einen Raspberry Pi, der sich mit dem Internet verbinden kann und mehr Rechenleistung hat als für die erste Mondlandung nötig war, und Sie haben Zugriff auf eine lebendige Community mit haufenweise Projektbeispielen. Haben Sie Freude am Schaffen, was immer Ihnen in den Sinn kommt, und teilen Sie Ihre Leidenschaft mit anderen. Der Raspberry Pi 3 ist eine hervorragende, preiswerte Option für Einsteiger in die Elektronikwelt.