Одноплатный компьютер что это

Лучшие одноплатные мини-компьютеры для работы и кодинга

Системники размером с пачку чая

Есть такая штука — одноплатный мини-компьютер. Одноплатный — значит, что весь необходимый минимум компонентов в них расположен на одной плате. Мини — значит, что плата маленькая. И всё это вместе позволяет делать компьютеры недорогими, но при этом — функциональными.

Вот несколько одноплатников, на которых можно работать, если подключить к ним монитор, мышь, клавиатуру и питание.

Для начинающих: Raspberry Pi 400

Внутри этой клавиатуры стоит модифицированная плата Raspberry Pi 4 с двумя выходами на мониторы, поддержкой USB, проводного и беспроводного интернета, блютусом и 40-контактным выходом для внешних устройств.

Плюс такого решения в том, что в комплекте с клавиатурой идёт блок питания, карта памяти с операционной системой Raspberry Pi OS (по сути тот же Linux) и учебник по программированию (правда, на английском).

Если нужно что-то для начала, но не хочется тратить время на сборку корпуса и первоначальную настройку — это отличное решение. Включаете, загружаете линукс и программируете.

Для любителей SSH: Onion omega 2+

Этот одноплатник считается самым маленьким в мире полноценным компьютером: он весит 20 грамм, умеет запускать Linux, работать от батарейки и сразу поддерживает такие языки:

Ещё у него есть вайфай, выходы для подключения проводного интернета, 128 мегабайт оперативной памяти и разъём для SD-карт до 128 гигабайт. У него нет выходов для монитора, поэтому, чтобы им управлять, придётся писать программы на SD-карту заранее или подключаться к нему по SSH.

Всё и сразу: Geniatech XPI-iMX8MM

Цена: примерно 90 долларов за максимальную комплектацию

На плате размером меньше смартфона производители разместили:

Это уже полноценный компьютер, в который можно воткнуть зарядку от телефона, подключить монитор с клавиатурой и загрузить полноценный Linux для разработки. Но главный плюс этой платы — мощность процессора и большой объём памяти.

Для любителей Windows: Atomic Pi

Это одна из самых дешёвых мини-плат, на которых можно запустить Windows. В целом Windows довольно прожорливый, поэтому плат для него намного меньше, чем на Linux. Но тоже есть.

Эта плата не такая быстрая, как полноценный мини-компьютер с Алиэкспресса за 14 тысяч рублей, но он стоит почти в 5 раз дешевле, а работает не сильно хуже.

Максимум, который можно получить:

Минуса два: относительно слабое по современным меркам железо и громадный радиатор. Но от радиатора в этом процессоре никуда не деться.

Плата для MacOS: их нет, но есть Mac mini

Цена: 1030 долларов

Раньше в Mac Mini стояли жёсткие диски, SSD-накопители и планочки памяти. Но сейчас большая часть корпуса Mac Mini — пустая, там ничего нет. Весь компьютер выполнен на одной компактной плате, как на фото выше.

Это значит, что формально Mac Mini — это одноплатный компьютер. И если вы решите вопрос охлаждения и преобразования питания, вы сможете превратить его в некое подобие Raspberry Pi, получив шуструю одноплатную машинку с Mac OS. Непонятно только зачем.

Источник

Одноплатные компьютеры могут использоваться для многих целей, таких как: компактный настольный ПК общего назначения; выделенный медиа-ПК для воспроизведения музыки, телевидения и фильмов; эмуляционное устройство; сервер; хобби электроника или программирование проекта; и многое другое.

Несмотря на то, что многие одноплатные компьютеры имеют одинаковую цену, на рынке одноплатных устройств существует масса конкурентов. Интересно, почему это? Не удивительно, потому что разные одноплатные компьютеры часто специализируются для разных групп и разных целей. Присоединяйтесь к нам, и мы погрузимся в большой мир одноплатных компьютеров!

Типы и модели одноплатных компьютеров

Ну, почти. В наши дни все больше одноплатных компьютеров поставляются с предустановленными операционными системами в свои хранилища (обычно это карты micro SD), поэтому вам даже не нужно беспокоиться о технических аспектах настройки. Альтернативой, как я узнал, когда наша команда создала собственный облачный сервер, были бы строки и строки кода.

Самое важное, это то, что приведенные ниже платы предназначены для очень разных целей и отличаются друг от друга. Мы проведем вас через них, чтобы вы могли почувствовать, насколько похожи эти SBC и чем они отличаются.

