Одноплатные компьютеры
Исходя из названия, одноплатный компьютер — это компьютер, собранный на одной плате, с полным набором необходимых для полноценного функционирования модулей: процессором, оперативной памятью, видео-процессором, сетевым(и) интерфейсами, системой ввода-вывода и т.д. Такие компьютеры, как правило, имеют очень компактные размеры (с пластиковую карту и даже меньше), низкое энергопотребление, а так же сравнительно невысокую цену. Эта публикация познакомит Вас с некоторыми интересными представителями данного сегмента рынка.
Для чего же нужны одноплатные компьютеры? Первоначальная сфера применения одноплатников — образовательно-демонстрационная: при помощи данных устройств можно изучать информатику, основы электроники, схемотехнику и программирование. Благодаря наличию универсальных портов (GPIO, UART) для работы с любыми другими устройствами, одноплатные компьютеры могут применяться в робототехнике, в системах «умный дом» и в любых проектах, требующих программного управления электроникой. Одноплатные компьютеры с установленной операционной системой на базе ядра Linux возможно использовать в построении сетевых устройств, маршрутизаторов (роутеров), различных серверов.
На сегодняшний день одноплатные компьютеры стали достаточно производительными, что ещё больше расширило возможности их применения — большинство современных моделей, имеющих на борту 1, 2 Gb и более оперативной памяти, 4-х и даже 8-ми ядерные процессоры, достаточно мощные графические и качественные звуковые подсистемы, могут быть использованы как домашние медиа-центры, в системах видеонаблюдения, а так же как энергоэффективные десктопы, мини-компьютеры под управлением операционных систем на основе ядра Linux — Debian, Ubuntu, Fedora, Android и т.д.
Кстати, купольные камеры видеонаблюдения можно выбирать в магазине magazun.com.
Существует большое количество производителей, выпускающих одноплатники с использованием мобильной архитектуры ARM, мы рассмотрим некоторых, наиболее интересных из них:
Raspberry Pi
Один из первых одноплатных компьютеров на мобильной архитектуре ARM, разработан Raspberry Pi Foundation. В последствии получил большую популярность и породил множество аналогов и клонов, как более производительных и дорогих, так и более дешёвых. Выпускается в нескольких комплектациях, от самой дешёвой (Raspberry PI Zero) с одноядерным процессором и 256 Mb оперативной памяти и до топовой (на момент написания статьи — Raspberry Pi 3 Model B) с 4х ядерным процессором Broadcom BCM2837 и 1Gb оперативной памяти. Во всех версиях имеются USB порты (от 1го до 4х, в зависимости от модели), порт GPIO (general purpose input/output, 26-пиновый или 40-пиновый). Есть модели с сетевым интерфейсом Ethernet, есть с Ethernet + Wi-Fi и Bluetooth, и есть модели вовсе без сетевых интерфейсов (Raspberry Pi 1 Model A). Стоимость данных плат варьируется от $10 до $40
Установка операционной системы производится путём развертывания заранее подготовленного образа (скачивается на официальном сайте) на MicroSD карту, которую нужно покупать отдельно. Поддерживаемые операционные системы: Debian, Fedora, Arch Linux, Gentoo, RISC OS, Android, Firefox OS, NetBSD, FreeBSD, Slackware, Tiny Core Linux, Windows 10 IOT.
Banana Pi, Banana Pro
Фактически это клон Raspberry Pi с улучшенными характеристиками, разработан компанией «Lemaker». Banana Pi (Banana Pi M1)построен на аппаратной платформе Allwinner A20 SoC (центральный процессор ARM Cortex-A7 dual core + графический процессор ARM Mali400MP2 dual GPU core) и 1GB DDR3 SDRAM. В отличии от Raspberry Pi имеет порт SATA с отдельным разъёмом питания (поддержка жёстких дисков до 4 ТБ), сетевой интерфейс Ethernet 10/100/1000 Mbps (против 10/100 Mbps у Raspberry Pi), возможна установка отдельного Wi-Fi-модуля (USB WiFi Dongle). Так же имеется коннектор для камеры (Camera Serial Interface) и встроенный ИК-порт. Кроме цифрового видеовыхода HDMI есть LVDS connector для сенсорных дисплеев и композитный видеовыход (AV video).
Версия Banana Pro отличается наличием встроенного WiFi 802.11 b/g/n 2.4GHz, шиной расширения на 40 пин. (вместо 26 у Banana Pi), отсутствием композитного видеовыхода.
