Back To Hack: Raspi & Friends: Ein Besuch im ARM-Zoo

Transkript

1 Back To Hack: Raspi & Friends: Ein Besuch im ARM-Zoo Axel Attraktor e.v. 4. Juni 2013 Axel (Attraktor e.v.) Back To Hack 4. Juni / 33

2 Fing mit dem Raspberry Pi alles an? Anfang 2012 wird der Raspberry Pi veröffentlicht 700 MHz ARM-CPU, 256MB RAM, gute Grafikleistung, Videoausgang, 35 Dollar Hauptsächlich für Lehre und als (Software-)Experimentierplattform Eben Upton: We honestly did think we would sell about 1,000, maybe 10,000 in our wildest dreams. 1 Jahr später sind über 1,2 Millionen Pis verkauft: Der erfolgreichste ARM Single-Board-Computer der Welt... War das der Anfang? Ja, aber wovon? Axel (Attraktor e.v.) Back To Hack 4. Juni / 33

3 Was war neu? Das erste ARM-Board? Wohl kaum... Das erste Board für Privatanwender? Das erste bezahlbare Board? Das erste Board für Lehr-Einsatz? Ein paar Vorgänger... Axel (Attraktor e.v.) Back To Hack 4. Juni / 33

4 Was ist es denn nun? Was für Boards waren die Vorgänger? Was ist der Raspberry Pi? Development/Prototyping-Boards Evaluation-Boards Single-Board Computers Barebones Computer Das Raspberry Pi sieht aus wie ein Prototyping- oder Development-Board, ist es aber eigentlich nicht.....es ist einfach ein extrem reduzierter Barebones Computer. Axel (Attraktor e.v.) Back To Hack 4. Juni / 33

5 Mein persönlicher Eindruck: Gutes timing: Internet of Things, Maker-Bewegung Konsequent billig Zugänglich in Verfügbarkeit, Hardware und Software Just enough computer.. Auf jeden Fall ist es ein ARM-Board...und was ist ARM? Axel (Attraktor e.v.) Back To Hack 4. Juni / 33

6 Die ARM-Architektur: CPU-Architekturen Aspekte einer CPU-Architektur: Befehlssatz (Befehle, Operanden, Typen) Register, Flags Busse (Speicher und Peripherie) Timer, Interrupts CPU-Modi Sicherheitsmodell Speicherverwaltung Ausführungsmodell Axel (Attraktor e.v.) Back To Hack 4. Juni / 33

7 Die ARM-Architektur ARM steht für Advanced RISC Machine. Die ARM Holdings entwickelt Architektur und CPUs und lizensiert diese als IP Cores. Große Lizenznehmer sind: Qualcomm (Snapdragon), nvidia (Tegra), Marvell (XScale), TI (OMAP), Apple (A-CPUs) RISC steht für Reduced Instruction Set Computer und bedeutet: kleinerer Befehlssatz, meist feste Länge weniger komplexe Chips (weniger Gates) einfacheres Ausführungsmodell, komplexere Optimierungen im Chip Schnellere Geschwindigkeit Geringerer Stromverbrauch Meist Optimierungen im Compiler notwendig (Coding per Hand ist wenig spassig!) Hat sich durchgesetzt... Axel (Attraktor e.v.) Back To Hack 4. Juni / 33

8 Die ARM-Architektur Markt der ARM-Architektur: Gut für Mobile Geräte: Mittlere Leistung bei sehr geringem Stromverbrauch 2010: 95% aller Smartphones, 35% aller Fernseher und Set-Top-Boxen Lizensierungs-Modell ermöglichte viele Spezial-Chips: z.b. Medien und Funk ebook-reader, Navis, Tablets, Medien-Systeme, Router, Signage, HMI zunehmend auch im Mikrocontroller-Markt die meistverkaufte 32Bit-CPU der Welt 2008 wurde die 10-milliardste CPU verkauft und allein 2010 dann über 6 Milliarden. Axel (Attraktor e.v.) Back To Hack 4. Juni / 33

9 Ein bisschen Geschichte Wie fing das an? Anfang der 80er wollte Acorn die 6502 durch eine neue CPU ersetzen um den aufkommenden PCs entgegenzutreten wurde evaluiert aber abgelehnt, man entschied sich für eine Neuentwicklung. Der RISC-Ansatz schien passend. Die ARM-CPU war Co-Prozessor für den BBC Micro und wurde gleich zur Entwicklung des ARM2 eingesetzt. Halb so gross wie der 68000, schneller als der 286er. Diverse Versionen von Architektur und CPU folgten. Acorn kooperierte mit Apple und die nahmen die CPU für ihren Newton. Design-Team wurde in die ARM-Holdings ausgegliedert, die Lizensierung begann.. Axel (Attraktor e.v.) Back To Hack 4. Juni / 33