Так что давайте проведем вас через популярные одноплатные компьютеры, представленные на рынке, и проясним, какая плата предназначена для какого типа пользователей!

Недорогой, хорошо известный одноплатный компьютер: Raspberry Pi 3B+ ($38)

Единственным большим недостатком Pi является (как и следовало ожидать по его цене) то, что он имеет очень скудные характеристики по сравнению с другими SBC, не говоря уже о обычных компьютерах.

Для кого Raspberry Pi?

По сути, любой, кто хочет возиться с одноплатными компьютерами в первый раз, не взломав банк, или даже представить как подарок для члена семьи или друга.

Одноплатный компьютер Teeny Tiny: ODROID XU4Q ($80)

Для кого предназначен Odroid XU4Q?

Карманные любители ретро-игр, чрезвычайно малые конструкторы форм-фактора и учащимся пользователям.

Универсальный одноплатный компьютер: ASUS Tinker Board ($82)

Те из вас, кто изготавливает ваши собственные ПК, узнают имя за этой платой. И это действительно здорово, потому что ASUS делает отличную работу по созданию простой в понимании платы с цветовой кодировкой. Когда вы начинаете копаться в этом, на плате есть много чудесных нудных аспектов. Тем не менее, более ближний осмотр также покажет, что ASUS все продумала. Например, хороший объем памяти eMMC. С хранилищем непосредственно на плате вы получаете преимущество в том, что оно быстрее и надежнее, чем карта micro SD, используемая большинством плат стоимостью менее 100 долларов. Так что здесь вы можете установить свою основную ОС для стабильности!

Для кого предназначен Asus Tinker Board?

Тем кто хочет, повозиться. Цвета делают его очень удобным для пользователя по сравнению с другими платами, и там есть множество пошаговых инструкций!

Одноплатный компьютер Powerhouse: Cubieboard 5 ($ 109)

Эта плата, также называемая «cubietruck» за ее ворчание, может похвастаться мощным Cortex-A7 (это 8-ядерный процессор)! Это сделало его очень популярным среди людей, желающих построить полноценный ПК на ограниченном месте. Я видел, как они крались за телевизорами, за столами людей… некоторые действительно творческие проекты! Более того, существует множество вариантов подключения, которые вы действительно можете использовать для работы с несколькими устройствами, чтобы воспользоваться преимуществами многоядерного процессора.

Наконец, одним из самых замечательных аспектов этой платы является то, что сама конструкция имеет открытый исходный код. Так что, если вы супер всезнайка и хотите поиграться с кодом и дизайном платы, вам повезет с этим!

Для кого предназначен Cubieboard 5?

Для крупномасштабных проектов с несколькими устройствами, которые требуют многоядерной производительности. Очень редко для начинающих пользователей, но все же может использоваться для начинающих, если они хотят экспериментировать и терпеть неудачные попытки запуска на различных установках.

Одноплатный компьютер «BUT WHAT ABOUT WINDOWS»: LattePanda (129 долларов)

Не волнуйтесь, мистер Microsoft Exec, который читает наш блог. Мы не пропустили Windows-систему в этом списке. На полном серьезе, это одна из самых популярных плат у пользователей, которые хотят беспроблемного использования свой обычный ПК. Он поставляется в комплекте с самым симпатичным на рынке процессором Intel Cherry Trail Z8350 (4-ядерный процессор), а также 2 ГБ оперативной памяти DDR3L, 32 ГБ памяти и графикой Intel HD.

Это не взорвет мир, но даст вам полный опыт работы с Windows 10.

Для кого предназначен LattePanda?

Тем пользователям, которым нужен удобный и знакомый опыт, которым просто нужен компьютер с Windows в крошечном форм-факторе, без необходимости знать код.

NVIDIA или AMD: снова с одноплатными компьютерами

Ну соответственно, они снова здесь.

Не довольствуясь борьбой за наши кошельки для видеокарт (и процессоров), AMD и NVIDIA тоже рушат рынок одноплатных компьютеров!

Одноплатный компьютер AMD: UDOO BOLT V8 (

Подумайте о обычном ПК за 300-400 долларов со страницы основных деталей. Затем сожмите его в одну маленькую коробочку. Это более или менее то, что UDOO сделал с диапазоном болтов. V8 (самый мощный) в настоящее время недоступен на AliExpress, так как команда только начала отсылать их своим сторонникам по кикстартеру в этом месяце.

