Komputery jednopłytkowe 2022, czyli czym zastąpić Malinę

Fundacja Raspberry informuje na swojej stronie, że pomimo różnych wyzwań związanych z łańcuchem dostaw, co miesiąc jest w stanie wyprodukować około 500 tys. komputerków Raspbrerry Pi. Natomiast obecna sytuacja wynika ze skumulowania się występującego aktualnie dużego popytu i ciągle nieskompensowanych niedawnych przestojów produkcyjnych. W rezultacie wielu dystrybutorów ma zaległości, które wypełniają, gdy tylko otrzymują towar.

Słaba dostępność SBC z rodziny Raspberry Pi przyczyniła się też do nasilenia działalności, która polega na wykupowaniu dostępnych egzemplarzy od oficjalnych dystrybutorów i odsprzedawania ich po dużo wyższej cenie. Często dzieje się, to w sposób wręcz automatyczny przy użyciu programów tzw. botów. Choć podejmowane są działania, które mają temu zapobiegać to w praktyce, chcąc zakupić RPi w standardowej cenie, poniżej 300 zł, zobaczymy tylko: Out of stock. Natomiast komputerki po dwukrotnej cenie są dostępne od ręki na różnych serwisach aukcyjnych.

Taka sytuacja jest bulwersująca i na forach można było znaleźć wypowiedzi użytkowników, konstruktorów, małych firm – startupów, czy nawet osób zaangażowanych w edukację dzieci i młodzieży, które zarzucały Fundacji Raspberry odejście od jej głównego celu. Celem Raspberry miała być edukacja – umożliwienie młodym uczniom i studentom poszerzenia ich świadomości STEM (nauka, technologia, inżynieria i matematyka – science, technology, engineering, mathematics), dzięki dostarczeniu wydajnego, łatwo dostępnego komputera jednopłytkowego w akceptowalnej cenie. Tymczasem cała produkcja jest przeznaczana na zapotrzebowania komercyjne.

Według prognoz cała ta skomplikowana sytuacja ma się ustabilizować w 2023 roku. Naturalnym zjawiskiem jest to, że kiedy brakuje jednego komponentu, to szukamy rozwiązań alternatywnych. Producenci elektroniki doskonale o tym wiedzą i wręcz wyczekują takich sytuacji. To doskonała okazja, aby wejść na rynek z nowym produktem. Jaka jest odpowiedź branży elektronicznej na braki Maliny? W artykule omówimy kilka minikomputerów, które mogą być alternatywą dla serii Raspberry, wybranych nie ze względu na parametry czy innowacyjność, ale ze względu na dobrą dostępność na rynku.

ODROID

Komputery jednopłytkowe ODROID to szeroka rodzina produktów opracowanych przez firmę Hardkernel z siedzibą w Korei Południowej. Nazwa ODROID powstała z połączenia słów open + Android, jednak projekt sprzętu nie jest w pełni otwarty. Komputerki w większości działają z system Android, ale także z popularnymi dystrybucjami Linuksa.

Pierwsza generacja płytek trafiła na rynek w 2009 roku, potem pojawiły się kolejne nowocześniejsze modele. Urządzenia z oznaczeniem C w nazwie są wyposażone w układ Amlogic SoC, natomiast modele XU są wyposażone w układ Samsung Exynos SoC. Oba zawierają procesor ARM (CPU) i procesor graficzny (GPU). Architektury procesorów obejmują ARMv7-A i ARMv8-A, zakres dostępnej pamięci RAM wynosi od 1 GB do 4 GB. Większość płyt ma od trzech do pięciu gniazd USB 2.0 i/lub 3.0 i wyjście HDMI, a niektóre modele mają port Gigabit Ethernet. Wyprowadzenia GPIO mają postać 40-pinowego złącza ze szpilkami goldpin, na którym dostępne są popularne interfejsy, takie jak I²C, SPI, UART.

Do przechowywania systemu operacyjnego oraz jako pamięć programów i danych służy karta pamięci MicroSD lub pamięć flash eMMC w postaci modułu (fotografia 1) dołączanego poprzez charakterystyczne złącze.

Fotografia 1. Moduł z pamięcią eMMC przeznaczony do komputerów z rodziny ODROID

Taki moduł oferuje 2...3 razy szybszy transfer niż karta pamięci. Do zainstalowania systemu operacyjnego na module z pamięcią eMMC wymagany jest specjalny programator USB (fotografia 2) lub adapter eMMC-MicroSD (fotografia 3).

Fotografia 2. Programator do modułów z pamięcią eMMC

Dostępne są też zaprogramowane moduły, oznaczane kolorowymi nalepkami lub wykonane na laminacie o różnych kolorach. Należy upewnić się co do wersji i kompatybilności modułu, ponieważ niektóre nie działają z danymi komputerami.

Fotografia 3. Adapter modułu z pamięcią eMMC do złącza kart pamięci MicroSD

Charakterystyczną cechą minikomputerów ODROID jest złącze z interfejsem UART, odbiornik podczerwieni oraz sprzętowy zegar RTC z podtrzymaniem. Wszystkie te komponenty są zintegrowane w większości wersji.

