PiKVM v3 HAT für den Raspberry Pi 4

Wir haben die Software PiKVM schon in der Vergangenheit vorgestellt und ein Interview mit dem Autor der Software geführt. Dabei verwandelt die Software PiKVM einen Raspberry Pi (aktuell Raspberry Pi 2 oder neuer) in eine Fernwartungslösung: Der Raspberry Pi wird mit dem zu steuernden Computer verbunden und gibt Tasten-, Maus- und Videosignale über das Internet weiter.

Jedoch musste bisher die nötige Zusatz-Hardware aus unterschiedlichen Teilen zusammengesetzt werden, dazu war ein Gehäuse im 3D-Druck und schließlich noch ein USB-Y-Kabel anzufertigen, um Daten und Strom zu splitten. Mit dem PiKVM v3 HAT für den Raspberry Pi 4 steht nun eine All-in-One-Lösung direkt vom Autor der PiKVM-Software bereit.
 

Mit dem PiKVM v3 HAT gibt es nun ein Board, das sich optimal mit einem Raspberry Pi 4 verwenden lässt. Auch ein passendes Gehäuse aus Metall kann man kaufen. Neben dem HDMI-Eingang ist ein USB-C-Port vorhanden, mit dem der Raspberry Pi 4 eine Maus, Tastatur und Massenspeicher emulieren kann. Auf dem HAT sind noch viele weitere nützliche Funktionen hinzugekommen.

Der PiKVM v3 HAT wurde auf Kickstarter innerhalb kürzester Zeit finanziert und hat schon seinen Weg in die Hände der erste Anwender gefunden.  Auch das Kontingent, das im Elektor Shop bereitstand, war innerhalb kurzer Zeit vergriffen. Daher die gute Nachricht: Weitere PiKVM v3 HATs sind auf dem Weg, sowie auch das optionale Metallgehäuse. 

Also ein guter Zeitpunkt, sich einmal das PiKVM v3 HAT anzusehen! Was ist alles in der Box?
 

In der Box befinden sich das PiKVM v3 HAT, Spacer, eine USB-C Bridge, Flex-Kabel, Schrauben, Jumper-Wire und der ATX-Adapter, um aus der Ferne den Reset- und Powertaster eines Rechners betätigen zu können. Also außer einem Raspberry Pi 4 und einer SD-Karte ist alles da, was benötigt wird. Als zusätzliches und empfehlenswertes Zubehör gibt es noch das Metallgehäuse. Wer dieses nicht kaufen möchte, hat immer noch die Option einer 3D-gedruckten Variante.
 

 

Pi-KVM HAT: ja oder nein?

Warum sollte ich das HAT kaufen? Der Preis von etwa 150 Euro ist sicherlich etwas, was so mancher als gehobenes Niveau ansehen mag (wenn man das Ganze mit dem Preis einer reinen HDMI zu CSI2 Bridge vergleicht, mit der ebenfalls HDMI-Signale in den Raspberry Pi gespeist werden können). Doch der PiKVM v3 HAT ist deutlich mehr als nur eine einfache HDMI zu CSI2 Bridge. Ein Blick auf die Anschlüsse und Ports verrät schon, das hier deutlich mehr Optionen und Funktionen geboten werden. Daher soll nun eine kleine Übersicht der wichtigsten Anschlüsse und Funktionen erfolgen.

 

Nummer Beschreibung 1  ATX controller interface (power on/off, reboot control, PWR and HDD ACT LEDs). 2 HDMI reset jumper. 3 SPI and GPIO for the custom extension boards. 4 Audio capture jumpers. 5 UART access pins. 6 Serial console port (for the Raspberry Pi or server console access). 7 USB-C console port. 8 Power and activity LEDs. 9 USB-C power input. 10 I2C display connector. 11 Alternate +5V power input/output header pins. 12 RTC clock supercapacitor (rechargeable). 13 FAN connector - PWM controlled. 14 CSI-2 interface and HDMI backpowering jumper. 15 Built-in power splitter port. 16 HDMI capture port (max 1080p @ 50Hz) with sound capture support. 17 USB emulation pins for alternative access. 18 USB-C emulation port - this port is doing the emulation of a USB keyboard, mouse, Virtual CD-ROM or USB Flash Drive, USB-Ethernet, USB-Serial port and a lot of other Linux-supported features. 19 1-Wire & Neo-pixel interface (bottom side, advanced user feature).