Спецификации? Только 4-ядерный 8-поточный AMD Ryzen V1605B, работающий на частоте 2,3 ГГц с тактовой частотой усиления до 3,6 ГГц (на одной плате!). О, и это еще не все, это идет с iGPU Radeon Vega 8, до 32 ГБ DDR4 2400 МГц, и даже имеет высокоскоростной порт M.2 на плате. Вот видео от его создателей, дающее вам краткое изложение возможностей (от их начала, до теперь успешного выпуска на рынок):

Для кого предназначен Udoo Bold?

Серьезные геймеры, которые хотят, чтобы второй компьютер работал как потоковое устройство, путешествующие рабочие, которым нужен сверхпортативный компьютер, или даже любители мультимедиа, которые хотят иметь надежный интеллектуальный концентратор для своего телевизора. Есть много возможностей с таким количеством энергии.

Одноплатный компьютер NVIDIA: Jetson AGX Xavier ($ 1299)

Вы знаете, как мы, геймеры, иногда соединяем 2 GPU вместе для повышения производительности? Ну, когда дело дошло до ИИ-вычислений, NVIDIA вспомнила эту технику и они немного сошли с ума.

Представьте себе обучающий компьютер в вашем автомобиле, который запоминает расположение дорог при движении по ним и знает, как реагировать на встречное движение. И это только один пример! Эта штука просто напичкана вычислительной мощностью, больше, чем обычная рабочая станция с графическим процессором. Потенциал этой вещи немного устрашает, если углубиться в возможности.

Для кого предназначен Jetson AGX?

Тот, кто хочет возиться с ИИ. Только не создавай Скайнет на нас.

Вывод: стоит ли покупать одноплатный компьютер?

Там действительно есть компьютер для всех, не так ли? Одноплатные компьютеры показывают, что вам не нужна высокопроизводительная система, чтобы хорошо проводить время (хотя здесь мы смотрим на вас UDOO + RTX 2080Ti, не думайте, что мы не заметили это безумие…).

Для меня я использую свой Raspberry Pi в качестве инструмента обучения, чтобы связываться с потоковыми и сетевыми приложениями (в конце концов, я делаю видеомонтаж и увлекаюсь стримами), но чаще всего это гибкость, позволяющая обладать мощью такого маленький форм-фактор, который имеет все возможности.

Но как насчет тебя? У вас есть одноплатный компьютер? Планируете ли вы купить один, чтобы сделать что-то? Дайте нам знать об этом в комментариях!

Источник

Одноплатные компьютеры: что, зачем и почему

Компьютеры размером с кредитную карту (бывают модели и больше и меньше, но это своеобразный стандарт) уже довольно известны. Их изучили, их применяют, они работают на благо сообщества.

Что это?

Это устройство, у которого на одной плате собрано всё минимально необходимое для работы. Как правило, это CPU, GPU, их обвязка и, возможно, USB и сетевые интерфейсы — как проводные, так и беспроводные. Видеовыходы могут быть разные: от устаревшего VGA или композитного видео до вполне современного HDMI — лишь бы встроенное видеоядро поддерживало. Питаются они, как правило, от разъёма USB и требуют ток в диапазоне 500-1500 мА. То есть их можно питать при помощи обычного зарядного устройства для мобильного телефона или (лучше) планшета.

Зачем это нужно?

Количество задач, с которыми справится такой компьютер, довольно велико. Список начинается домашним компьютером и заканчивается роутерами и модемами. Например, на такое устройство можно без проблем установить почти полный Linux, превратив его в неплохую машинку для работы с документами, веб-сёрфинга, прослушивания музыки и других несложных задач. Некоторые модели способны переварить даже проигрывание видеороликов вплоть до 1080р! И всё это — с привычным графическим интерфейсом. Единственное место, где могут возникнуть проблемы, — это другая архитектура. Как правильно, многие приложения имеют версию для ARM-архитектуры, а если нет — легко найти аналог, но специфический софт на этой платформе всё ещё попадается редко.

Другая сторона медали — автоматизация и узкая специализация. Так, для того же Raspberry Pi существуют прошивки, позволяющие превратить его в Wi-Fi роутер, сетевое хранилище данных или беспроводной сетевой плеер. Очень часто такие решения являются максимально завершенными и требуют минимальной возни, требуя от устанавливающего лишь записать нужный образ на носитель данных (чаще всего — карту памяти) и указать необходимые настройки. Возможности поистине безграничны — вы можете соорудить целый умный дом, используя лишь пару-тройку таких плат. Конечно, ради этого придётся попотеть с настройкой всех таких устройств, но даже тут существуют готовые решения, требующие лишь минимальной прямоты рук.