Spośród opisanych dalej komputerków część nie jest już oficjalnie produkowana, jednak pomimo to są stale dostępne w sprzedaży i mogą być dobrym wyborem do mniej wymagających aplikacji. Dokładna dokumentacja i materiały dodatkowe do minikomputerów ODROID dostępne są na stronie https://wiki.odroid.com/.

ODROID-C0

Jest to zminimalizowana wersja sprzętowa ODROID-C1+ ze zintegrowanym obwodem zasilania współpracującym z akumulatorem litowym 3,7 V. Doskonale nadaje się do projektów IoT, urządzeń do noszenia i innych aplikacji, które wymagają lekkiego mobilnego rozwiązania (fotografia 4).

Fotografia 4. Komputer SBC typu ODROID-C0

Wszystkie obrazy systemów operacyjnych dla ODROID-C1/C1+ są w pełni kompatybilne z ODROID-C0. Działają np. Ubuntu, Android, Arch Linux, Debian i OpenELEC, z tysiącami dostępnych darmowych pakietów oprogramowania typu open source. Płytka jest dostarczana bez wlutowanych gniazd USB, złączy szpilkowych i bez radiatora dla obniżenia wagi i zoptymalizowania aspektów logistycznych. Najważniejsze cechy ODROID-C0:

• 32-bitowy procesor Amlogic S805 SoC: 4×ARM Cortex-A5 (ARMv7) 1,5 GHz,
• GPU Mali-450 MP2 600 MHz (z obsługą OpenGL ES 2.0/1.1),
• 1 GB pamięci DDR3 792 MHz,
• gniazdo pamięci flash eMMC 4.5 HS200 oraz gniazdo karty microSD UHS-1,
• 40-pinowe złącze GPIO, 7-pinowe złącze z wyprowadzonym interfejsem I²S, 2×ADC 10-bitowy,
• standardowe wyjście HDMI (audio, video), 2×USB 2.0 (niezamontowane na płytce)
• ładowarka akumulatorów litowych,
• odbiornik podczerwieni (IR), złącze UART 3,3 V (niezamontowane),
• zegar RTC z możliwością podtrzymania zasilania,
• poziom napięcia akumulatora dostępny z przetwornika ADC zintegrowanego z procesorem,
• zasilanie: 5 V/2 A lub z akumulatora litowego 3,7 V,
• wymiary: 58×56×11 mm,
• oficjalna produkcja została zakończona.

ODROID-C1+

Wersja C1+ jest odnowioną wersją C1, a zasadnicza różnica to standardowe – złącze HDMI zamiast wersji micro (fotografia 5).

Fotografia 5. Komputer SBC typu ODROID-C1+

Specyfikacja minikomputera jest podobna do wcześniej opisanej wersji C0, czyli zawiera wydajny procesor Amlogic S805 oraz 1 GB pamięci RAM, ale dodatkowo ma wbudowany port Ethernet Gigabit, cztery gniazda USB 2.0 oraz USB OTG. Działa z systemami Ubuntu 14.04 lub Android 4.2. Ma bardzo szerokie zastosowanie – może służyć jako prosty komputer do przeglądania stron internetowych, sterownik do automatyki domowej, mały serwer, czy tanie urządzenie do prototypowania systemów wbudowanych. Konstrukcja jest bardzo podobna do płytek Raspberry i z powodzeniem może je zastąpić. Najważniejsze cechy ODROID-C1+:

• 32-bitowy procesor Amlogic S805 SoC: 4×ARM Cortex-A5 (ARMv7) 1,5 GHz,
• GPU Mali-450 MP2 600 MHz (z obsługą OpenGL ES 2.0/1.1),
• 1 GB pamięci DDR3 792 MHz,
• gniazdo pamięci flash eMMC 4.5 HS200 oraz gniazdo karty microSD UHS-1,
• 40-pinowe złącze GPIO, 7-pinowe złącze z wyprowadzonym interfejsem I²S, 2×ADC 10-bitowy,
• standardowe wyjście HDMI (audio, video), 4×USB 2.0, Ethernet 1 Gb/s,
• USB OTG, poprzez które może być dostarczane zasilanie i realizowana transmisja danych,
• odbiornik podczerwieni (IR), złącze UART 3,3 V,
• zegar RTC z możliwością podtrzymania zasilania,
• zasilanie: 5 V/2 A,
• wymiary: 85×56×18 mm,
• oficjalna produkcja została zakończona.

ODROID-C2

Minikomputer w wersji C2 (fotografia 6) ma znaczne ulepszenia w stosunku do poprzednika. Zastosowano nowy CPU w postaci 64-bitowego procesora Amlogic S905 (ARM Cortex-M53) o częstotliwości taktowania 1,5 GHz oraz ulepszony 3-rdzeniowy GPU Mali-450 MP3.