Так же существует много модификаций данной платы, например:
- Banana Pi M2 — на аппаратной платформе Allwinner A31S, с более мощным, 4-ех ядерным процессором (Cortex A7 quad-core) и графическим ядром (PowerVR SGX544MP2).
- Banana Pi M3 (версия 1.2) — на аппаратной платформе Allwinner A83T, с 8-ми ядерным процессором (ARM Cortex-A7 octa-core, 1.8 ГГц), графическим ядром (PowerVR SGX544MP1), 2 ГБ LPDDR3 SDRAM оперативной памяти и со встроенной 8G eMMC памятью.
- Banana Pi R2 — отличается богатством сетевых интерфейсов: 5 интерфейсов Ethernet 10/100/1000 Mbps, Wi-Fi 802.11 a/b/g/n 2.4 ГГц/5 ГГц, а так же Bluetooth 4.1. Кроме этого, данная модель имеет CSI вход для видеокамеры и встроенный микрофон. Такая конфигурация даёт широкие возможности в построении сетевых шлюзов, маршрутизаторов, беспроводных точек доступа, систем видеонаблюдения и т.д.
Доступные для установки операционные системы: Debian, Raspbian, Scratch, Lubuntu, openSUSE, ArchLinux, Bananian Linux, Android, Fedora, Kali Linux. Установка ОС возможна как на TF-карту (MicroSD), так и на внутреннюю eMMC память (для тех моделей, у которых она есть).
Официальный сайт производителя — www.lemaker.org
Orange Pi
Ещё один последователь «Малины» от китайской компании Shenzhen Xunlong Software CO, отличается очень демократичной ценой и неплохими характеристиками. Богатый модельный ряд даёт возможность выбрать одноплатник этого производителя под любые технические требования и любой бюджет: Orange Pi Zero, Orange Pi One, Orange Pi Lite, Orange Pi PC (PC2), Orange Pi PC Plus, Orange Pi Plus 2E, Orange Pi Plus (Plus 2), Orange Pi Zero Plus2, Orange Pi 2G-IOT, Orange Pi Win/ Win Plus, Orange Pi Prime, Orange Pi i96.
Рассмотрим некоторые из них:
Orange Pi Zero
Orange Pi Zero — один из самых компактных одноплатников: его размеры составляют всего 48 мм × 46 мм при весе в 26г. Такие габариты позволят использовать эту модель в проектах, требующих от всех компонентов минимальных размеров и минимального энергопотребления. При своих скромных габаритах данная модель имеет неплохие характеристики — на нём используется аппаратная платформа AllWinner H2 SoC (центральный процессор Quad-core Cortex-A7 1,2 GHz + графика Mali400MP2 GPU), 256MB/512MB DDR3 SDRAM оперативной памяти, встроенный сетевой контроллер 10/100M Ethernet RJ45 с PoE (Power over Ethernet — технология, позволяющая устройству получать питание из кабеля витой пары), модуль Wi-Fi 802.11 b/g/n, 26 пиновый порт расширения, 13 пиновый функциональный интерфейс (2xUSB 2.0, ИК вход, вход микрофона и видеовыход), а так же USB OTG (с возможностью получения питания).
Цена этого мини-компьютера на Aliexpress — от $7 за версию с 256Mb оперативной памяти и от $9 за 512Mb.
Orange Pi PC 2 — модель построена на базе AllWinner H5 SoC (Четырёхядерный 64-битный Cortex-A53 + восьмиядерная графика Mali450), имеет 1GB DDR3 оперативной памяти, гигабитный Ethernet-порт, CSI вход для подключения видеокамеры, HDMI-выход, на борту присутсвует звуковая подсистема с 3,5 мм аудиоджеком и встроенным микрофоном. Плата имеет поддержку TF card (до 64Gb), NOR flash (2MB), ИК-приемник, 3 USB 2.0 порта, один USB 2.0 OTG порт. Так же имеется 40-ка пиновый порт расширения (совместимый с Raspberry Pi B+), UART, ground.