 

HDMI zu CSI2 Bridge

Wie bei vielen preiswerten HDMI zu CSI-2 Konvertern kommt auch hier ein TC358743XBG von Toshiba zum Einsatz. Dieser ist einer der Chips, der durch die Closed-Source Firmware des Raspberry Pi Kamerainterfaces unterstützt wird. Mit dem PiKVM v3 HAT kann so ein HDMI-Signal mit bis zu 1080p50 verarbeitet werden. Bei vielen günstigen HDMI zu CSI-2 Bridges ist leider der Teil, der Audiodaten aus dem HDMI-Signal extrahiert, nicht immer passend beschaltet. Bei dem PiKVM v3 HAT wurde darauf geachtet, auch die Audiodaten aus dem HDMI-Datenstrom zu extrahieren zu können (aktuell ist die Software des PiKVM noch nicht so weit, die Audio-Daten weiterzuverarbeiten und damit in der Ferne ausgeben zu können). Auch ist beim PiKVM das Problem des Rückspeisens aus dem HDMI-Port gelöst. Das Rückspeisen aus dem HDMI-Port kann bei preiswerten HDMI zu CSI2 Bridges dazu führen, dass der Raspberry Pi nicht bootet.

USB-C-Ports

Der PiKVM v3 HAT hat für USB durchgehend USB-C-Ports. Das erleichtert das Einstecken von Kabeln erheblich. Der Pi-KVM HAT V3.3 besitzt gleich 4 USB-C-Ports, von denen einer für die Verbindung zwischen dem Raspberry Pi 4 und dem HAT genutzt wird. Dazu liegt dem PiKVM v3 HAT eine USB-C Bridge bei, die den Raspberry Pi mit Leistung versorgt und die Daten des USB-OTG Ports des Raspberry Pi für den PiKVM v3 HAT bereitstellt.

Der USB-C Port auf der Seite des HDMI-Eingangs wird für die Emulation von USB-Maus, -Tastatur und Massenspeicher benutzt. Neben dieser Emulation kann die Software PiKVM auch noch Ethernet-over-USB- oder Serial-over-USB-Daten bereitstellen. Dieser USB-Port kann mit einem passenden USB-C Kabel an einen Rechner angeschlossen werden. So kann auch aus der Ferne ein passendes bootbares Medium für Diagnosezwecke in den angeschlossenen Rechner „eingesteckt“ werden.

Auf der anderen Seite befinden sich die zwei weitere USB-C-Anschlüsse. Einer davon ist Power-In und wird an das USB-C-Netzteil angeschlossen, das normalerweise den Raspberry Pi versorgt. Der andere USB-C-Port ist die serielle Konsole des Raspberry Pi und erlaubt die Konfiguration des Systems.
 

RJ45-Ports

Die Pi-KVM-Software wurde entwickelt, um Rechner aus der Ferne bedienen und warten zu können. Daher verwundert es nicht, das der Pi-KVM V3.3 HAT eine Funktion mitbringt, die es erlaubt, den Reset- und Power-Taster auf einem Motherboard aus der Ferne zu bedienen. Diese Funktion ist auf einer Extra-Platine untergebracht, zur Verbindung dieser Platine mit dem Pi-KVM v3 HAT reicht ein handelsübliches RJ-45-Kabel. Auch der Status der Power- und der HDD-LED werden durch diese Platine an den PiKVM v3 HAT zurück übertragen.