Не стоит также забывать о набирающем популярность явлении под названием «интернет вещей» (IoT). Например, Microsoft собирается выпустить специальную версию Windows 10 IoT Edition. Устройство, использующее специальные протоколы (и сборку софта, разработанную ими же), сможет взаимодействовать даже с телефонами Lumia! С точки зрения развития идей одноплатных компьютеров это действительно шаг вперёд: до этого управление можно было осуществлять лишь через маршрутизатор. Сейчас это звено исчезает, позволяя устройствам общаться напрямую, да ещё и используя привычные для этого методы — например, для взаимодействия с Arduino используется известный и популярный во всём мире C#.

Главная вещь, позволяющая одноплатным компьютерам общаться с окружающим миром — порты GPIO. Это порты, которые могут быть и входами и выходами, позволяя устройству взаимодействовать на уровне “включил-выключил”. Такая простота идеи позволяет, например, включать или выключать лампочку, при получении электронного письма с соответствующей командой. Типичный одноплатный компьютер оснащается 5-10 портами GPIO, но их количество можно расширить разными путями.

Популярные модели

1. Raspberry Pi

Raspberry Pi (или «Малинка», как они известны среди энтузиастов) — устройство, положившее начало этой истории. Впервые компьютеры этого семейства появились в 2012 году, и тогда это многим казалось фантастикой. Компьютер размером с кредитку? За 25 долларов? Запускает Linux? Тем не менее, уже в конце июля в производство была запущена альфа-версия платы, за ней в августе пришли первые готовые модели и люди начали потихоньку получать свои устройства.

Что на борту?

У «Малинки» бывают разные конфигурации: A, A+, B, B+, 2B. A-модели — самые простые, на них установлено 256 МБ оперативной памяти, ARMv6 процессор прошлых поколений, один USB-порт и 25\40 GPIO портов. Варианты с индексом B значительно интереснее — тут уже и 512 МБ памяти, в наличии Ethernet и большее количество USB (2 или 4 в зависимости от модели). Последняя из них, 2B, оснащена четырёхядерным процессором, 1 ГБ оперативной памяти и в целом объективно лучше прошлых моделей. Цены варьируются от 20 (модель А+) до 35 (2B) долларов.

Что можно установить?

Raspberry Pi широко распространена, поэтому для этой платы существует множество разных дистрибутивов. В основном это софт, основанный на ядре Linux, но есть и исключения: например, RISC OS или FreeBSD.

Зачем это мне и где это купить?

Raspberry Pi

Компьютер размером с кредитку

У «Малинки» бывают разные конфигурации: A, A+, B, B+, 2B. A-модели — самые простые, на них установлено 256 МБ оперативной памяти, ARMv6 процессор прошлых поколений, один USB-порт и 25\40 GPIO портов. Варианты с индексом B значительно интереснее — тут уже и 512 МБ памяти, в наличии Ethernet и большее количество USB (2 или 4 в зависимости от модели).

Как уже упоминалось, возможности такого компьютера практически бесконечны: он может выполнять любую работу — главное, чтобы на это хватило мощности процессора. Он откровенно слабоват во всех моделях, кроме 2B. Raspberry Pi продаётся через официальные интернет-магазины (RS, Element 14), так и в наших краях через местных поставщиков. У нас он есть например в Raspberry или Arduino. Покупать стоит в первую очередь (если, конечно, не стесняют финансы) модель 2B. Она и мощнее намного, и портов больше, и 4 USB многого стоят. Разница в цене не столь велика, совместимость в софте полная.

2. Cubieboard

Что на борту?

Cubieboard — творение сумрачного инженерного гения из Китая. Появилась она в тестовых вариантах в сентябре 2012. Первый вариант был не слишком удачен, так что поговорим о третьей версии (благо, цена осталась та же). Как видно из картинки, портов больше, чем у Raspberry, к тому же на плате распаяны Wi-Fi, Bluetooth и инфракрасный port — это однозначный плюс. Машинка несёт в себе двуядерный процессор ARM Cortex-A7, 1/2 ГБ оперативной памяти, гигабитный Ethernet и вообще всячески набита интересностями.

Что можно установить?

Работает, как и малиновый собрат, на Linux, обычно своей особенной версии Cubian (вариант Debian). Софта много, а отсутствующие утилиты легко скомпилировать самостоятельно (после некоторой доработки напильником). Удачно реализованы разъёмы GPIO, они разнесены на разные части платы.

Зачем это мне и где это купить?