Orange Pi Plus2 — модель с 2Gb оперативной памяти и аппаратной платформой AllWinner H3 SoC (четырёхядерный Cortex-A7 1,6 Ghz + Mali400MP2 GPU). Отличается наличием встроенной eMMC флеш-памяти объёмом 16GB, которая имеет большее быстродействие чем TF-карты памяти, а так же наличием интерфейса SATA 2.0 для подключения магнитных жестких дисков (HDD) и твердотельных дисков (SSD) и наличием встроенного Wi-Fi модуля. Остальные характеристики практически повторяют предыдущую модель за исключением наличия 4-ёх портов USB вместо 3-ёх у Orange Pi PC 2.
Orange Pi 2G-IOT — данная модель имеет на борту встроенный GSM/GPRS-модуль с поддержкой SIM-карт мобильных операторов, встроенный микрофон и аудиовыход, встроенный модуль Wi-Fi и Bluetooth, вход для аккумуляторных батарей, CSI вход для видеокамеры, а так же выход для подключения LCD. Остальные характеристики достаточно скромны: аппаратная платформа RDA8810 SoC (центральный процессор ARM Cortex-A5 32bit и графический процессор Vivante’s GC860), 256Mb оперативной памяти, один USB 2.0 порт и один USB OTG 2.0 порт, поддержка карт-памяти и встроенные 500Mb SLC Nand Flash.
Такая конфигурация делает возможным построение на её базе различных систем мониторинга и безопасности, с возможностью автономного питания (при использовании аккумулятора).
Операционные системы, доступные для установки: Android, ArchLinux, Armbian, Ubuntu, Lubuntu, Debian, Rasbian, OpenSuse, Fedora, Kali Linux.
Cubieboard
Cubieboard — имеет в модельном ряду одни из самых производительных конфигураций на рынке одноплатников. На сегодня выпускаются такие модели: Cubieboard 1, Cubieboard 2, Cubieboard 3 (Сubietruck), Cubieboard 4 (CC-A80), Cubieboard 5 (Сubietruck Plus), CubieAIO-A20.
Cubieboard 1 — самая младшая модель в линейке Cubieboard имеет совсем не такие уж и малые характеристики: аппаратная платформа Allwinner A10 SoC (ARM Cortex A8 @ 1 ГГц процессор, с Mali 400MP GPU и CedarX VPU), 1Gb DDR3 памяти, 4 Гб встроенной NAND Flash, 1x MicroSD слот, 1x SATA порт, HDMI выход, разъем сетевого интерфейса 10/100 Ethernet, 2x USB порта, 1x USB OTG порт, ИК-приёмник, 96-ти контактный порт расширения (I²C, SPI, LVDS, CSI/TS, FM-IN, ADC, CVBS, VGA, SPDIF-OUT, R-TP)
CubieAIO-A20 — модель на базе Allwinner A20 с огромным количеством портов расширения: разъём miniPCIE с поддержкой модулей 3G/4G, интерфейс SATA 2.0 с поддержкой mSATA, 6xUSB портов, 1 x OTG порт, 1 x Toslink (SPDIF оптический), 54 пиновый порт расширения включающий UART, LineIN, MicIn, PWM, Low Resolution ADC, SPI, I2C, LCD, GPIO, CCIR656, MIPI_CSI, I2S, сеть 100M/1000M Ethernet RJ45, встроенные 4/8GB TSD/emmc памяти, 1GB DDR3 оперативной памяти, встроенный модуль Wi-fi и Bluetooth 4.0.
Cubieboard 5 (Cubietrack Plus) — топовая модель на момент написания статьи, имеет внушительные характеристики, немалые размеры и цену (как для одноплатных компьютеров). Построена на базе аппаратной платформы AllWinner H8 (восьмиядерный ARM Cortex A7 с максимальной частотой 2.0 Ghz и графикой PowerVR 544), имеет 2Gb DDR3 оперативной памяти, гигабитную сеть, встроенный Wi-Fi модуль, работающий в двух диапазонах (2,4 и 5 Ghz), Bluetooth, встроенные 8Gb eMMC памяти, интерфейс SATA 2.0, традиционный слот для microSD карт, выход HDMI, аналоговый аудио выход 3,5 мм, встроенный микрофон, 2 USB 2.0 порта, 1 USB OTG порт, 70-ти пиновый порт расширения, а так же встроенный аккумулятор RTC (CMOS) на 40 mAh. На плате присутствует распайка для литиевых аккумуляторов — возможно подключение автономного питания. Кстати о питании: для полноценной работы Cubieboard 5 рекомендуется блок питания не меньше 2,5A при 5 вольтах (12,5 Вт). Плата имеет достаточно большие размеры (опять же, как для одноплатных ПК) — 112мм х 82мм и немалую цену — в комплектации со всеми шнурами и кейсом около $90. Данная конфигурация имеет достаточные параметры для использования Cubieboard 5 как обычного десктопа (или мини-компьютера) под управлением Linux.
