Der Raspberry Pi ist ein Einplatinencomputer, der von der in Großbritannien ansässigen Raspberry Pi Foundation entwickelt und erstmals 2012 vorgestellt wurde. Ursprünglich zur Förderung von Informatikbildung und Programmierung gedacht, fand er schnell breite Anwendung in Bildungseinrichtungen, in der Maker-Community sowie im Industriesektor. Bekannt für seine kompakte Größe, Kosteneffizienz und Vielseitigkeit, hat sich die Plattform im Laufe der Jahre erheblich weiterentwickelt. Die Raspberry Pi Produktlinie umfasst mittlerweile mehrere Modelle, darunter den Standard Raspberry Pi 5, die leichtgewichtige Zero-Serie und die Compute Module (CM)-Serie, die speziell für eingebettete und industrielle Anwendungen entwickelt wurde.

Übersicht der Compute Module (CM)-Serie

Um den Anforderungen von eingebetteten Systemen und industriellen Anwendungen besser gerecht zu werden, führte die Raspberry Pi Foundation die Compute Module (CM)-Serie ein. Diese Module behalten die gleiche Prozessorarchitektur wie die Standard-Raspberry-Pi-Boards bei, sind jedoch von nicht benötigten I/Os befreit und für eine nahtlose Integration in kundenspezifische Hardware neu gestaltet. Dieser Ansatz bietet OEMs und Systemintegratoren größere Gestaltungsflexibilität.

Das neueste Modell, das Compute Module 5 (CM5), wurde Ende 2024 vorgestellt und baut auf der Beliebtheit seines Vorgängers CM4 auf, mit deutlichen Verbesserungen bei Leistung und I/O-Fähigkeiten.

Das CM4 verfügt über den Broadcom BCM2711 Quad-Core Cortex-A72 Prozessor und ist mit bis zu 8 GB RAM verfügbar. Es unterstützt eMMC-Speicher oder microSD, Dual-HDMI, PCIe, CSI/DSI und Gigabit-Ethernet und bietet eine außergewöhnliche Balance zwischen Leistung und Erweiterbarkeit.

Das CM5 wird von dem neueren Broadcom BCM2712 Quad-Core Cortex-A76 Prozessor angetrieben, der eine höhere Rechenleistung bietet. Es unterstützt Konfigurationen mit bis zu 16 GB RAM und führt den RP1 I/O-Controller ein, der Hochgeschwindigkeitsperipherien wie USB 3.0 und PCIe Gen 2 integriert und Datenübertragungsraten von bis zu 5 Gbps ermöglicht.

Industrielle Anwendungen von CM4 / CM5

Aufgrund ihres kompakten Formats, der konsistenten Leistung, Energieeffizienz und langfristigen Betriebssicherheit werden CM4 und CM5 in einer Vielzahl industrieller Anwendungen eingesetzt. Ihre modulare Architektur und flexible I/O-Schnittstellen machen sie ideal für anspruchsvolle Umgebungen.

• Industrielle Automatisierungssteuerungen: In Verbindung mit kundenspezifisch entworfenen Trägerplatinen können die Compute Modules wichtige industrielle Schnittstellen wie digitale I/O, RS-485 und CAN-Bus unterstützen und präzise Gerätesteuerung sowie Echtzeit-Datenerfassung ermöglichen.
• Edge-Computing in der Smart Manufacturing: In intelligenten Fabriken fungieren CM4 und CM5 als Edge-Knoten, die Echtzeit-Datenverarbeitung, AI-Inferenz direkt auf dem Gerät und reduzierte Abhängigkeit von Cloud-Infrastrukturen ermöglichen – was Latenz, Sicherheit und Gesamtsystemeffizienz verbessert.
• Datenprotokollierung und Überwachungssysteme: Durch die Anbindung an Sensoren und Messgeräte über GPIO oder USB können diese Module als robuste Datenlogger fungieren. In Kombination mit Netzwerkkapazitäten unterstützen sie die Fernüberwachung und Analyse in kritischen Systemen.

Compute Module als Human-Machine Interface (HMI)-Plattform

Die Raspberry Pi Compute Modules werden zunehmend auch für die Entwicklung von Human-Machine-Interface (HMI)-Systemen eingesetzt. Durch die Integration mit kapazitiven Touch-Displays, kundenspezifischen Gehäusen und Benutzeroberflächen-Software bieten CM4 und CM5 eine kosteneffiziente, aber leistungsstarke Lösung für interaktive Bedienpanels.

• Industriebedienpanels: CM4 kann traditionelle und oft teure PLC-Displayeinheiten ersetzen. Es unterstützt moderne grafische Oberflächen, erstellt mit Qt, GTK oder browserbasierten Frontends, für reaktionsschnelle Benutzerinteraktion.
• Energie-Management- und Überwachungsterminals: In Bereichen wie Solarenergie, Windkraft oder intelligenten Stromnetzen können Compute Modules Echtzeitdaten, Systemwarnungen und historische Trends anzeigen und als zentrale Überwachungsterminals dienen.
• Self-Service-Kioske: Von Ticketautomaten und Bestellsystemen bis hin zu Self-Check-in-Stationen bieten CM4 und CM5 eine zuverlässige und skalierbare Plattform, die nahtlos mit Peripheriegeräten wie Druckern, Barcodescannern und Zahlungssystemen integriert werden kann.

Weitere Anwendungsbereiche

Über industrielle Automatisierung und HMI-Systeme hinaus wird die Compute Module-Serie auch häufig in folgenden Bereichen eingesetzt:

• AIoT-Geräteentwicklung: In Verbindung mit AI-Beschleunigern wie Google Coral oder Intel Movidius können diese Module Aufgaben wie Bilderkennung, Sprachverarbeitung und andere KI-gesteuerte Funktionen direkt am Edge ausführen.
• Maschinelles Sehen (Machine Vision): Mit Unterstützung von Kamera-Modulen und Frameworks wie OpenCV ermöglichen CM4 und CM5 den Einsatz in Machine-Vision-Anwendungen, einschließlich Fehlererkennung, Produktidentifikation und Barcode-Scanning.
• Einzelhandel und Digital Signage: Diese Module sind in der Lage, hochauflösende Displays zu betreiben, und eignen sich für die Bereitstellung von Werbeinhalten, Videowiedergabe und interaktiven Digital-Signage-Lösungen. Sie können zudem mit Sensoren verbunden werden, um das Nutzererlebnis zu verbessern.

Fazit

Mit der Einführung von CM4 und CM5 hat die Raspberry Pi Compute Module-Serie ihre Position als wichtige Plattform für industrielle und eingebettete Systeme gefestigt. Durch robuste Leistung, modulare Flexibilität und Kosteneffizienz bieten diese Module Entwicklern eine skalierbare Lösung, die den komplexen Anforderungen moderner Industrie- und IoT-Anwendungen gerecht wird.