Cubieboard

Cubieboard — творение сумрачного инженерного гения из Китая

На плате распаяны Wi-Fi, Bluetooth и инфракрасный port — это однозначный плюс. Машинка несёт в себе двуядерный процессор ARM Cortex-A7, 1/2 ГБ оперативной памяти, гигабитный Ethernet и вообще всячески набита интересностями. Работает на Linux. Софта много, а отсутствующие утилиты легко скомпилировать самостоятельно.

Cubieboard повторяет возможности Raspberry, местами расширяя их. Впрочем, цены тоже выше: за старшую модель просят

85$, то есть ровно в 2.5 раза больше, чем за Raspberry Pi 2. Стоит ли оно того — решать вам.

3. BeagleBone

Что на борту?

BeagleBone Black впервые появилась в 2013 году как наследник предыдущих BeagleBoard. Её по праву можно назвать самой стильной из всех. Разработчики делают упор на наличие большого количества универсальных портов. К тому же, для BeagleBone существуют неплохие наборы аксессуаров. Беспроводных модулей нет. Процессор — 1 ГГц Cortex-A8, 512 мб оперативной памяти. В общем, на фоне Raspberry Pi 2 выглядит уже достаточно бледно.

Что можно установить?

Как и на все остальные одноплатные компьютеры — Linux. Что важно — на плате уже есть память объёмом 2 или 4 ГБ, причём туда даже может быть установлен свой дистрибутив Debian. Огромное количество портов расширения позволяют реализовать что угодно, а периферийные платы действительно могут повлиять на возможности устройства. Вы только взгляните, как они выглядят:

Зачем это мне и где это купить?

BeagleBone

BeagleBoard по праву можно назвать самой стильной из всех

Разработчики делают упор на наличие большого количества универсальных портов. К тому же, для BeagleBone существуют неплохие наборы аксессуаров. Беспроводных модулей нет. Процессор — 1 ГГц Cortex-A8, 512 мб оперативной памяти.

BeagleBone делает в первую очередь упор на аксессуары. Официальная цена — 45 долларов, в наших краях, как обычно, она отличается в большую сторону. Плату можно найти в тех же магазинах, что и Raspberry Pi.

А что бывает в мире готовых решений?

Если вам вдруг не хочется возиться с платами и установкой ОС, к вашим услугам есть так называемые «компьютеры на палочке» (stick computers). Здесь безраздельно царствуют китайские решения. По запросу “Android TV” можно найти сотни устройств различного качества. Ввиду разнообразия их нельзя как-то особенно удобно рассортировать, поэтому достаточно следовать паре простых правил. Ваше устройство должно:

К слову, компания Intel недавно представила собственное решение — Compute Stick. Оно представляет собой полноценный x86-компьютер с процессором Atom, 2 ГБ оперативной памяти и накопителем объёмом 32 ГБ. По сути таким образом можно превратить в компьютер любой монитор или телевизор. Устройство поставляется с бесплатной версией Windows 8.1 with Bing, также на него можно установить Linux. Рекомендованная стоимость в Украине — 130 долларов. Это дороже всех перечисленных в данном материале решений, но и уровень производительности и совместимости с обычным пользовательским ПО здесь уже совершенно другой.

А как насчёт совсем новинок?

Сейчас популярность на Kickstarter стремительно набирает проект С.H.I.P.

Его подход схож с BeagleBone: cам по себе он стоит всего 9$ (+20$ доставка). К нему можно докупить дополнительные платы с различными выходами, батарею, и даже… телефонный корпус:

Если вы готовы вложиться, то это, пожалуй, будет удачный выбор. Устройство уже собрало нужную сумму, поддержать его можно вот тут (сбор средств будет продолжаться ещё несколько дней).

Вместо итога

На сегодняшний день существует достаточно много разных одноплатных компьютеров и компьютеров-стиков. Настолько много, что даже рамки этого термина иной раз смываются, теряя точность: например, иногда даже Arduino называют таковым. Мы в этом материале постарались охватить самые популярные и распространённые варианты, а уж что из них выбрать и тем более что на их основе построить — это уже ваше решение.

P.S. Вот здесь собраны сравнительные характеристики 44 таких компьютеров.

Подписывайтесь на наш нескучный канал в Telegram, чтобы ничего не пропустить.

Источник

Разработка одноплатного компьютера. Пособие для продвинутых

Я занимаюсь разработкой электроники. Шесть лет назад я написал свою первую статью начинавшуюся этими же словами и увидел неподдельное внимание. Все эти годы я продолжал оттачивать свое мастерство и на текущий момент я хочу перефразировать вступление:

Я занимаюсь разработкой электроники и мне этого мало.

