Raspberry Pi Advanced

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Version vom 3. Januar 2015, 16:13 Uhr von Tut (Diskussion | Beiträge) (→‎Streaming mit geringer Latenz von der Raspberry Cam)

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Hier einige Notizen zu erweiterten Raspberry Themen.

GPIO Zugriffe

Der Raspberry verfügt über einen IO-Connector, der digitale Ein- und Ausgänge mit 3.3V Pegeln bereitstellt. Bestimmte Pinne können dabei auch als serielle, SPI oder I2C Schnittstelle verwendet werden. Auch PWM-Ausgänge stehen zur Verfügung. Was es beim Raspberry nicht gibt, sind analoge Eingänge.

Für den Zugriff auf die seriellen Schnittstellen können Kerneltreiber verwendet und angesprochen werden, was den Vorteil hat, das dies auch ohne Root-Rechte klappt. Aber auch ohne den Kernel können die GPIO-Pinne und Schnittstellen angesprochen werden - dann muss aber die Anwendung immer als root laufen.

Eine gute Anlaufstelle für den Zugriff auf die IO-Pinne findet sich hier.

WiringPi Library

Ich empfehle die Verwendung der wiringPi library, die nach der Installation auch den Shell-Befehl gpio mitbringt, mit der schon sehr viel gemacht werden kann, auch aus Skripten heraus. Etwas konfus ist, dass diese Library verschiedene Pinnummerierungen unterstützt, hier muss also aufgepasst werden.

Die Installation dieser Library ist hier beschrieben, in Kurzform muss das hier gemacht werden (dazu sollte man sich im Home-Verzeichniss befinden): 

sudo apt-get install git-core
git clone git://git.drogon.net/wiringPi
cd wiringPi
git pull origin
./build

Ausprobieren kann man die Lib dann hiermit: 

gpio -v
gpio readall

WiringPi Library unter Python

Installieren mit 
sudo apt-get install python-dev python-pip
sudo pip install wiringpi2
um damit eine LED via PWM an GPIO 18 zu dimmen: 
#!/usr/bin/python

import wiringpi2 as gpio
import time

#set up gpio
gpio.wiringpiPiSetupGpio ()
gpio.pinMode (18,2)

while True:
  gpio.pwmWrite (18,0)
  for n in range (0,1024):
  gpio.pwmWrite (18,n)
  time.sleep (0.01)

Weitere Nutzer einrichten

Weitere Benutzer können per 
sudo adduser NAME
hinzugefügt werden. Soll dieser auch sudo/admin-Rechte bekommen, danach noch das hier hinterher werfen:
sudo adduser NAME adm
sudo adduser NAME sudo

Um den Login ohne Passworteingabe zu ermöglichen, muss der Public-Key (generiert z.B. unter Windows mit puttygen via copy'n'paste) in die Datei .ssh/authorized_keys im jeweiligen Home-Verzeichnis hinzugefügt werden.

Streaming mit geringer Latenz von der Raspberry Cam

Vorweg: Es gibt mittlerweile viele Indizien dafür, dass mit einem guten Setup sehr brauchbare Latenzen möglich sind. So wurden kabelgebundene Unterwasserroboter gebaut, die sehr hohe Kameraauflösungen in unter 50ms streamten. Kommt WIFI ins Spiel, so gibt es hier zusätzliche Engpässe und Latenzen bedingt durch den limitierten Datendurchsatz der USB-Schnittstelle (trotz USB 2.0 erscheinen hier eher 10MBit/s realistisch). Der Netzwerkport ist schneller, schiebt man die Daten über weite Strecken durch das Internet wurden aber auch hier Latenzen deutlich unter 100ms erreicht, wie z.B. in der Masterthesis hier: http://www.ti5.tu-harburg.de/staff/meier/master/meier_audio_over_ip_embedded.pdf Man kann aber auch sehr viel falsch machen und hat dann schnell Latenzen im Sekundenbereich, wie es vielen Leuten passiert. Dann ist es hilfrech zu verstehen, an welcher Stelle es genau klemmt.

Learnings:

  • Netzwerklatenz spielt eine wichtige Rolle, gerade WLAN-Adapter sind hier gerne Problematisch. Um das zu untersuchen sollte der Raspberry von einem anderen Computer fortlaufend angepingt werden (Option -t unter Windows). Hier sollten dauerhaft Ping-Latenzen von unter 10ms erreicht werden können, wenn das hier schlecht ist, müssen Maßnahmen am WLAN getroffen werden, um eine geringere Latenz zu bekommen.
    • Bei WLAN-Sticks ist oft ein Stromsparmodus aktiv, der sehr störend sein kann wenn man geringe Latenzen erreichen will. Auch verhalten sich Sticks je nach Chipsatz verschieden. Den Stromsparmodus kann man bei manchen Sticks wie folgt abschalten: 
      sudo iwconfig wlan0 power off
      . Mit 
      iwconfig wlan0
      kann man sehen, ob der Stromsparmodus aktiv ist oder nicht und auch die Verbindungsqualität feststellen.
    • Da der Raspberry die volle WLAN-Rate eh nicht nutzen kann, ein hin- und herschalten verschiedener WLAN-Geschwindigkeiten sich aber auch negativ auf die Latenz auswirken kann, kann man versuchen das WLAN auf langsamere (aber robustere) Kodierungen festzunageln (b statt g oder n). TODO: Wie?
  • Streaming geht am schnellsten, wenn natürlich möglichst wenig umcodiert wird, raspicam liefert aber H264, das ist oft nicht so kompatibel, Streaming im Browser mag eher MJPG. Mit mjpg-streamer und einem Phyton Skript geht es flott http://petrkout.com/electronics/low-latency-0-4-s-video-streaming-from-raspberry-pi-mjpeg-streamer-opencv/ - das bringt auch ein Webinterface mit, aber hier musste ich die Qualität herunter stellen, damit auch die Latenz besser wurde (trotz lokalem Netz, wo es klemmt ist mir noch nicht klar): 
    ./mjpg_streamer -o "output_http.so -w ./www" -i "input_raspicam.so -x 640 -y 480 -fps 10 -q 8"
    . Mehr als 10fps waren kontraproduktiv, -q 8 gibt schon deutlich schlechtere Qualität, aber es läuft dann auch im Browser. Ausserhalb vom Browser ging weit mehr Rate und Qualität.
  • Direkt wegschaufeln von H264 über netcat 
    raspivid -hf -w 1280 -h 1024 -t 999999999 -fps 20 -b 5000000 -o - | nc -l  -p 5001
    , dann empfangen mit 
    nc\nc.exe 192.168.1.76 5001  | mplayer\mplayer.exe -fps 30 -demuxer h264es -

Hackerspace Raspberry

Ein Raspberry ist nun im Hackerspace installiert. Er dient zunächst als Samba-Fileaustausch-Server, erreichbar ist er unter der internen IP 192.168.178.122. Es können auch Nutzeraccounts eingerichtet werden für Mitglieder des Hackerspaces, die auch aus dem Internet zu erreichen sind. Der Raspberry ist zum spielen (aber nicht kaputt-spielen!) freigegeben, Nutzer können daher auch recht schnell sudo-Rechte bekommen. Octoprint wurde weitgehend installiert (Phyton-Serial muss vermutlich noch auf 250kBaud gepatcht werden, Autostart für Octoprint fehlt auch noch, Kamera ist auch noch nicht installiert).

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