Fotografia 6. Komputer SBC typu ODROID-C2

Również zwiększona została ilość pamięci RAM do 2 GB. Wyjście HDMI ulepszono do wersji 2.0 i pozwala na pracę w trybie 4k/60 Hz. W tej wersji zrezygnowano natomiast z zegara RTC – może być zastosowany tylko jako zewnętrzny moduł. Działa z systemami Ubuntu 16.04 i Android 5.1. Większa wydajność wiąże się z większym zapotrzebowaniem na energię, w tym wypadku zasilacz 5 V/2 A niskiej jakości może nie wystarczyć. Charakterystyczna dla tej wersji jest płytka w kolorze czarnym. Najważniejsze cechy ODROID-C2:

• 64-bitowy procesor Amlogic S905 SoC: 4×ARM Cortex-A53 (ARMv8) 1,5 GHz,
• GPU ARM Mali-450 MP3 700 MHz (z obsługą OpenGL ES 2.0/1.1),
• 2 GB pamięci DDR3 912 MHz,
• gniazdo pamięci flash eMMC 5.0 HS400 oraz gniazdo karty microSD UHS-1 (83 MHz),
• 40-pinowe złącze GPIO, 7-pinowe złącze z wyprowadzonym interfejsem I²S, 2×ADC 10-bitowy,
• standardowe wyjście HDMI 2.0, 4k/60 Hz, 4×USB 2.0, Ethernet 1 Gb/s,
• USB OTG, poprzez które może być dostarczane zasilanie i realizowana transmisja danych,
• odbiornik podczerwieni (IR), złącze UART 3,3 V,
• zasilanie: 5 V/2 A,
• wymiary: 85×56×18 mm,
• oficjalna produkcja została zakończona.

ODROID-C4

Najnowsze urządzenie – ODROID-C4 (fotografia 7), to komputer jednopłytkowy nowej generacji, który jest jednocześnie szybszy i bardziej energooszczędny niż wersja C2.

Fotografia 7. Komputer SBC typu ODROID-C4

Procesor główny to Amlogic S905X3 quad-core Cortex-A55 2,0 GHz ze zintegrowanym procesorem graficznym nowej generacji Mali-G31. Procesor działa z maksymalną częstotliwością bez dławienia termicznego przy zastosowaniu standardowego radiatora, co sprawia, że ODROID-C4 jest solidnym i cichym komputerem. Płytka ma również 4 GB pamięci RAM DDR4, port Ethernet 1 Gb/s, HDMI 2.0 i cztery gniazda USB 3.0. Działa z systemami Ubuntu 20.04 lub Android Pie 9.0. Charakterystyczna dla tej wersji jest płytka w kolorze czerwonym. Najważniejsze cechy ODROID-C4:

• 64-bitowy procesor Amlogic S905X3 SoC: 4×ARM Cortex-A55 (ARMv8) 2,0 GHz,
• GPU ARM Mali-G31 650 MHz (z obsługą OpenGL ES 2.0/1.1),
• 4 GB pamięci DDR3 (magistrala 32-bitowa),
• gniazdo pamięci flash eMMC 5.1 oraz gniazdo karty microSD UHS-1,
• 40-pinowe złącze GPIO, 7-pinowe złącze z wyprowadzonym interfejsem I²S, 2×ADC 12-bitowy,
• standardowe wyjście HDMI 2.0, 4k/60 Hz, 4×USB 3.0, Ethernet 1 Gb/s,
• USB OTG, poprzez które może być dostarczane zasilanie i realizowana transmisja danych,
• odbiornik podczerwieni (IR), złącze UART 3,3 V,
• zasilanie: 5,5...15,5 V, zalecane 12 V/2 A, gniazdo DC jack 5,5/2,1 mm,
• wymiary: 85×56×18 mm.

ODROID-XU4/XU4Q

Komputerki SBC ODROID-XU4 (fotografia 8) są zbudowane z zastosowaniem 8-rdzeniowych procesorów Samsung Exynos5422 Octa bazujących na nowej technologii Heterogeneous Multi-Processing (HMP), czyli heterogenicznej wieloprocesorowości.

Fotografia 8. Komputer SBC typu ODROID-XU4

Technologia HMP pozwala wykorzystać większą moc dzięki jednoczesnemu użyciu wszystkich ośmiu rdzeni, co przekłada się na znaczną wydajność i skuteczność minikomputerów. Dzięki interfejsom eMMC 5.0, USB 3.0 oraz Ethernet Gigabit wyróżniają się dużą prędkością przesyłania danych, co jest istotne w zaawansowanych procesach obliczeniowych czy generowaniu grafiki 3D. Kompatybilne są różne systemy na bazie Linuxa, takie jak Ubuntu 15.04, Android 4.4 KitKat oraz Android 5.1 Lollipop czy też przygotowany przez społeczność użytkowników – Android 7.1 Płytka ma nieco inny format niż standard Raspberry Pi, inny jest układ złączy, a 40-pinowe GPIO zastąpiono wersją 30-pinową. Standardowo radiator jest wyposażony w wentylator i wtedy jest to wersja XU4, natomiast XU4Q ma zamontowany wyższy radiator bez wentylatora i jest wyposażona w dodatkowe zabezpieczenia termiczne. Najważniejsze cechy ODROID-XU4/XU4Q:

• 32-bitowy, 8-rdzeniowy procesor Samsung Exynos5422 Octa, 4×ARM Cortex-A15 2,0 GHz, 4×Cortex-A7 1,5 GHz,
• GPU Mali-T628 MP6 600 MHz (z obsługą OpenGL ES 3.1/2.0/1.1, OpenCL 1.2),
• 2 GB pamięci DDR3 933 MHz (magistrala 32-bitowa),
• gniazdo pamięci flash eMMC 5.0 oraz gniazdo karty microSD UHS-1,
• 30-pinowe złącze GPIO, 12-pinowe złącze (I²S, I²C), 2×ADC,
• standardowe wyjście HDMI 1.4a, 2×USB 3.0, 1×USB 2.0, Ethernet 1 Gb/s,
• zintegrowany RTC, złącze UART 3,3 V,
• zasilanie: 5 V/4 A, gniazdo DC jack 5,5/2,1 mm,
• wymiary: 82×58×22 mm.

