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Ratgeber
Sowohl in der Industrie als auch im Haushalt privater IT-Fans sind Entwicklerboards im Einsatz. Mit ihnen können Vorgänge überwacht und Alltagsprobleme mit IT-Projekten gelöst werden. Was genau leisten die unterschiedlichen Tools und worauf sollte man beim Kauf eines Entwicklerboards achten? Unser Ratgeber gibt Ihnen einen schnellen Überblick.
Die international auch Development Board genannte Hardware besteht aus aufgelöteten Komponenten auf einer einzelnen Platine. Daher ist synonym auch die Bezeichnung Einplatinencomputer oder Single-Board Computer mit der Abkürzung SBC geläufig. Herzstück ist immer ein fest integrierter Mikroprozessor, oft auch Mikrocontroller genannt. Als System-on-a-Chip, kurz SoC, dient er dazu, Programme auszuführen oder Datensätze zu berechnen.
Welche Unterschiede gibt es zwischen Entwicklerboards?
In der Praxis werden die Einplatinencomputer entsprechend ihrer Ausstattungsmerkmale in verschiedene Untergruppen aufgegliedert. Häufig werden folgende Arten benannt:
Vollwertiger SBC
Auch wenn der Name Einplatinencomputer als Oberbegriff dient, werden nur die Module als vollwertige SBC bezeichnet, die sowohl über CPU und Arbeitsspeicher als auch einen Onboard-Grafikchip und Schnittstellen für Peripheriegeräte wie Tastatur, Maus und Monitor besitzen. Sie können als Mini-PCs genutzt werden. Dazu zählen unter anderem der Raspberry Pi 4 und der khadas VIM4, beide mit einer guten Anzahl Prozessorkerne, denn beide nutzen eine Quad-Core-CPU von ARM Cortex.
MCU
Zur leichteren Abgrenzung werden Einplatinencomputer, die als reine Controller dienen, meist als Mikrocontroller-Boards, kurz MCU, bezeichnet. Auf der Platine befinden sich nur der Mikroprozessor und mindestens eine Schnittstelle für die Programmierung, häufig ein USB-Slot. Möglich sind auch Interfaces wie SPI (Serial Peripheral Interface), LCD-Controller zum Ansteuern von LDC-Displays oder PWM-Ausgänge zur Steuerung analoger Schaltungen über digitale Ausgänge.
Der prominenteste Name im Bereich Mikrocontroller lautet Arduino: Die Physical-Computing-Plattform ist quelloffen und bietet im Bereich Hardware verschiedene Boards, darunter Arduino UNO und den besonders kleinen Arduino Nano.
Breakout Boards
Sie besitzen eine Sonderstellung, denn mit ihrer Hilfe können bei der Entwicklung von Prototypen diese getestet werden, ohne dass ein Prototyp über eigene Schnittstellen integriert wird. Wer beispielsweise ein Arduino-Board nutzt, müsste neue Elemente über das Verlöten von Bauteilen integrieren. Breakout Boards „brechen“ diese Beschränkung auf, indem Geräte über die Kontakte (Pins) via Klemmen kompatibel werden und ein Auslesen und Arbeiten möglich wird. Man könnte sie daher auch Adapter-Platinen nennen. Der Aufwand, Prototypen über physische Slots erst kompatibel machen zu müssen, entfällt dank ihnen.
Häufig ist auch von Evaluation Boards die Rede, wenn das Breakout Boards dafür genutzt wird, gewünschte Kontrollfunktionen nutzbar zu machen. Es kann zum Beispiel ein Sensor in das System integriert werden, um Temperaturentwicklungen zu evaluieren.
In der Industrie nutzen sie Unternehmen, um Maschinen zu steuern und mechanische Vorgänge sowie Füllstände zu überwachen. In Ausbildungsbetrieben sowie an Fachhochschulen und Universitäten werden sie zudem für Experimente und Projekte im Fachgebiet MSR (Mess-, Steuerungs- und Regelungstechnik) eingesetzt. Durch Programmierungen nahe an der Hardware werden Softwareentwicklung und der Umgang mit Elektronik geschult.
Die Anwendungsgebiete reichen aber auch in den Alltag der Endanwender hinein, denn Einplatinencomputer sind fester Bestandteil in größeren Geräten wie Heizungsanlagen oder Waschmaschinen und in kleineren Geräten etwa TV, Radio und Fernbedienung. Sie dienen zudem als Module in Automatikgetrieben, sind in Chipkarten und Uhren verbaut und ermöglichen das Funktionieren von Eingabe- und Ausgabegeräten wie Tastatur, Maus, Monitor und Co.
Der klassische Desktop-PC nimmt mit seinem Tower viel Platz auf oder unter dem Tisch ein. Selbst ein Notebook benötigt deutlich mehr Raum als ein Einplatinencomputer. Auch samt Gehäuse passen sie in eine Handfläche, sodass sie transportfähig und platzsparend sind.
Ein weiterer Vorteil liegt in der Vielfältigkeit der Entwicklerboards. Sie können durch Programmierung und Schnittstellen für viele Anwendungsfälle genutzt und erweitert werden. Mikrocontroller, die für eine spezifische Anwendung programmiert wurden, besitzen eine große Leistungsaufnahme, da keine anderen Prozesse ihre Kapazität beanspruchen. Ein robusteres Design der Boards macht sie zudem geeignet für ein industrielles Umfeld.
Hinzu kommt der Kostenaspekt: Die Boards sind im Vergleich zu klassischen PCs günstig. Viele Unternehmen bestellen sie in hoher Stückzahl und können damit enorm wirtschaftlich arbeiten.
Welche Schnittstellen für Entwicklerboards gibt es?
Die vorgesehenen Schnittstellen unterscheiden sich je nach Board, weshalb vor dem Kauf genau auf diese geachtet werden muss. Möglich sind:
- USB Typ-A (USB 2.0 oder USB 3.0)
- USB Typ-C
- Mini-USB
- HDMI
- RS-232
- SD-Karten
- I²C (Inter-IC Sound)
- Ethernet
- Wi-Fi
Welche Anbieter für Entwicklerboards gibt es?
Die zwei bekanntesten Namen sind Arduino sowie Raspberry Pi und auch das ASUS Tinker Board ist häufiger anzutreffen. Zu den weiteren Marken gehören Banana Pi, micro:bit, ODROID und Sparkfun. Außerdem stellen Anbieter wie Adafruit Industries, Whadda und Joy-it sowie AZ-Delivery und Tru Components Komponenten hier, die kompatibel zu den SBCs sind.
Welche Module sind für Einsteiger?
Für erste Schritte empfehlen sich vollausgestattete SBCs, die mit Grafik-Chip und mehreren Anschlüssen für USB-Kabel nahe an einem einfachen Desktop-PC sind. Reine Mikrocontroller wie Arduino-Module sind die nächste Stufe. Um Programmcode in den Prozessor aufzuspielen, werden sie über ihre Schnittstellen mit einem Computer verbunden.