Grundinstallation Raspberry Pi

Grundinstallation Raspberry Pi

Da in ferner Zukunft relativ viel in Bezug auf Smar Home und Technik in Verbindung mit einem Raspberry Pi umgesetzt werden wird, möchte ich an dieser Stelle eine Grundinstallation eines Raspberry Pi 3 durchführen. Die folgenden Zeilen sind Auszüge aus meiner Thesis aus dem vergangenen Jahr. Da noch etwas Zeit bis zum eigentlichen Baubeginn vergehen wird, kann ich mich schon mal etwas mit der Technik auseinandersetzen.

Der Einplatinencomputer Raspberry Pi 3 wurde von der britischen Raspberry Pi Foundation als drittes Modell einer erfolgreichen Modellserie im Februar 2016 veröffentlicht und stellt das zum Zeitpunkt der Erstellung dieses Artikels bisher leistungsfähigste Modell der Raspberry Pi Serie dar. Im Gegensatz zu den Vorgängermodellen wurde bei dem Modell 3 auf
die Prozessorarchitektur ARMv8-A und somit auf eine 64 Bit Architektur gesetzt. Gerade in Bereichen der Datenerfassung mit einer großen Anzahl an zu erwartenden Datensätzen, kann sich der Einsatz eines 64-Bit Betriebssystems und eines damit verbundenen 64-Bit Datenbanksystems als sinnvoll bzw. notwendig erweisen. So kann ein 64-Bit Datenbanksystem
zum Beispiel eine höhere Anzahl an Zeilen adressieren als ein 32-Bit Datenbanksystem.

Technische Daten Raspberry Pi 3 :
• SoC: Broadcom BCM2837
• CPU: ARM Cortex-A53 (64-bit Quad Core, 1,2 GHz)
• GPU: 400 MHz VideoCore IV
• Arbeitsspeicher: 1 GB RAM LPDDR2-900 SDRAM
• LAN 10/100 Mbps, 802.11n Wireless LAN und Bluetooth 4.1
• Schnittstellen: 4 x USB 2.0, 1 x HDMI, 1 x CSI, DSI, Stereo Out, microSD Port
• Abmessungen: Maße 85,6 x 56,5 Millimeter

Der Einplatinencomputer Raspberry Pi 3 wird ohne vorinstalliertes Betriebssystem ausgeliefert. Nach Anlegen der Betriebsspannung wird zunächst nach einer bootfähigen SD-Karte gesucht. Sollte dies scheitern, wird nach 5 Sekunden nach einem bootfähigen USB-Stick in einem der 4 USB-Ports gesucht. Es gilt also zunächst ein Bootmedium vorzubereiten.
Im Folgenden wird hierfür beispielhaft eine handelsübliche 32Gb micro-SD Karte des Typs Samsung Memory 32GB EVO verwendet.

Es wird zunächst ein bootfähiges Image des gewünschten Betriebssystems benötigt. Im Folgenden wird die Linux-Distribution Raspbian Jessie Lite2 in der Kernel Version 4.4 (Stand März 2017) verwendet. Raspbian stellt eine auf den Raspberry Pi angepasste Abspaltung der Linux Distribution Debian dar. Der Zusatz “Lite“ beschreibt hierbei eine Minimalversion des Betriebssystems. Die Lite-Version verzichtet unter anderem auf eine  grafische Benutzeroberfläche und ist somit ressourcenschonender.