ODROID-N2/N2+

Model N2+ odznacza się zupełnie inną konstrukcją (fotografia 9), odbiegającą od standardu Raspberry.

Fotografia 9. Komputer SBC typu ODROID-N2+

Cała płytka jest osadzona na radiatorze, który jest solidną podstawą urządzenia i jednocześnie zapewnia skuteczne odprowadzanie ciepła. Złącza są rozmieszczone w uporządkowany sposób tak, że urządzenie można zamknąć w kompaktowej obudowie. Jako procesor zastosowano nowoczesny układ Amlogic S922X z czterema rdzeniami Cortex-A73 oraz dwoma rdzeniami Cortex-A53 i zintegrowanym procesorem graficznym Mali-G52. Dostępne są warianty z 2 GB lub 4 GB szybkiej pamięci RAM.

ODROID-N2 ma zintegrowaną pamięć Flash SPI o rozmiarze 8 MB, która może zawierać pliki binarne ładowania początkowego (boot) (U-boot, minimalne jądro Linuksa, czy ramdysk zawierający Petitboot). Na płytce znajdują się wszystkie standardowe złącza i interfejsy, także charakterystyczny dla komputerków ODROID odbiornik podczerwieni, układ RTC wraz z gniazdem baterii, a nawet analogowe wyjście video i audio wysokiej jakości. Takie zestawienie doskonale sprawdzi się w różnych aplikacjach multimedialnych.

Wersja N2+ zawiera niższy radiator w stosunku do wersji N2, pomimo, że pracuje z wyższymi częstotliwościami rdzeni (Cortex-A73 z 1,8 GHz do 2,4 GHz, a dwurdzeniowy Cortex-A53 z 1,9 GHz do 2,0 GHz). Komputer współpracuje z systemami Linux Ubuntu 18.04, a także Android Pie 9.0. Najważniejsze cechy ODROID-N2+:

• 64-bitowy, 6-rdzeniowy procesor Amlogic S922X, 4×ARM Cortex-A73 2,4 GHz, 2×Cortex-A53 2,0 GHz,
• GPU Mali-G52 MP6 800 MHz (z obsługą OpenGL ES 3.2, Vulcan 1.0, OpenCL 2.0),
• 2 GB lub 4 GB pamięci DDR4 1320 MHz (magistrala 32-bitowa),
• gniazdo pamięci flash eMMC 5.0 oraz gniazdo karty microSD UHS-1, pamięć Flash SPI 8 MB,
• 40-pinowe złącze GPIO, 2×ADC 10-bitowy,
• standardowe wyjście HDMI, composite video, 4×USB 3.0, USB OTG, Ethernet 1 Gb/s,
• odbiornik podczerwieni (IR), zintegrowany RTC (NXP PCF8563), złącze UART 3,3 V,
• wyjście liniowe audio/stereo wysokiej jakości (DAC 384 kHz, 32 bity),
• zasilanie: 7,5...18 V, zalecane 12 V/2 A, gniazdo DC jack 5,5/2,1 mm,
• wymiary płytki 90×90×17 mm, radiator: 100×91×19 mm.

ODROID-M1

Minikomputer ODROID-M1 (fotografia 10) został opracowany, aby sprostać wymaganiom aplikacji korzystających z technologii AI i ML.

Fotografia 10. Komputer SBC typu ODROID-M1

Jako procesor zastosowano energooszczędny i wydajny czterordzeniowy układ Rockchip RK3568B2 Cortex-A55 ze zintegrowanym, wysokowydajnym akceleratorem AI – układem przetwarzania sieci neuronowych (NPU). Na systemie operacyjnym Ubuntu Linux można uruchomić różne modele TensorFlow Lite i ONNX. Płytkę wyposażono w 4 GB lub 8 GB pamięci RAM oraz złącza do obsługi pamięci eMMC i kart microSD. W zestawie gniazd znajdują się wszystkie niezbędne interfejsy Ethernet, HDMI i USB 3.0. Na spodzie płytki zamontowano wydajny radiator, który wspomaga chłodzenie całego układu podczas pracy.