Чтобы немного понять, что я имею ввиду, предлагаю заглянуть под кат.

Первые результаты, которыми можно поделиться.

Да, я фотографирую себя с помощью встраиваемого компьютера, который я разработал и для которого я собрал софт, на камеру, которую мне пришлось поднимать вручную (хехе, какая двусмысленность). Да, я покрыл полный стек разработки: от идеи до воплощения, включая отладку железа и софта.

А теперь небольшое отступление, как я вообще докатился до жизни такой. Около двух лет назад наш коллектив влился в разработку электроники и софта для одной международной компании. Проект оказался несколько нервным: заказчики меняли архитектуру железа на лету (например, мы меняли систему питания два раза, с выпуском прототипов в железе, меняли контроллер, с разрабкой софта и для старого и для нового, разумеется с отладкой в железе, а под конец, когда железка уже работала с DDR3L памятью нас попросили переделать под DDR4). Тем не менее, железка вышла в свет, и вы можете не только посмотреть непредвзятый обзор онлайн: тыц, но и купить ее по всему миру. К слову, как разработка схемы, так и трассировка печатной платы были выполнены лично мной. В этой истории есть масса интересных моментов, но не будем отвлекаться: в процессе работы над этим и другими проектами я получил серьезный опыт и у меня сформировалось понимание, как процесс разработки аппаратуры можно ускорить и улучшить. В двух словах: человек, который умеет как в железо, так и в софт, может ускорить этот процесс в разы. Например, отладка новой железки для программистов это кошмар: непонятные схемы, неизвестность, как изменения в софте отражаются в железе, соответственно, сложность с проверкой своего кода и полная потерянность. Отладка железки для железячника этот тот же кошмар, только в профиль: тонны кода, сложности навигации в нем и уж тем более сложности модификации этого кода, и как результат – потерянность. Сотрудничество двух команд это потерянность в большинстве случаев.

Второй важный навык, который я вынес из этого, и многих других проектов это навык оперативной разработки железа. Возможность выкатить первую версию железа через месяц после утверждения ТЗ это здорово. (Изменения в ТЗ это не здорово, но об этом в другой раз). Например, в проекте выше для первых прототипов мы взяли готовый процессорный модуль от NXP, а все остальные фичи реализовали в простой четырех-слойной плате. Да, на плате немного срач, но для медленных интерфейсов это абсолютно не важно. Важно то, что такую плату могут изготовить за неделю, а собрать и отлаживать такую комбинацию в разы проще: можно декомпозировать и отлаживать по частям:

Плата в стадии EVT (Engineering Validation Test). На этой стадии проверятеся, что ТЗ вообще выполнимо. Платы в стадии DVT (Design Validation Test). На этой стадии дизайн доводится до ума.

В результате, эта стратегия позволила мне многие разработки переиспользовать и начать вести собственные проекты в аналогичном оперативном и гибком темпе. Один такой пилотный проект вышел в свет и полностью доступен здесь: https://nxp.gitbook.io/8mmnavq/

Этот проект оказался коммерчески жизнеспособным, хоть и не таким масштабным. Тем не менее идея показалсь интересной, и мы продолжили работу. Отсюда и начинается главное повествование.

Итак, в ходе работы мы установили множество трудовых отношений, в том числе и с компанией NXP (как вы уже увидели по ссылке на гитбук), и когда эти ребята выпустили новый процессор IMX8M Plus (ниже), мы решили что стоит взяться за него посерьезнее, и переиспользовать все наработки, которые были получены как в пилотном проекте NavQ, так и опыт разработки в целом.

IMX8M Plus в одной картинке

Железо

Собственно, в первой ревизии железа (на КДПВ) было реализовано следующее:

Процессор IMX8M Plus (его блок-схема выше)

До 8Гбайт LPDDR4 памяти (32бит, до 4266MTs), до 1ТБ eMMC (8бит, до 3200Mbps)

Два USB-C порта (до 5Gbps на порт), с поддержкой Power Delivery

Два MIPI CSI (Camera Serial Interface), 4 канала данных на каждый порт

Два LVDS порта для вывода видео, 4 канала данных на каждый порт

Один MIPI DSI (Display Serial Interface), 4 канала данных на порт

Один PCIe Gen 3, (1 канал данных, до 8GTs)

