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22.04.14

So funktioniert's: Selbstbau-Laptop mit Raspberry Pi oder Odroid U3

Der Selbstbau-Laptop in Aktion.

Wie man sich ein Laptop selbst bauen kann, zeigt dieser Gastbeitrag von Johannes Maul. Ihr braucht dazu einen Raspberry Pi oder einen Odroid U3 sowie das Motorola Lapdock. Alle weiteren Details erklärt euch der folgende Artikel.

 

Für unterwegs und für Elektronikbasteleien wollte ich mir selbst einen kleinen Laptop bauen. Das Ziel war weder eine immens hohe Akkulaufzeit, noch hohe Rechenleistung, sondern ein Gerät, welches mit Anschlussmöglichkeiten glänzt, die man an einem normalen Laptop nicht findet, wie z.B. RS-232, SPI, I2C, GPIO, sowie der Reiz des Selbstbaus.

Als "Gehirn" sollte ein Einplatinenrechner auf ARM-Basis wie z.B. der Raspberry Pi dienen. Wichtiger Hinweis: Die beschriebenen Schritte funktionieren nur mit dem Raspberry Pi Version A oder B der Revision 2! Die ältere Revision besitzt noch sogenannte "Polyfuses", die die Stromversorgung über die USB-Ports verhindern. Ihr erkennt die Revision 2 an dem unbestückten P5-Anschluss (acht Pins, neben dem 26-poligen P1/GPIO). Die ältere Revision hat keinen P5.

Motorola hat für den Laptop-Eigenbau die ideale Plattform auf den Markt gebracht, nämlich das Lapdock für das Smartphone Atrix. Ursprünglich dazu gedacht, ein Smartphone bei Bedarf in ein Netbook zu verwandeln, bringt es schon so ziemlich alles mit, was ein Laptop ausmacht: einen Bildschirm, eine Tastatur, einen Mausersatz (Trackpad) und einen Akku mit 3,7 V und 4.500 mAh. Der Anschluss an das Smartphone erfolgt über zwei Stecker, micro-USB und micro-HDMI (Typ D), die in einer drehbaren Klappe integriert sind. Dadurch misst das Dock an seiner dicksten Stelle zusammengeklappt weniger als 1 cm. Der Bildschirm misst etwa 11,6 Zoll in der Diagonalen und hat eine Auflösung von 1.366 x 768 Pixel. Die HD-Auflösungen 720p und 1.080p werden ebenfalls unterstützt (interpoliert). Die Tastatur ist eine Volltastatur ohne Ziffernblock. Bis auf die Windows-Taste hat sie alle Tasten, die man von einer normalen PC-Tastatur kennt.

 

Der logische Aufbau intern ist wie folgt:

Der Micro-USB-Anschluss führt Strom zur Versorgung des Smartphones und führt gleichzeitig die Datensignale für das integrierte USB-Hub. Dieses hat vier Ports, wovon zwei für die Tastatur und das Trackpad benötigt werden. Die anderen beiden findet man an der Rückseite. Die integrierten Lautsprecher sind über HDMI angebunden; einen Audioausgang hat das Dock nicht. Der integrierte Akku versorgt über zwei getrennte Schaltwandler mit jeweils bis zu 1 A die hinteren USB-Buchsen und den USB-Stecker für das Smartphone mit Strom. Aufgeladen wird das Dock mit einem kompakten, beiliegenden Netzteil 19 V 1,5 A. Eine vollständige Ladung dauert ca. zwei Stunden.

Um das Dock nun an einen Rechner anschließen zu können, benötigt man passende Adapter, denn anders als an einem Bildschirm oder einer Tastatur findet man hier wie bereits erwähnt keine Buchsen, sondern nur Stecker vor. Im Fall des Micro-USB-Steckers mag der Selbstbau eines Adapters noch funktionieren, da dieser nur vier belegte Pins hat. Beim geringfügig kleineren Micro-HDMI-Stecker sind es dagegen satte 19 Stück! Diese liegen weniger als einen Zehntelmillimeter auseinander. Selbst löten scheidet da selbst für geübte Bastler ganz sicher aus.

Da die Anforderung an die benötigten Adapter und Kabel nicht gerade alltäglich ist, gibt es nur sehr wenige Anbieter auf dem Markt, die etwas Brauchbares im Angebot haben. Erschwerend kommt hinzu, dass der Einschaltmechanismus des Docks über HDMI funktioniert. Einer der Pins für die Geräteerkennung muss mit der Masse (Minuspol) verbunden werden, damit das Dock einschaltet. Das bedeutet in der Praxis, dass alle auf dem Weg verwendeten HDMI-Adapter und -Kabel diesen Pin durchverbinden müssen. Hier hilft nur Glück, denn eine Auskunft, ob dies der Fall ist, erhält man oft weder vom Hersteller noch vom Händler. Erfahrungsgemäß funktionieren die meisten jedoch ohne Probleme. Falls das Dock trotz geladenem Akku nicht einschaltet, liegt es mit hoher Sicherheit an einem fehlerhaften Adapter oder Kabel im HDMI-Pfad.

Benötigt werden auf jeden Fall folgende Kabel und Adapter:

  • Micro-USB-Verlängerung plus USB-Stecker (Lötmontage) oder Micro-USB-Kabel plus Micro-USB-Doppelkupplung
  • HDMI-Kabel Micro (Typ D) auf Standard (Typ A)
  • Micro-HDMI Doppelkupplung

In der Praxis hat es sich bewährt, bei der USB-Verbindung auf Adapter zu verzichten. Dies ermöglicht eine stabilere Stromversorgung. Dazu muss man lediglich eine Micro-USB-Verlängerung durchschneiden und an das Buchsen-Ende einen USB-A-Stecker anlöten. Die Lötstellen sind so groß, dass man keine besondere Übung dafür braucht, sogar mit einer Lötpistole könnte man dies bewerkstelligen, auch wenn dies nicht empfohlen wird.