10 ARM-Architektur und IP cores Namen... ARM-Architektur: ARMv1, ARMv2,.., ARMv8 ARM-Cores: Lizensierbare CPUs: ARM1, ARM2, ARM3 ARM-CPUs/Chips: Das Produkt.. Verwirrung um ARM7 gegenüber ARMv7 Problem gelöst mit Cortex (Cortex-A8, Cortex-A9, Cortex-A15) Allwinner und Apple arbeiten mit A4 (A8), A5 (A9), A10 (A8), A13 (A8), A20 (A7) usw. dagegen... lolwut? Axel (Attraktor e.v.) Back To Hack 4. Juni / 33

11 Jüngere Geschichte Heute sind die CPUs der Cortex-Reihe aktuell: 2005: Version 7 der Architektur (ARMv7, Cortex) 2005: Cortex-A8 single-core 2009: Cortex-A9 dual-core 2011: Cortex-A9 quad-core (nvidia Tegra 3) 2011: Cortex-A15 erste Server-CPU, Hardware-Virtualisierung 2011: ARMv8 wird vorgestellt 2012: Cortex-A50 (53, 57), erste 64-Bit CPUs, angekündigt. 3 Profile: Cortex-A / Application Cortex-M / Microcontroller Cortex-R / Realtime Axel (Attraktor e.v.) Back To Hack 4. Juni / 33

12 ARM-Boards ARM-Boards haben sich lange nur an Firmen als Embedded System und für Produktentwicklung gerichtet und waren bös teuer. Seit dem Raspberry Pi wurde das anders. Hacker, Maker, Hobbyisten wurden als Markt und Multiplikatoren erkannt und inzwischen will jede Firma ihr ARM-Board. (Außer Broadcom...) Außerdem wollen viele Projekte auf den Erfolg des Raspberry Pi aufspringen und vom Erfolg profitieren oder es besser machen... Also auf in den Zoo... Axel (Attraktor e.v.) Back To Hack 4. Juni / 33

13 Die Entwickler-Boards der ersten Stunde... Axel (Attraktor e.v.) Back To Hack 4. Juni / 33

14 Das Beagleboard Von TI (und Digi-Key) 2008 als Open Source Plattform entworfen, Open Hardware! Cortex-A8, 600MHz, 128MB RAM, USB, internes Flash, Sound, Video, DVI, SD-Card, kein Netzwerk Beagleboard-xM: schnellere CPU, Ethernet, kein Flash mehr OS: Linux, Android, Windows CE, FreeBSD, Risc OS ca 150 $ (damals relativ günstig) Axel (Attraktor e.v.) Back To Hack 4. Juni / 33

15 Das Pandaboard Community-Projekt mit Unterstützung von TI, auch Open Hardware Cortex-A9, 1GHz, 1GB, USB, Bluetooth, WLAN, DVI, HDMI, Ethernet, Audio -ES: schneller (1,2GHz), Detailverbesserungen OS: Linux, Android, Windows CE, FreeBSD, Risc OS ca 180 $ (TI-gesponsort) Axel (Attraktor e.v.) Back To Hack 4. Juni / 33

16 Der Beaglebone Leistungsdaten ähnlichem dem Beagleboard (kurz vor dem Raspberry Pi) kein on-board Video-Ausgang Aber dafür Capes für so ziemlich alles, was man möchte (Video, Bus-Systeme, Audio, Funk, Speicher) ca 90 $ Axel (Attraktor e.v.) Back To Hack 4. Juni / 33

17 Die Folgen des Raspberry Pi... Axel (Attraktor e.v.) Back To Hack 4. Juni / 33

18 Der Beaglebone Black Veröffentlicht 2013 schneller, 512 MB RAM, HDMI, 2GB Flash Versuch, mit dem Raspberry Pi mitzuhalten. Preis auf ca 45 $ gesenkt! Von Features, Preis und Erweiterbarkeit her ein sehr schönes System. Axel (Attraktor e.v.) Back To Hack 4. Juni / 33

19 Die OLinuXino Reihe von Boards der Firma Olimex, mit Allwinner-CPU, Open Hardware. A13: Cortex-A8, 1GHz, 512MB, VGA-Ausgang, USB, Audio, UEXT-Connector, viel GPIO A10S: HDMI A20: dual-core Cortex-A7, HDMI In diversen Konfigurationen zu haben, 35 bis 65 Euro Axel (Attraktor e.v.) Back To Hack 4. Juni / 33

20 Die kleinen Server... Axel (Attraktor e.v.) Back To Hack 4. Juni / 33

21 Das cubieboard Einzelprojekt, Open Hardware Cortex-A8, 1GB RAM, Ethernet, 4GB Flash, SATA(!), 96 GPIO pins, SD card, HDMI OS: Android und Ubuntu, Arch Linux,... War zeitweise nicht einfach zu bekommen, sollte jetzt besser sein Sollte einen guten Wohnungs-Server abgeben! ca 60 Euro Axel (Attraktor e.v.) Back To Hack 4. Juni / 33