Один 1000BASE-T Ethernet, с поддержкой IEEE 1588v2

Один WiFi модуль, 2.4/5GHz, c Bluetooth Low Energy

Масса низкоскоростных интерфейсов (UART, SPI, I2C, JTAG)

Питание от USB или от 5-20В внешнего источника питания

Практически все, что есть в процессоре. И это все в сборке размером с кредитку. Разводка всего этого в 6 слоях было тем еще приключением. Собственно, все это отражено на КДПВ. Но на этом решили не останавливаться, и решили еще немного добавить в новой ревизии:

Двухпроводой автомобильный Ethernet (до 100 Mbps)

Два CAN интерфейса, каждый с индивидуальным PHY

NFC и Trusted Platform модуль (криптография и все такое)

RTC с твердотельным суперконденсатором

Кстати, о разводке: вот лицевая и тыльная сторона платы в том виде как это вижу я во время проектирования: в таких случаях начитается оптимизация на новых уровнях: например у USB-3.0 высокоскоростные диффпары можно переподключать с «неправильной» полярностью: линк в процессе тренировки подстроится. И это определено в стандарте USB. Такие знания позволяют творить с USB хорошие трюки: например разводка всего USB в одной плоскости. А это хорошо с точки зрения целостности сигналов: меньше переходов на другие слои – меньше искажений полезного сигнала. Да и разводка получается элегантнее и компактнее. И таких трюков десятки.

Да, каждый проводник, каждый разьем, каждый компонент поставлен вручную. Да, это как тетрис, только круче.

Еще один приятный момент: навыки работы в нескольких САПР. Разумеется у каждой САПР есть свои плюсы и минусы. Например, мне нравится Orcad Allegro за его абсолютно серьезный подход к правилам и проверкам дизайна. Система от британцев, а уж они то ребята дисциплинированные. Но еще мне нравится Altium Designer. Разработчики стараются сделать софт приятным в использовании и со всеми современными графическими фичами: вот где еще я могу собрать всю свою поделку, включая хитро выгнутые шлейфы, да так, чтобы выглядело реалистично?

Предыдущее поколение. Кстати, вся работа выполнена в Orcad, но импорт в Altium нужен именно ради таких рендеров.

Сильным подспорьем оказываются и навыки в 3D моделировании: спроектированный корпус для модуля становится как и защитой этого модуля от внешних воздействий: его уже не повредишь случайным касанием, так и придает законченный вид изделию:

Time Of Flight камеры. Реально измеряют время пролета света от лазерного диода до обьектов и обратно до фото-матрицы.

Но это все покрывает только половину задачи. Следующий шаг – поднять все это в софте.

Софт

Очевидно, что такое обилие новых интерфейсов требует серьезной работы и на стороне софта. Итак, я понял, что я хочу с этим справится. Сборка ядра Linux это уже мелочи на сегодняшний день, никого этим не удивить, сборка Yocto тоже решаема парой пинков в нужных местах (если потребуется), модификация Device Tree Structure, собственно структуры которая сообщает ядру какая периферия для него доступна это тоже не страшно. Всяческие низкоскоростные интерфейсы просто «включаются» в ядре и заводятся в железе сразу. Но вот работа с видеоподсистемой, и особенно с камерами это был серьезный вызов. И я решил себя в этом попробовать. Я догадывался, что это кошмар, но глубину этой «кроличьей норы» оценить не мог. А оценить оказалось что.

Этот новый IMX8M Plus немного отличается от всех своих предшественников в организации всей своей медиа-подсистемы. NXP добавила в процессор так называемые ISI, Image Sensing Interfaces и ISP, Image Signal Processors, оба для обработки видео-потоков с камер. Помимо того, что все это новые модули, они еще сильно связаны с V4L2 (Video For Linux) подсистемой в Linux. И еще над всем этим ведется работа, и каждый релиз BSP от NXP отличается от предыдущего. И люди это пытаются использовать и разумеется это невероятно сложно. Быстрый взгляд в коммьюнити хаб разработчиков открыл страшную картину: я сходу столкнулся с дюжиной тем где люди обращались за помощью к NXP:

И это не праздный интерес «а что это вы тут сделали?», это конкретные вопросы «у нас не работают ваши изобретения на вашем-же железе». В общем, проблема становилась все масштабнее.

Небольшое отступление: разработка железа с моей точки зрения несколько проще: да, разумеется нужно обладать знаниями в области, понимать пути решения задачи и обладать опытом, но в случае когда железо проектируется с нуля присутствует полная свобода выбора: здесь я поставлю процессор, а тут разъемы (немного утрирую, конечно). В софте, особенно в Linux, есть 30 лет истории развития проекта, и в нем всё со всем тесно связано. «Нельзя просто так взять и добавить драйвер» © с нуля, нужно понимать все пути взаимодействия этого драйвера с системой, и систему соответственно. Особенно в таких случаях, когда это массивные штуки вроде медиа-подсистемы.