Официальный сайт одноплатника — cubieboard.org
Odroid
Odroid — серия одноплатников от южнокорейской компании Hardkernel Co. От предыдущих рассматриваемых моделей отличаются использованием аппаратной платформы Amlogic SoC (для младших моделей) и Samsung Exynos SoC (для старших моделей) вместо более дешёвого Alwinner. На сегодня модельный ряд состоит из: ODROID-C0, ODROID-C1+, ODROID-C2, ODROID-XU4, ODROID-XU4Q.
ODROID C0
Рассмотрим некоторые из них:
ODROID C0
Младшая модель в линейке, использует Amlogic S805 (четырёхядерный Cortex-A5(ARMv7) 1.5Ghz и графика Mali-450 MP2). На борту 1Gb DDR3 SDRAM оперативной памяти, слот для подключения eMMC памяти, слот для microSD карт, 40 + 7 пиновый порт GPIO, 2 порта USB 2.0, ИК приёмник, зарядка для литиевых аккумуляторов. Плата имеет весьма компактные размеры (65х56 мм) и позиционируется производителем как платформа для создания роботов и дронов (квадрокоптеров).
ODROID C2
Платформа этой модели — Amlogic S905 SoC (четырёхядерный ARM Cortex-A53 (ARMv8) 1.5GHz и ARM Mali-450), модель имеет 2Gb DDR3 SDRAM, модуль для подключения eMMC памяти объёмом от 8 до 64 Gb и слот для подключения карт памяти MicroSD (до 128 Gb), 4 порта USB2.0, порт USB2.0 OTG, сеть 10/100/1000Mbps Ethernet, видеовыход HDMI 2.0, аудио вход, разъём для подключения видеокамеры, слот расширения 40pin (GPIO / UART / I2C / ADC) и 7pin port (I2S).
ODROID-XU4 / ODROID-XU4Q
Обе модели построены на базе Samsung Exynos5422 (Cortex-A15 2Ghz и Cortex-A7 восьмиядерный процессор + Mali-T628 MP6), 2Gb LPDDR3 оперативной памяти, модуль подключения чипов памяти eMMC (которая гораздо быстрее чем microSD карты), слот для MicroSD карт памяти, сеть 10/100/1000Mbps Ethernet, HDMI выход, 2 порта USB 3.0 и 1 порт USB 2.0 возможность подключения через USB Serial ATA3 адаптера для HDD или SDD дисков.
В аппаратной платформе Samsung Exynos5422 применена технология ARM big.LITTLE, которая предполагает совмещение на одном ядре нескольких высокопроизводительных процессоров и нескольких энергоэффективных. Данная технология призвана снизить энергозатраты при выполнении операций не требующих всей мощности, путём использования в таких задачах только энергоэффективных ядер, и наоборот, когда системе нужны все ресурсы в работу включаются высокопроизводительные ядра.
Различие у этих двух моделей в системе охлаждения — у XU4 она активная (радиатор + кулер), а у XU4Q пассивная (только радиатор), что, по тестам производителя, ведет к 10% потере мощности при максимальной нагрузке (а следовательно максимальном тепловыделении), зато такая система полностью бесшумна. Впрочем, кулер у модели XU4 работает не всё время, а только при достижении процессором определённого температурного предела.
Аппаратные одноплатные платформы
Сравнение одноплатных компьютеров с аппаратными платформами поможет понять, чем отличаются устройства друг от друга. Нередко пользователи и потребители путают их между собой. Платформа – обычный микроконтроллер, который нельзя называть полноценным компьютером. На ней не установлена операционная система, поэтому пользователь не может взаимодействовать с устройством, как с обычным ПК.
Нередко аппаратные платформы используют для строения роботов, а также создания простых автоматических систем. По сути, главная задача подобного приспособления – управлять другими устройствами. Можно сказать, что аппаратная платформа – не более чем альтернатива одноплатной системы. Назвать их аналогами нельзя.