Cechą, która wyróżnia płytkę ODROID-M1, jest obsługa pamięci masowych w postaci dysków M.2 NVMe o wymiarach 22×80 mm. Złącze M.2 ma 2-liniową konfigurację PCIe 3.0, która zapewnia szybki dostęp sekwencyjny o wydajności 1600 MB/s. Minikomputer nie obsługuje pamięci M.2 SATA. Gniazdo M.2 obsługuje tylko interfejs PCIe (M-Key). Komputer ma też pojedynczy natywny port SATA 3.0 (nie USB), który umożliwia podłączenie dysku twardego 2,5" lub urządzenia pamięci masowej SSD NAND. Interfejs SATA zapewnia szybkość dostępu sekwencyjnego na poziomie prawie 500 MB/s. Kolejnym rozwiązaniem wyróżniającym model M1 na tle wcześniejszych produktów jest interfejs kamery MIPI-CSI. Taka konfiguracja komputera sprawia, że jest odpowiednim rozwiązaniem do aplikacji związanych z przetwarzaniem obrazu.

Najważniejsze cechy ODROID-M1:

• 64-bitowy, 6-rdzeniowy procesor Rockchip RK3568B2, 4×ARM Cortex-A55 2,0 GHz,
• zintegrowany, wysokowydajny akcelerator AI NPU, obsługuje m.in. TensorFlow, TFLite, ONNX, PyTorch, Keras,
• GPU Mali-G52 MP2 650 MHz (z obsługą OpenGL ES 3.2, Vulcan 1.0, OpenCL 2.0),
• 4 GB lub 8 GB pamięci DDR4 1560 MHz (magistrala 32-bitowa),
• gniazdo pamięci flash eMMC 5.1 oraz gniazdo karty microSD UHS-1, pamięć flash SPI 16 MB,
• gniazdo pamięci masowych NVME M.2 SSD (2×PCIe 3.0), natywny port SATA 3.0,
• 40-pinowe złącze GPIO, 2×ADC 10-bitowy,
• standardowe wyjście HDMI, composite video, 2×USB 3.0, 2×USB 2.0, Ethernet 1 Gb/s,
• złącze kamery MIPI-CSI, złącze wyświetlacza MIPI-DSI,
• odbiornik podczerwieni (IR), zintegrowany RTC, złącze UART 3,3 V,
• wyjście liniowe audio/stereo wysokiej jakości (DAC 384 kHz, 32 bity),
• zasilanie: 7,5...18 V, zalecane 12 V/2 A, gniazdo DC jack 5,5/2,1 mm,
• wymiary płytki 90×122×16 mm, radiator: 100×123×19 mm.

Banana Pi

Seria komputerów jednopłytkowych Banana Pi jest produkowana przez chińską firmę Shenzhen SINOVOIP i jej spin-off Guangdong BiPai Technology. Projekt sprzętowy minikomputerów Banana Pi był inspirowany płytką Raspberry Pi, dlatego w obu rozwiązaniach jest stosowane to samo 40-pinowe złącze GPIO. Większość modeli korzysta z procesorów SoC MediaTek lub Allwinner. Banana Pi jest platformą typu open source. Wspiera takie systemy operacyjne, jak Android, Linux Ubuntu, Debian, Arch Linux, NetBSD, a także Raspbian.

Dokładana dokumentacja i materiały dodatkowe do minikomputerów Banana Pi są dostępne na stronie https://www.banana-pi.org/en/banana-pi-sbcs/.

Banana Pi M2+/M2 Magic

Wersja M2+ (fotografia 11) bazuje na procesorze Allwinner H3, 4×ARM Cortex-A7 1,2 GHz połączonym z 1 GB pamięci SDRAM DDR3 i 8 GB pamięci flash eMMC.

Fotografia 11. Komputer SBC typu Banana Pi M2+

Zawiera standardowy zestaw złączy: USB, HDMI, Ethernet 1 Gb/s, gniazdo microSD oraz 40-pinowe złącze szpilkowe GPIO z interfejsami UART, I²C, SPI. Wbudowane przyciski: Reset, Power, Uboot oraz odbiornik podczerwieni, są pomocne podczas użytkowania modułu. Dodatkowo na pokładzie jest też moduł Wi-Fi b/g/n oraz BT 4.0 i złącze kamery MIPI-CSI. Wszystko mieści się na płytce o niewielkich rozmiarach 65×65 mm. Obsługiwane systemy to m.in. Android, Ubuntu, Debian oraz Raspbian. Powstała nowsza i bardziej wydajna wersja M2 Pro, jednak jest słabo dostępna i nie zyskała popularności. Najważniejsze cechy Banana Pi M2+:

• 32-bitowy, 4-rdzeniowy procesor Allwinner H3, 4×ARM Cortex-A7 1,2 GHz,
• GPU Mali-400 MP2 600 MHz (z obsługą OpenGL ES 2.0),
• 1 GB pamięci DDR3,
• wbudowana pamięć flash 8 GB eMMC, gniazdo karty microSD,
• moduł Wi-Fi b/g/n oraz BT 4.0, złącze anteny zewnętrznej,
• 40-pinowe złącze GPIO, złącze kamery MIPI-CSI,
• standardowe wyjście HDMI, 2×USB 2.0, USB OTG, Ethernet 1 Gb/s,
• odbiornik podczerwieni (IR), złącze UART 3,3 V,
• zasilanie: 5 V/2 A, DC jack 4,0/1,7 mm,
• wymiary: 65×65 mm.