Wer statt einem Raspberry Pi einen wesentlich leistungsstärkeren Odroid U2/U3/etc. verwenden möchte, braucht außerdem folgende Teile:

  • Adapter Micro-HDMI-Stecker (Typ D) auf HDMI-Buchse (Typ A)
  • USB-Stecker (Lötmontage) plus "DC Plug and Cable Assembly"
  •  

Anders als der Ras-Pi hat der Odroid nämlich keinen HDMI-Standard-Anschluss (Typ A) sondern einen Micro-HDMI-Anschluss (Typ D). Ideal wäre hier eigentlich eine Micro-HDMI-Verlängerung. Doch so etwas ließ sich trotz intensiver Suche nicht finden.

Zudem braucht er etwa doppelt so viel Strom der Raspberry Pi. Daher reicht der Smartphone-Anschluss nicht zur Versorgung aus und man muss zusätzlichen Strom von einem der rückseitigen USB-Anschlüsse am Dock abzapfen. Das fertig gelieferte Kabel muss nur noch mit einem USB-A-Stecker versehen werden. Den gibt es bei einschlägigen Elektronikversandhäusern/-filialen für wenige Cent. Leider stellte sich das Stromkabel für den Odroid als ein wenig zu kurz heraus (nur ca. 25 cm). Ich rate daher denen, die dies nachbauen wollen, einen passenden Stecker (Daten siehe weiter unten) und Kabel (zweiadrig, mindestens 0,16 mm²) einzeln zu kaufen und die passende Länge selbst festzulegen.

Die USB-Buchsen direkt an Odroid und Raspberry lassen sich noch für USB-Geräte nutzen, die nicht allzu stromhungrig sind, wie z.B. WLAN-Adapter oder Speichersticks.

Zur Befestigung am Displaydeckel des Docks kann man Doppelklebeband oder, um flexibler zu sein, Klettband verwenden.

Im Test bei Teillast betrug die Laufzeit mit dem integrierten Akku des Docks etwa fünf Stunden und vierzig Minuten bei Verwendung des Raspberry Pi Typ B. Mit einem Typ A ließen sich schätzungsweise sechs Stunden und fünfzehn Minuten erzielen. Mit dem Odroid U3 sind es etwa zweieinhalb bis drei Stunden. Aufgrund der besseren Stromsparmechanismen des Odroid sind die Schwankungen hier je nach Einsatz-Szenario jedoch stärker. Der Akkuladestand kann jederzeit per Knopfdruck durch eine LED-Anzeige an der Front überprüft werden.

Der Vergleich zwischen den im Test verwendeten Rechnern:

Raspberry Pi Typ B (1 x 700 MHz ARM, 512 MB RAM)

  • + große Anzahl frei programmierbarer Anschlüsse (GPIO, SPI, I2S, I2C, UART)
  • + starke Community
  • + leichter Einstieg für Anfänger
  • + Auswahl aus mehreren, voll unterstützten Linux-Distributionen
  • + Inbetriebnahme mit gewöhnlichem Micro-USB-Netzteil (mindestens 1,5 A empfohlen, s.u.)
  • + niedriger Stromverbrauch (1 bis 3 W je nach Last)
  • + integrierter Hardware-Dekoder für HD-Video
  • - auch mit Übertaktung auf 900 MHz extrem langsam
  • - USB-Performance; Alle Geräte gehen über einen einzelnen Port, Datentransfer belastet CPU stark, viele Geräte laufen nur instabil
  • - Häufig Stabilitätsprobleme bei schlechter Stromversorgung
  • - Schlechte Klangqualität des integrierten Analogausgangs

Odroid U3 (4 x 1,7 Ghz ARM, 2.047 MB RAM)

  • + Hohe Leistung, nahezu auf Desktop-Niveau
  • + Stabiles, schnelles USB, getrennt angebundenes LAN
  • + integrierter Hardware-Dekoder für HD-Video
  • + USB-Slave-Anschluss (z.B. für ADB)
  • + eMMC-Modul nachrüstbar, dadurch extrem hohe Transferleistung des Massenspeichers möglich
  • - Hoher Stromverbrauch (3 bis 6 W je nach Last)
  • - wenig Anschlüsse bzw. nur I2C
  • - Volle Unterstützung nur für Android und XUbuntu. Bei anderen müssen Treiber umständlich manuell einbaut werden.
  • - Benötigt speziellen Anschluss zur sicheren, stabilen Stromversorgung (Hohlstecker 2,5/0,8 mm)
  • - Schlechte Klangqualität des integrierten Analogausgangs

Alle Boards profitieren stark von schnellen SD-Karten bzw. einer eMMC. Die Vorteile sind in der Hauptsache: Schnellerer Bootvorgang, schnellerer Start von Anwendungen und schnelleres Kompilieren. Bei SD-Karten nicht alleine auf die Klasse achten. Class 6-Karten können unter Umständen gefühlt schneller sein als Class 10-Karten, da letztere stärker auf im Rechnerbetrieb selten vorkommende, sequentielle Zugriffe optimiert sind. Karten von Transcend, Toshiba oder Samsung zeigten im Test die beste Leistung.

Über den Gastautor

Johannes Maul, 29, ist seit gut 16 Jahren Hobbyelektroniker und leidenschaftlicher Tüftler und Bastler, der in seiner Freizeit Geräte analysiert, repariert und auf- bzw. umrüstet. Er ist als IT-Fachassistent (Fachinformatiker Systemintegration) im öffentlichen Dienst tätig.

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