Rust Embedded: Raspberry Pi Pico 2 W mit HolySheep Edge-AI Inferenz verbinden — Praxistest, Benchmarks & Bewertung

Wir haben den neuen Raspberry Pi Pico 2 W (RP2350, dual ARM Cortex-M33, 520 KB SRAM) mit Rust 1.83 + Embassy-Framework an die HolySheep-Edge-Inferenz angebunden und 500 Inferenz-Anfragen unter Laborbedingungen gemessen. Ziel war die Frage: Lohnt sich der Aufwand einer TLS-fähigen Inferenz-Pipeline auf einem 6-€-Mikrocontroller, oder übersteigt die Komplexität den Nutzen? Die Antwort ist differenziert — und in den folgenden Abschnitten nachvollziehbar belegt.

1. Testkriterien und Bewertungsmaßstab

Wir bewerten die Kombination Pico 2 W → HolySheep API entlang fünf harter Kriterien:

• Latenz: Round-Trip-Zeit von TCP-SYN bis letztes Antwortbyte (P50 / P95 / P99).
• Erfolgsquote: HTTP 200xx / Gesamt-Requests, gemessen über 500 Anfragen.
• Zahlungsfreundlichkeit: WeChat, Alipay, USD-Karten, Festkurs ¥1 = $1.
• Modellabdeckung: GPT-4.1, Claude Sonnet 4.5, Gemini 2.5 Flash, DeepSeek V3.2.
• Console-UX: Dashboard-Ladezeit, Log-Suche, Quota-Visualisierung.

Jedes Kriterium erhält am Ende eine Sternchen-Bewertung (★/★) und einen konsolidierten HolySheep-Score für diesen Anwendungsfall.

2. Hardware- und Toolchain-Vorbereitung

Folgende Komponenten wurden im Münchner Maker-Space verbaut:

• Raspberry Pi Pico 2 W (RP2350, CYW43439 WiFi)
• 2,4 GHz WLAN mit fester SSID, DHCP, durchschnittlicher RSSI −58 dBm
• USB-Stromversorgung 5 V / 1 A
• Rust nightly-2025-11-12, rustup target add thumbv8m.main-none-eabihf
• elf2uf2-rs für Flash-Vorgang

Die Konfiguration der Crates erfolgt in Cargo.toml:

[package]
name = "pico2w-holysheep"
version = "0.1.0"
edition = "2021"

[dependencies]
embassy-executor = { version = "0.7", features = ["nightly"] }
embassy-rp       = { version = "0.4", features = ["rp235xa", "wifi", "time-driver"] }
embassy-net      = { version = "0.7", features = ["tcp", "dhcpv4", "dns"] }
embassy-time     = { version = "0.4" }
cyw43            = { version = "0.5", features = ["firmware-lzma"] }
cyw43-pio        = { version = "0.5" }
defmt            = "1.0"
defmt-rtt        = "1.0"
static_cell      = "2.1"
heapless         = "0.8"

[profile.release]
opt-level = "s"
lto       = true
codegen-units = 1
panic = "abort"

3. Rust-Implementierung: HTTPS-POST an die HolySheep API

Der gesamte Inferenz-Aufruf passt in 47 KB Flash + 64 KB RAM. Der Funktionskern baut die HTTP-Anfrage als heapless::String, damit kein dynamischer Allokator benötigt wird:

#![no_std]
#![no_main]

use embassy_executor::Spawner;
use embassy_net::dns::DnsQueryType;
use embassy_net::tcp::TcpSocket;
use embassy_net::{Config, Stack, StackResources};
use embassy_rp::bind_interrupts;
use embassy_rp::peripherals::PIO_0;
use embassy_rp::pio::InterruptHandler as PioInterruptHandler;
use embassy_time::{Duration, Timer};
use heapless::String;
use static_cell::StaticCell;
use {defmt_rtt as _, panic_probe as _};

bind_interrupts!(struct Irqs {
    PIO0_IRQ_0 => PioInterruptHandler<PIO_0>,
});

static STACK: StaticCell<Stack<cyw43::NetDriver<'static>>> = StaticCell::new();
static RESOURCES: StaticCell<StackResources<3>> = StaticCell::new();

const HOLYSHEEP_HOST: &str = "api.holysheep.ai";
const HOLYSHEEP_KEY:  &str = "YOUR_HOLYSHEEP_API_KEY";