M2 Magic (M2M)

Podobną konstrukcję ma wersja M2 Magic (M2M) (fotografia 12). Została zoptymalizowana do aplikacji IoT i dlatego zasoby sprzętowe są nieco słabsze, zrezygnowano też ze złączy HDMI i Ethernet, ale dzięki temu wymiary płytki zostały zredukowane aż do 51×51 mm.

Fotografia 12. Komputer SBC typu Banana Pi M2 Magic

Większość dostępnych urządzeń to wersje bez zamontowanego układu pamięci eMMC, zatem do uruchomienia konieczna jest karta pamięci microSD. Najważniejsze cechy Banana Pi M2 Magic (M2M):

• 32-bitowy, 4-rdzeniowy procesor Allwinner R16, 4×ARM Cortex-A7 1,0 GHz,
• GPU Mali-400 MP2 600 MHz (z obsługą OpenGL ES 2.0),
• 512 MB pamięci DDR3,
• gniazdo karty microSD, opcjonalnie wbudowana pamięć flash 8 GB eMMC,
• moduł Wi-Fi b/g/n oraz BT 4.0, złącze anteny zewnętrznej,
• 40-pinowe złącze GPIO, złącze kamery MIPI-CSI, złącze wyświetlacza MIPI-DSI,
• brak HDMI, brak Ethernet, USB 2.0, USB OTG, złącze UART 3,3 V,
• mikrofon, wyjście na głośnik,
• zasilanie: 5 V/2 A, DC jack 4,0/1,7 mm lub złącze USB OTG,
• złącze akumulatora litowego 3,7 V,
• wymiary: 51×51 mm.

Banana Pi M4

Minikomputer Banana Pi M4 (fotografia 13) został wyposażony w 64-bitowy procesor Realtek RTD1395 ARM Cortex-A53 Quad-Core połączony z 2 GB pamięci RAM oraz 8 GB pamięci eMMC.

Fotografia 13. Komputer SBC typu Banana Pi M4

Konstrukcja płytki i rozmieszczenie gniazd odpowiada standardowi Raspberry. Minikomputer został wyposażony w moduł Wi-Fi 802.11 b/g/n/AC oraz Bluetooth 4.2. Złącze antenowe u.FL pozwala wzmocnić sygnał Wi-Fi. Dzięki wbudowanemu złączu M.2 można podłączyć zewnętrzny dysk SSD M.2. Zasilanie może być doprowadzone poprzez USB typu C lub nakładkę PoE. Banana Pi M4 jest kompatybilny z systemami Android oraz Linux. Najważniejsze cechy Banana Pi M4:

• 64-bitowy, 4-rdzeniowy procesor Realtek RTD1395, 4×ARM Cortex-A53 1,4 GHz,
• GPU Mali-470 MP4 (z obsługą OpenGL ES 2.0),
• 2 GB pamięci DDR4,
• wbudowana pamięć flash 8 GB eMMC, gniazdo karty microSD,
• złącze M.2 Key E PCIE 2.0 dla dysku SSD,
• moduł Wi-Fi b/g/n/AC oraz BT 4.2, złącze anteny zewnętrznej,
• 40-pinowe złącze GPIO, złącze UART 3,3 V,
• standardowe wyjście HDMI 2.0, 4×USB 2.0, Ethernet 1 Gb/s,
• wyjście audio jack 3,5 mm,
• zasilanie: 5 V/2 A poprzez złącze USB C,
• wymiary: 92×60 mm.

Banana Pi M5

Jednym z nowszych komputerków jest Banana Pi M5 (fotografia 14), bazujący na czterordzeniowym procesorze Amlogic S905X, ARM Cortex-A55 2.0 GHz, połączonym z 4 GB pamięci RAM oraz 16 GB pamięci eMMC.

Fotografia 14. Komputer SBC typu Banana Pi M5

Dodatkowo dostępne jest gniazdo microSD wspierające karty o pojemności do 2 TB. Zrezygnowano ze złącza M.2, ponieważ zewnętrzny dysk SSD można z powodzeniem dołączyć poprzez szybkie złącza USB 3.0. Natomiast brak modułu komunikacji bezprzewodowej może wykluczyć wersję M5 z niektórych aplikacji. Banana Pi M5 jest kompatybilny z systemami Android oraz Linux. Najważniejsze cechy Banana Pi M5:

• 64-bitowy, 4-rdzeniowy procesor Amlogic S905X3, 4×ARM Cortex-A55 2,0 GHz,
• GPU Mali-G31 MP2 (z obsługą OpenGL ES 2.0),
• 4 GB pamięci DDR4,
• wbudowana pamięć flash 16 GB eMMC, gniazdo karty microSD do 2 TB,
• 40-pinowe złącze GPIO, złącze UART 3,3 V, odbiornik podczerwieni,
• standardowe wyjście HDMI 2.0, 4×USB 3.0, Ethernet 1Gb/s,
• wyjście audio Jack 3,5 mm,
• zasilanie: 5 V/3 A poprzez złącze USB C,
• wymiary: 92×60 mm.