22 ODroid U2 Einzelprojekt, sehr auf Android ausgerichtet Samsung Cortex-A9 1,7 GHz Quad-Core(!), 2GB RAM, USB, HDMI, Audio, SD card, Ethernet, sehr klein, braucht aber einen Kühlkörper Android, Ubuntu geht aber auch ca 90 $ aus Korea Axel (Attraktor e.v.) Back To Hack 4. Juni / 33

23 ODroid X2 Ähnliche Leistung wie der ODROID-O2, aber mehr Anschlüsse und andere Kühlung ca 135 $ aus Korea Axel (Attraktor e.v.) Back To Hack 4. Juni / 33

24 Die Buzzword-kompatiblen... Axel (Attraktor e.v.) Back To Hack 4. Juni / 33

25 pcduino Einzelprojekt, Open Hardware 1GHz Cortex-A8, 1GB RAM, 2GB Flash, USB, microsd card, Ethernet, HDMI Arduino-kompatible Anschlüsse, Shields per Konverter Linux oder Java Axel (Attraktor e.v.) Back To Hack 4. Juni / 33

26 UDOO Kickstarter Projekt, läuft noch 4 Tage, massiv overbacked Freescale Cortex-A9 1GHz 2/4 cores, 1GB RAM, Ethernet, Wifi, USB, Audio, HDMI, LVDS, opt SATA Mit Arduino Due on board! ARM SAM3X8E Cortex-M3 + Shields! 150 $ dual-core, 160 $ quad-core aehm, ja... Axel (Attraktor e.v.) Back To Hack 4. Juni / 33

27 Und ferner liefen... Calao Systems Snowball PDK : ST Ericsson CPU, sehr viele Sensoren, relativ teuer Diverse Android TV-Sticks (MK808 oder clone) Was fehlt Cortex-M (Arduino Due, Stellaris LM4F120 Launchpad, STM32 Discovery)...die kommen dann ein andermal... Axel (Attraktor e.v.) Back To Hack 4. Juni / 33

28 Welches Schweinerl hättens denn gern? Fuer ein konkretes, permanentes Projekt? Welches Projekt? Sonderanforderungen an Hardware? Sonderanforderungen an OS(-Config)? Fuer beliebige Projekte? Nur mal eben einen Computer? Was fuer Arten von Projekten? Kleinkram Allgemeines Prototyping? Elektronik-Projekt Software-Projekt Hausinstallation Axel (Attraktor e.v.) Back To Hack 4. Juni / 33

29 Zurück zum Anfang... Warum war der Raspberry Pi nicht dabei? Der Raspberry Pi ist kein ARMv7-System (d.h. keine Cortex-A CPU) Die CPU ist eine ARM1176JZF-S in ARMv6-Architektur Ist das ein Problem? Im Moment nicht... (vermutlich auch später nicht...) Axel (Attraktor e.v.) Back To Hack 4. Juni / 33

30 Einzel-Aspekte Die Aktivität der Community und die Verfügbarkeit von angepassten Software-Images sind sehr wichtig Vorher Fragen: Wieviel Low-Level-Arbeit kann und will ich investieren? Video-Ausgang / VGA sind praktisch, HDMI weniger Immer zwischen Funktionen und Anschlüssen unterscheiden Schematics helfen bei Low-Level-Programmierung Support der CPU-Hersteller ist wichtig sowie die Community darum Unterstützung der CPUs durch Distributions Standard-Images oder SoC-Distributionen wie Linaro (TI Omap) oder Ångström Schwerpunkt des Boards: Linux oder Android Axel (Attraktor e.v.) Back To Hack 4. Juni / 33

31 Warum ist ARM eine gute Sache? (Inzwischen) ausreichend schell für sehr viele Anwendungen Keine Hersteller-Monokultur Auch in Europa sind wieder Hersteller Vielfalt an sehr unterschiedlichen Systemen Schlanke RISC-Architektur ohne historischen Ballast Sehr stromsparend Was fehlt (noch (in der Praxis (meistens))): 64-Bit, Hardware-Virtualisierung, Server Der Niedergang des PC: Mobile Geräte, Cloud... Bald ist alles ARM... (muhuhuhuhahahahah!) Immerhin haben wir dann eine heterogene Monokultur.. Axel (Attraktor e.v.) Back To Hack 4. Juni / 33

32 Soweit zu Cortex-A Eigentlich war dies kein Vortrag über ARM-Boards, sondern über Cortex-A-Boards Das ARM-Ökosystem ist schlicht zu gross... Das hier war nur ein Bruchteil aller im Zoo verfügbaren Boards, selbst, wenn man nur Cortex-A betrachtet. Cortex-A sind aber die relevantesten CPUs für Hobby-SBCs Cortex-M gewinnt für Mikrocontroller an Bedeutung.. Axel (Attraktor e.v.) Back To Hack 4. Juni / 33

33 Ende..vorerst! Soweit erstmal...fragen? Axel (Attraktor e.v.) Back To Hack 4. Juni / 33