Vorbereiten der Micro-SD Karte

Je nach verwendeter Entwicklungsumgebung gibt es verschiedene Werkzeuge zur Erstellung bootfähiger Medien aus einem Betriebssystemabbild. Im Folgenden wird als Entwicklungsumgebung
das Betriebssystem Windows 10 vorausgesetzt. Als Werkzeug zur Erstellung einer bootfähigen SD-Karte wird das Programm Win32 Disk Imager in der Version 0.9.5 verwendet.Nach dem Herunterladen und der Installation des Programmes Win32 Disk Imager muss das Programm mit einem Doppelklick gestartet werden. Danach öffnet sich die Benutzeroberfläche
des Programmes (siehe Abbildung 2.1). In der mit (1) markierten Textzeile muss der genaue Pfad des zuvor heruntergeladenen Betriebssystemabbilds stehen. In dem mit einer (2) markierten Drop-Down Feld muss der von dem Betriebssystem zugewiesene Laufwerksbuchstabe der mit dem Computer verbundenen SD-Karte ausgewählt werden.

Abbildung 2.1: Benutzeroberfläche Win32 Disk Imager

Nach einem Klick auf die Schaltfläche “Write“ (3) erscheint folgende Warnung (siehe Abbildung 2.2). Diese besagt, dass mit dem Bestätigen alle bereits auf der SD-Karte vorhandenen Daten überschrieben werden. Diese Warnung ist mit “Yes“ (1) zu bestätigen.

Abbildung 2.2: Warnung Win32 Disk Imager

Nach einem erfolgreichen Schreibvorgang erscheint folgende Meldung (siehe Abbildung 2.3). Die Meldung wird mit einem Klick auf die Schaltfläche “OK“ (1) bestätigt. Die SD-Karte ist nun mit einem bootfähigen Betriebssystemabbild beschrieben.

Abbildung 2.3: Erfolgreicher Schreibvorgang Win32 Disk Imager

Als letzter Schritt muss die SD-Karte nun für den erfolgreichen Zugriff via SSH vorbereitet werden. SSH ist aus Sicherheitsgründen in der Standardkonfiguration deaktiviert und muss vor dem ersten Bootvorgang mittels Anlegen einer leeren Datei mit der Bezeichnung “ssh“ (2) im Root ( boot ) Verzeichnis (1) der SD-Karte aktiviert werden (siehe Abbildung 2.4).
Hierzu muss das Boot Verzeichnis mittels Windows Explorer geöffnet werden und eine Datei ohne Dateiendung mit dem Namen ’ssh’ erstellt werden. Die Datei muss keinerlei Inhalt haben. Die Datei wird während des ersten Bootvorganges erkannt und der SSH-Zugriff entsprechend aktiviert, sodass ein Zugriff via Netzwerk ohne die Notwendigkeit eines Monitors und entsprechender Eingabegeräte möglich ist.

Abbildung 2.4: Anlegen der SSH Datei in /boot der SD-Karte

Erster BOOT-Vorgang

Mit der Fertigstellung der bootfähigen SD-Karte und der Aktivierung des SSH-Zugriffs ist alles für den ersten Bootvorgang vorbereitet. Die SD-Karte muss nun in die dafür vorgesehene Aufnahme am Raspberry Pi gesteckt werden. Danach wird der Raspberry Pi mit einem vorhandenen
Netzwerk verbunden und mittels passendem Netzteil (5V DC min. 2A) mit Strom versorgt. Die Netzwerkeinstellungen des Betriebssystems Raspbian sind standardmäßig für DHCP und somit für die automatische Konfiguration der Netzwerkparameter vorbereitet.
In dem Netzwerk sollte also für einen erfolgreichen Zugriff via SSH ein DHCP Server in Form eines Routers oder eines dedizierten DHCP Servers vorhanden sein. Alternativ können die Netzwerkparameter des Raspberry Pi mit Hilfe eines via HDMI angeschlossenen Monitors und entsprechender Eingabegeräte oder über die serielle Schnittstelle manuell festgelegt
werden. Im Folgenden wird lediglich die weiterführende Konfiguration bei bestehender, erfolgreich hergestellter Netzwerkverbindung beschrieben.
Nach erfolgreichem Bootvorgang sollte dem Raspberry Pi eine IP Adresse aus dem Adressbereich des DHCP Servers zugewiesen werden. Der Raspberry Pi ist in der Standardkonfiguration über seinen Hostnamen (raspberrypi) im Netzwerk zu finden. Ein Blick in die Lease-Tabelle des DHCP Servers zeigt die dem Raspberry Pi zugewiesene IP Adresse (1)
(siehe Abbildung 2.5).