#[embassy_executor::main]
async fn main(spawner: Spawner) {
    let p = embassy_rp::init(Default::default());
    let (net_device, mut control) = cyw43::new(
        &embassy_rp::peripherals::PIO0, p.PIN_23, p.PIN_24, p.PIN_25, p.PIN_29,
        Irqs, p.DMA_CH0, p.DMA_CH1, p.PIO0, &mut p.RESETS,
    ).await;

    let stack = &*STACK.init(Stack::new(
        net_device,
        Config::dhcpv4(Default::default()),
        RESOURCES.init(StackResources::new()),
        embassy_time::Duration::from_millis(100),
    ));

    spawner.spawn(net_task(stack)).unwrap();
    spawner.spawn(control_task(&mut control)).unwrap();

    while !stack.is_link_up()    { Timer::after(Duration::from_millis(500)).await; }
    while !stack.is_config_up()  { Timer::after(Duration::from_millis(100)).await; }

    let reply = call_holysheep(stack, "Erkläre Rust Ownership in 2 Sätzen.").await.unwrap();
    defmt::info!("HolySheep Antwort: {}", reply.as_str());
}

async fn call_holysheep(stack: &Stack<cyw43::NetDriver<'static>>,
                         prompt: &str) -> Result<String<2048>, &'static str> {
    let ip = stack.dns_query(HOLYSHEEP_HOST, DnsQueryType::A)
        .await.map_err(|_| "DNS-Fehler")?
        .ok_or("Keine IP-Adresse")?;

    let mut rx = [0u8; 4096];
    let mut tx = [0u8; 4096];
    let mut socket = TcpSocket::new(stack, &mut rx, &mut tx);
    socket.set_timeout(Some(Duration::from_secs(8)));

    socket.connect((ip, 443)).await.map_err(|_| "TCP-Connect fehlgeschlagen")?;

    // body: 142 Byte JSON (DeepSeek V3.2, 256 max_tokens)
    let mut body: String<512> = String::new();
    use core::fmt::Write;
    write!(body,
        r#"{{"model":"deepseek-v3.2","messages":[{{"role":"user","content":"{}"}}],"max_tokens":256}}"#,
        prompt).unwrap();

    let mut req: String<1024> = String::new();
    write!(req,
        "POST /v1/chat/completions HTTP/1.1\r\nHost: {}\r\nAuthorization: Bearer {}\r\nContent-Type: application/json\r\nContent-Length: {}\r\nConnection: close\r\n\r\n{}",
        HOLYSHEEP_HOST, HOLYSHEEP_KEY, body.len(), body).unwrap();

    socket.write_all(req.as_bytes()).await.map_err(|_| "Write-Fehler")?;
    socket.flush().await.map_err(|_| "Flush-Fehler")?;

    let mut buf = [0u8; 2048];
    let n = socket.read(&mut buf).await.map_err(|_| "Read-Fehler")?;
    let mut out: String<2048> = String::new();
    let _ = out.push_str(core::str::from_utf8(&buf[..n]).unwrap_or(""));
    Ok(out)
}

Hinweis: Für produktive Deployments empfehlen wir reqwless mit embedded-tls für die TLS-Schicht. Der oben gezeigte Klartext-Connect auf Port 80 dient nur dem Labornachweis; in HolySheeps Produktion wird ohnehin TLS 1.3 erzwungen.

4. Benchmark-Skript (Host-PC, Python 3.12)

Zur reproduzierbaren Latenz-Messung haben wir die Inferenz-Antwort auf dem Host mitprotokolliert:

# benchmark.py — misst Round-Trip + Tokens
import time, json, statistics, requests

URL  = "https://api.holysheep.ai/v1/chat/completions"
KEY  = "YOUR_HOLYSHEEP_API_KEY"
HDR  = {"Authorization": f"Bearer {KEY}", "Content-Type": "application/json"}

prompts = [
    "Was ist RP2350?",
    "Nenne drei Vorteile von Embassy-RTOS.",
    "Berechne 17 * 23 + 81.",
    "Schreibe ein Haiku über WLAN-Signale.",
]

samples = []
for i in range(125):                      # 125 × 4 Prompts = 500 Requests
    for p in prompts:
        body = {"model": "deepseek-v3.2", "messages": [{"role":"user","content":p}], "max_tokens": 200}
        t0 = time.perf_counter()
        r  = requests.post(URL, headers=HDR, json=body, timeout=10)
        dt = (time.perf_counter() - t0) * 1000
        samples.append((dt, r.status_code, r.json().get("usage", {}).get("total_tokens", 0)))

ok  = sum(1 for s in samples if 200 <= s[1] < 300)
lats = sorted(s[0] for s in samples)
print(f"Requests:    {len(samples)}")
print(f"Erfolgsquote: {ok/len(samples)*100:.2f}%  ({ok}/{len(samples)})")
print(f"P50 Latenz:   {statistics.median(lats):.1f} ms")
print(f"P95 Latenz:   {lats[int(len(lats)*0.95)-1]:.1f} ms")
print(f"P99 Latenz:   {lats[int(len(lats)*0.99)-1]:.1f} ms")
print(f"Mean Tokens:  {statistics.mean(s[2] for s in samples):.1f}")

5. Benchmark-Ergebnisse aus 500 Anfragen