Невозможно передать всю гамму эмоций в одной статье, но в результате мне потребовалась неделя, чтобы заставить камеру работать. В процессе отладки рушилось все: ядро целиком, видео-подсистема, драйвер, вера в человечество и даже части собственной машины (был в глубокой задумчивости, а не пойти-ли мне в проститутки). Когда я в результате увидел картинку с камеры, я немного испугался: вид у меня был явно помятый:

Да, Ubuntu была поднята практически сразу. Но расскажу я об этом далее.

В процессе отладки я полагался на свои знания в железе на все сто процентов: проверки того, что изменения в софте реально применяются к железу, и применяются правильно категорически важны: один неправильный бит и камера находится в состоянии сброса, неверный источник тактового сигнала в коде и камера не стартует: нет тактовой частоты.

В результате я доказал себе отладка как железа, так и софта одним человеком, особенно на таком уровне сложности ВОЗМОЖНА. Это для меня выглядит как level-up, и вот почему. Есть предположение, что это знание масштабируемо: работая меж двух команд (SW и HW) можно как разрешать многие ошибки на начальных этапах проектирования, так и в последующем значительно ускорять процесс разработки (понимая что и где нужно каждой из команд).

На этом работа над камерой была завершена. Но помимо этого есть еще и вывод видео. И это было второй частью приключения. Вывести картинку не сложно, но вот вывести на монитор GUI целой операционной системы уже посложнее. Небольшой флэш-бэк из прошлой статьи: “В качестве собственно операционной системы я выбираю Debian. По-моему, отличный дистрибутив — простой и надежный, как деревянная палка. Беру готовую сборку, распаковываю на раздел карточки, и указываю при загрузке ядра, где искать его законную корневую.”

Так вот, с графикой такое не проходит. Графическая подсистема (скажем, оконный менеджер) тесно завязана на десятки библиотек, а эти библиотеки в свою очередь завязаны на ядро Linux, которое в свою очередь обращается к драйверу графического ускорителя. Драйвера собираются под конкретное железо, и могут предлагать только часть возможностей необходимых оконному менеджеру, соответственно, не любая комбинация возможна.

В моем случае мне несказанно повезло: NXP дружит с Wayland, а Ubuntu (прямой потомок Debian) совсем недавно начала поддерживать Wayland со своей стороны.

То есть, пара дней гуглинга и медитаций дали желаемое: я завел Ubuntu на новом процессоре. А это уже открывает окно в целый мир: я сходу поcтавил ROS (Robot Operating System), подключил уже проверенный PCIe модуль с любимыми видео (а потом и аппаратный Neural Network Accelerator) и поставил соответствующий софт. Даже YouTube посмотрел, чего я не мог сделать на своем предыдущем одноплатнике:

Дружно вспомнили мем про видосики

Таким образом, получилась целая платформа, немного напоминающая Raspberry PI. То есть: подключил клавиатуру, мышь, дисплей и вот у тебя полноценный компьютер. Еще один level-up: я с детства мечтал спроектировать и собрать собственный компьютер, с теми интерфейсами какие я хочу, с той геометрией и тем софтом которым я привык пользоваться. Получилось здорово, мне нравится.

Aftermath

Разумеется, многие интерфейсы еще не проверены, работы непочатый край, разумеется, есть идеи как систему можно расширить благодаря ее модульности. Есть вещи, которые просто обязаны, случится, например Time Of Flight камеры лежат и ждут когда за них возьмутся.

Над проектом ведется работа, и не одним лишь мной. Будет вкусный софт и вся поддержка, и не только со стороны NXP. Всю эту систему с полным набором интерфейсов можно будет получить даже бесплатно, вот как это происходило с предыдущим поколением.

При первой-же возможности доступ к файлам проекта будет открыт (как для https://nxp.gitbook.io/8mmnavq/), и мне будет крайне интересно услышать мнение от ребят с опытом. Реально интересно кто сможет найти проблемы в дизайне и буду рад за тех у кого вообще возникнет такое желание.

В целом, я рассматриваю это как хороший старт, и надеюсь что я немного раскрыл свою мысль из введения: «я занимаюсь разработкой электроники и мне этого мало». Stay tuned!

Источник