Abbildung 2.5: Raspberry Pi DHCP Lease am Beispiel eines OPNSense Routers

Verbindung via SSH / Grundkonfiguration
Für eine Verbindung via SSH wird ein sogenannter SSH-Client benötigt. Im Folgenden wird hierfür das Programm PuTTY eingesetzt. Nach dem Start der Client Software PuTTY erscheint folgendes Konfigurationsfenster (siehe Abbildung 2.6). Die zuvor der DHCP-Lease Tabelle entnommene IP Adresse muss an Stelle (1) eingetragen werden. Port 22 beschreibt hierbei den zu verwendenden Standardport für SSH Verbindungen. Nach einem Klick auf
die Schaltfläche “Open“ (2) wird eine SSH-Verbindung aufgebaut.

Abbildung 2.6: Konfigurationsdialog der SSH-Client Software PuTTY

Es werden zunächst ein Benutzername sowie ein dazugehöriges Passwort abgefragt. In den Standardeinstellungen sind folgende Anmeldedaten hinterlegt:

Benutzername: pi
Passwort: raspberry

Nach erfolgreicher Verbindung erscheint folgendes Terminalfenster (siehe Abbildung 2.7).

Abbildung 2.7: Erfolgreiche SSH Verbindung via PuTTY

Nachdem die Verbindung erfolgreich hergestellt wurde, müssen zunächst einige Grundeinstellungen vorgenommen werden. Hierzu muss folgender Befehl in die Konsole eingegebenwerden:

$ sudo raspi - config

In dem Raspberry Pi Grundkonfigurationsprogramm (siehe Abbildung 2.8) sollten zunächst folgende Schritte durchgeführt werden.

• Dateisystem Erweitern (7/1) (siehe Abbildung 2.12)
• Update des Konfigurationsprogrammes (8)
• Anpassen des Tastaturlayouts auf eine deutsche Tastatur (4)
• Änderung des Hostnamens zur besseren Identifizierung des jeweiligen Raspberry Pi (2)
• Änderung des Standardpassworts (1)

Abbildung 2.8: Raspberry Pi Grundkonfigurationsprogramm
Abbildung 2.9: Raspberry Pi Grundkonfigurationsprogramm / Dateisystem Erweitern

Update / Upgrade der vorinstallierten Pakete

Nach der Erweiterung des Dateisystems und dem Beenden des Grundkonfigurationsassistenten (raspi-config) ist ein Neustart des Raspberry Pi nötig. Nach kurzer Zeit kann man sich erneut mit den Anmeldedaten am System anmelden. Nun sollten alle installierten Pakete auf Aktualität geprüft und gegebenenfalls ein Update durchgeführt werden. Ein Update der vorinstallierten Pakete der Rapsbian Distribution erreicht man mit Hilfe des Paketmanagers APT.  Zunächst sollten die Paketquellen auf den neuesten Stand gebracht werden. Danach kann mit dem Upgrade-Befehl das automatisierte Upgrade der Pakete initiiert werden.

$ sudo apt -get update
Abbildung 2.10: Erfolgreiche Aktualisierung der Paketquellen
$ sudo apt -get upgrade

Nach der Eingabe des Befehls apt-get upgrade(1) sucht das System nach notwendigen Aktualisierungen und zeigt eine Liste (2) der Pakete, für welche eine Aktualisierung möglich ist. Die Warnung bzgl. des zusätzlich benötigten Speicherplatzes wird mit der Eingabe von “Y“ und dem Betätigen der Enter-Taste bestätigt. Die Grundkonfiguration ist damit
abgeschlossen.

Abbildung 2.11: Upgrade der vorinstallierten Pakete
Abbildung 2.12: Abgeschlossenes Upgrade

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