BeagleBone

Fundacja BeagleBoard.org jest korporacją nonprofit z siedzibą w Michigan, USA, która zajmuje się projektowaniem i zastosowaniami oprogramowania i sprzętu typu open source w systemach wbudowanych. Płytki rozwojowe BeagleBone są tanimi, bezwentylatorowymi komputerami jednopłytowymi bazującymi na energooszczędnych procesorach Texas Instruments. Oferują możliwości dzisiejszych komputerów stacjonarnych, ale przy małych gabarytach, niskiej cenie i wysokiej oszczędności energii. Dzięki ogromnemu sukcesowi i wsparciu ze strony licznych dystrybucji Linuksa rozwój stał się bardziej skoncentrowany na zaawansowanych urządzeniach z interfejsem graficznym i/lub sieciowym, bardzo łatwych w obsłudze i programowaniu. Dokładna dokumentacja i materiały dodatkowe do minikomputerów BeagleBone są dostępne na stronie https://beagleboard.org/boards.

BeagleBone Green/Green Wireless/Black

Wersja Green (fotografia 15) to tania, wspierana przez społeczność platforma programistyczna dla konstruktorów.

Fotografia 15. Komputer SBC typu BeagleBone Green

Powstała w wyniku współpracy BeagleBoard.org i Seeed Studio. Bazuje na klasycznym projekcie sprzętowym BeagleBone Black o otwartym kodzie źródłowym z procesorem AM3358 1 GHz ARM Cortex-A8, pamięcią SDRAM 512 MB DDR3 i pamięcią flash 4 GB. Procesor ma wbudowany akcelerator grafiki 3D, sprzętową jednostkę zmiennoprzecinkową NEON floating-point accelerator oraz dwa mikrokontrolery PRU (Programmable Real-Time Unit). Na płytce znajdują się załącza USB i Ethernet, natomiast zrezygnowano ze złącza HDMI na rzecz dwóch złączy Grove, co ułatwia podłączenie różnorodnych czujników serii Grove. Minikomputer ma dwa dwurzędowe złącza, na które zostały wyprowadzone cyfrowe piny GPIO. Każdy z pinów może pracować w jednym z 8 trybów. Wspierane systemy operacyjne to m.in. Angstrom Linux, Android, Ubuntu.

Fotografia 16. Komputer SBC typu BeagleBone Green Wireless

W wersji Green Wireless (fotografia 16) brakuje złącza Ethernet, za to znajduje się moduł komunikacji bezprzewodowej Wi-Fi 802.11 b/g/n 2,4 GHz i Bluetooth 4.1 z BLE wraz z dwiema zewnętrznymi antenami oraz w sumie 4 gniazda USB.

W wersji Black (fotografia 17) zestaw złączy obejmuje Ethernet oraz dodatkowe złącze zasilania, a po przeciwnej stronie płytki złącze USB oraz micro HDMI. Obsługiwane rozdzielczości wideo to: 1280×1024, 1024×768, 1280×720, 1440×900.

Fotografia 17. Komputer SBC typu BeagleBone Black

Najważniejsze cechy BeagleBone Green/Green Wireless/Black:

• 32-bitowy, 1-rdzeniowy procesor TI Sitara AM3358, Cortex-A8 1,0 GHz,
• wbudowany akcelerator grafiki 3D, sprzętowa jednostka zmiennoprzecinkowa NEON,
• dwa mikrokontrolery PRU (Programmable Real-Time Unit) taktowane zegarem 200 MHz,
• 512 MB pamięci DDR3,
• wbudowana pamięć flash 4 GB eMMC, gniazdo karty microSD,
• 2×46-pinowe złącze GPIO, złącze UART,
• 2 złącza Grove (UART, I²C),
• USB 2.0, USB OTG, Ethernet 1 Gb/s (wersja Green oraz Black),
• 4×USB 2.0, USB OTG (wersja Green Wireless),
• moduł komunikacji bezprzewodowej Wi-Fi 802.11 b/g/n 2,4 GHz i Bluetooth 4.1 z BLE (wersja Green Wireless),
• zasilanie: 5 V poprzez złącze microUSB lub złącze zasilania (tylko wersja Black),
• wymiary: 86×53 mm.

NanoPi

Konstrukcje formatu płytek Raspberry Pi w niektórych zastosowaniach mogą okazać się niewystarczająco kompaktowe. Dlatego wielu producentów SBC, oprócz klasycznych płytek zgodnych konstrukcyjnie z RPi oferuje, także moduły bardziej kompaktowe, a niektórzy producenci wręcz koncentrują się tylko na tworzeniu takich rozwiązań. Firma FriendlyElec produkująca minikomputerki NanoPi postanowiła rzucić wyzwanie takim produktom, jak Arduino, Raspberry, czy BeagleBone. NanoPi to ciekawa alternatywa wśród minikomputerów jednopłytkowych – odznaczają się dużymi możliwościami i niezwykle zwartą konstrukcją. Więcej informacji na temat produktów FriendlyElec można znaleźć na stronie https://wiki.friendlyelec.com/wiki/index.php/Main_Page#NanoPCSeries.

NanoPi NEO Core

Wersja Neo Core (fotografia 18) to niewielka płytka o wymiarach 40×40 mm wyposażona w układ SoC Allwinner H3 oraz pamięć RAM o standardowej pojemności 256 MB lub 512 MB.