 

Der zweite RJ45-Port auf dem Pi-KVM ist etwas, dass man im normalen Haushalt eher selten antrifft, aber gerne bei Netzwerkequipment genutzt wird. Es handelt sich hier um einen RS232-Konsolenport, wie er unter anderem bei Switchen und Routern von Cisco zum Einsatz kommt.

Extras

Auf dem PiKVM v3 HAT gibt es noch ein paar weitere nützliche Funktionen, angefangen mit der RTC und einem Superkondensator. So kann der Raspberry Pi die Uhrzeit behalten, auch wenn mal kein Netzwerk angeschlossen oder kein NTP-Server erreichbar ist. Da ein Superkondensator verbaut ist, muss man sich auch keine Sorgen um leere oder auslaufende Batterien machen.

Neben der RTC stellt das der PiKVM v3 HAT eine Steuerung für einen Lüfter bereit. Wird der Raspberry Pi und der PiKVM v3 HAT in einem Gehäuse verbaut, so kann damit der Lüfter gesteuert und der Raspberry Pi gekühlt werden, ohne dass man die Lautstärke eines Haartrockners erhält. Pins für ein I²C OLED und Pin-Ender (wo Stiftleisten eingelötet werden können) für SPI und GPIO ergänzen den PiKVM v3 HAT, so das später Erweiterungen hinzugefügt werden können. Auch an Anschlüsse für 1-Wire-Sensoren und Neopixel wurde gedacht.

DIY oder nicht

Nach der Vorstellung der ganzen Features stellt sich die Frage ob das Kit sein Geld wert ist. Rein monetär betrachtet mag man beim Selbstbau einer Basis-Version günstiger davonkommen, wenn man nur den Raspberry Pi 4, eine HDMI zu CSI2 Bridge, ein selbst gebautes USB-Y-Kabel und ein 3D-gedrucktes Gehäuse zusammenrechnet. Auf dem Bild unten ist die DIY-Version (dies ist die Minimalversion, die auch im Elektor-Artikel zum PiKVM vorgestellt wird) und der PiKVM v3 HAT im 3D-gedruckten Gehäuse zu sehen. 
 

Der Pi-KVM HAT ist dagegen plug- and play-fertig: man muss nur ein paar Schrauben eindrehen und das passende Image auf die SD-Karte brennen. Und man hat die Option, ein fertiges Metallgehäuse nutzen zu können. Auch die Option, beim ferngesteuerten Rechner die Reset- und Powertaster bedienen sowie HDD- und Power-LED angezeigt zu bekommen, macht die Verwendung deutlich angenehmer als die DIY-Variante. Hinzu kommt noch die Dokumentation für das PiKVM v3 HAT. Von der Installation bis hin zum Troubleshooting ist im Handbuch für den Pi-KVM HAT alles vorhanden. Hinzu kommen noch etliche Tipps und Tricks für die PiKVM-Software.

 

Fazit

Würde ich mir nochmal eine DIY-Variante bauen?  Eher unwahrscheinlich, so lange das PiKVM v3 HAT verfügbar ist. In das Design der Hardware sind etliche Gedanken geflossen und an den Details, Anpassungen, Fixes und Features sieht man, dass nicht das Marketing die treibende Kraft war und ist. Das Produkt ist nach technischen Gesichtspunkten aus Sicht eines Anwenders / Administrators gestaltet und soll das Verwenden des PiKVM nicht nur erleichtern, sondern auch robust und zuverlässig machen. Auch wird mit dem Kauf des PiKVM v3 HAT das PiKVM-Projekt unterstützt. Wer einen Rechner oder eine Maschine (die mit Maus/Tastatur und HDMI-Monitoranschluss ausgerüstet ist) aus der Ferne steuern oder warten möchte, sollte sich das PiKVM v3 HAT einmal näher anschauen. Das PiKVM HAT kann im Elektor-Shop bestellt werden - ebenso das optionale Metallgehäuse.