Fotografia 18. Komputer SBC typu NanoPi NEO Core

Jako pamięć oprogramowania może posłużyć karta pamięci umieszczona w gnieździe na płytce lub opcjonalnie zamontowana pamięć eMMC. Na krawędziach płytki rozmieszczone są złącza GPIO o organizacji 2×12, 2×10 i 2×12 w standardowym rastrze 2,54 mm. Wyprowadzone są tam m.in.: interfejs Ethernet, USB, SPI, UART, I²C, I²S. Moduł współpracuje z systemem Ubuntu w wersji 16.04. Płytkę można zasilać ze złącza Micro USB. Najważniejsze cechy NanoPi NEO Core:

• 32-bitowy, 4-rdzeniowy procesor SoC Allwinner H3, Cortex-A7 1,2 GHz,
• 256 lub 512 MB pamięci DDR3,
• gniazdo karty microSD oraz opcjonalnie wbudowana pamięć flash 8/16/32 GB eMMC,
• złącza GPIO o organizacji: 2×12, 2×10 i 2×12,
• interfejs Ethernet 10/100 M wyprowadzony na port GPIO,
• wejście/wyjście audio wyprowadzone na port GPIO,
• 3 porty USB 2.0 wyprowadzone na port GPIO,
• złącze UART 3,3 V wyprowadzone na port GPIO,
• złącze micro USB – USB OTG,
• zasilanie: 5 V poprzez złącze micro USB,
• wymiary: 40×40 mm.

NanoPi NEO Air

NEO Air to kompaktowa oraz lekka płytka (fotografia 19) podobna do wersji NEO Core ale dodatkowo wyposażona w moduł radiowy umożliwiający na uruchomienie komunikacji Wi-Fi 802.11b/g/n oraz Bluetooth 4.0.

Fotografia 19. Komputer SBC typu NanoPi NEO Air

Procesor Allwinner H3 Quad-Core jest taktowany zegarem 1,2 GHz i współpracuje z 512 MB pamięci RAM oraz 8 GB pamięci eMMC. Na płytce znajduje się także złącze DVP, które może obsługiwać kamerę producenta. Dodatkowe interfejsy wyprowadzone są na złączach GPIO w rastrze 2,54 mm. Najważniejsze cechy NanoPi NEO Air:

• 32-bitowy, 4-rdzeniowy procesor SoC Allwinner H3, Cortex-A7 1,2 GHz,
• 512 MB pamięci DDR3,
• gniazdo karty microSD oraz pamięć flash 8 GB eMMC,
• złącza GPIO 24-pinowe i 12 ponowe,
• komunikacja Wi-Fi 802.11b/g/n oraz Bluetooth 4.0,
• wejście/wyjście audio wyprowadzone na port GPIO,
• 2 porty USB 2.0 wyprowadzone na port GPIO,
• złącze UART 3,3 V wyprowadzone na port GPIO,
• złącze micro USB – USB OTG,
• zasilanie: 5 V poprzez złącze micro USB,
• wymiary: 40×40 mm,
• waga: 7,5 g

NanoPi NEO3

NEO3 to niewielki minikomputer (fotografia 20) z czterordzeniowym układem SoC RockChip RK3328 (ARM Cortex-A53) i pamięcią RAM DDR4 o pojemności 2 GB.

Fotografia 20. Komputer SBC typu NanoPi NEO3

Na płytce znajduje się port Gigabit Ethernet, gniazdo USB 3.0 oraz złącze 26-pinowe z wyprowadzonymi standardowymi interfejsami. Zasilanie jest dostarczane przez złącze USB Typ-C, a system operacyjny uruchamiany jest z karty microSD. Moduł współpracuje z systemem Ubuntu w wersji 18.04. Do minikomputerka dostępna jest dopasowana, estetyczna, niewielka obudowa – fotografia 21. Najważniejsze cechy NanoPi NEO3:

• 64-bitowy, 4-rdzeniowy procesor SoC RockChip RK3328, Cortex-A53 1,3 GHz,
• 2 GB pamięci DDR4 1056 MHz (magistrala 32-bitowa),
• gniazdo karty microSD,
• złącza GPIO 2×13,
• złącze Ethernet 1Gb/s, USB 3.0,
• 2 porty USB 2.0 wyprowadzone na port GPIO,
• złącze UART 3,3 V wyprowadzone na port GPIO,
• zasilanie: 5 V poprzez złącze micro USB C,
• wymiary: 48×48 mm.

Fotografia 21. Obudowa dla płytki NanoPi NEO3

Podsumowanie

Oferta komputerków SBC obejmuje wiele modeli wielu producentów, ale w większych ilościach dostępne są tylko najbardziej popularne modele. Warto rozważyć zastosowanie rozwiązań mniej popularnych, takich jak moduły Raspberry Compute Module czy moduły som np. od SomLabs. Choć wymaga to zaprojektowania dodatkowego obwodu PCB ze złączami i układami peryferyjnymi, to pozwala na lepsze dopasowanie finalnej konstrukcji do wymagań aplikacji i może być bardziej odporne na problemy z dostępnością komponentów.

Damian Sosnowski, EP