Калинка-малинка
Одним из самых популярных одноплатных компьютеров является Raspberry Pi — изначально это решение задумывалось для обучения информатике школьников и студентов. Однако со временем «малинка» стала все чаще использоваться инженерами и энтузиастами для создания самых разнообразных устройств: беспроводных точек доступа, метеостанций, фотокамер и т.п. Первые модификации Raspberry Pi появились в свободной продаже в 2012 году. Одна из последних моделей, Raspberry Pi 3A+ появилась в конце 2018 года.
Устройство оснащено 64-битным процессором (4 ядра ARM Cortex-A53 x64, тактовая частота 1,4 ГГц), 512 Мб ОЗУ и слотом MicroSD. Устройство умеет работать с Wi-Fi (в том числе в диапазоне 5 ГГц) и Bluetooth 4.2. Этот одноплатный компьютер оборудован одним портом USB 2.0, к которому можно подсоединить USB-хаб, если одного порта недостаточно. Стоит отметить, что модификация 3A+ лишена Ethernet-порта, в отличие от модели 3B. За Raspberry 3A+ придется отдать 25 долларов (плюс стоимость доставки) — цена довольно демократичная, однако набор дополнительных компонентов может стоить гораздо дороже самого устройства.
Разумеется, Raspberry Pi — не единственный популярный одноплатный компьютер. Китайские разработчики с 2014 году производят клон «малинки» — Banana Pi.
Устройство не полностью совместимо с Raspberry Pi, но большинство дополнительных компонентов могут использоваться обоими компьютерами без дополнительных модификаций. Новая модель Banana Pi BPI-M4 оснащено четырьмя вычислительными ядрами ARM Cortex-A53, базовая версия оборудована 1 Гб ОЗУ (есть возможность заказа модификации с 2 Гб оперативной памяти). Помимо традиционного разъема для MicroSD «банан» оснащен и модулем eMMC (до 64 Гб). В отличие от Raspberry Pi 3A+ здесь есть Ethernet-гнездо, а USB-портов четыре. Плата весит около 50 граммов и имеет весьма компактные размеры — 92х60 мм. Словом, весьма достойный конкурент «малинки». Не забудем, что и для Banana Pi существуют образы большинства популярных дистрибутивов Linux, поэтому вы сможете использовать тысячи полезных программ, доступных в репозиториях.
Стоимость и где купить Raspberry Pi?
Рекомендованная цена производителя для версии A — $25, B — $35 + налоги и доставка. Выходит дороговато.
Официальный дилер и некоторые другие интернет-магазины в России продают модель B в районе 2300-2500 рублей + доставка.
Самый экономичный способ купить Raspberry Pi в России — это по-прежнему крупные китайские интернет-магазины (я сам делаю именно так).
По состоянию на момент написания статьи модель B на сайте AliExpress стоит $44 , на DealExtreme — $49. И там, и там бесплатная доставка. Если нет времени ждать посылку из Китая — рекомендуем интернет-магазины Амперку и DESSY.
Цены этих магазинов постоянно меняются, появляются какие-то скидки и спецпредложения. Сам я заказывал на DealExtreme недавно за $54 и тогда это было лучшее предложение. Поэтому, если вы раздумываете о покупке, то текущий вариант на AliExpress очень выгодный.
Что касается работы почты и таможни, то от заказа до получения в этот раз у меня прошло чуть меньше месяца. Предыдущие посылки из Китая приходили недели за три. Т.е. сроки вполне адекватные.
Плата была упакована в картонную фиременную коробку, интернет-магазин дополнительно упаковывает в противоударный пакет, поэтому поломаться в дороге ничего не должно.
Для любителей Windows: Atomic Pi
Цена: 49 долларов
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:
- Intel Atom x5-Z8350;
- 2 гигабайта оперативной памяти;
- 16 гигабайт встроенной памяти, и ещё можно 256 гигабайт хранить на карте памяти;
- проводной и беспроводной интернет;
- блютус;
- HDMI и отдельный процессор для графики Intel HD Graphics;
- 4 USB-выхода.
Минуса два: относительно слабое по современным меркам железо и громадный радиатор. Но от радиатора в этом процессоре никуда не деться.
Выбор оптимального варианта
При жестких сроках сдачи работы, когда, например, на реализацию проекта дается не более полугода и времени на разработку несущей платы не остается, возникает необходимость использовать одноплатный компьютер. Одноплатный компьютер — это фактически готовая система, от вас требуется только добавить питание, подключить нужные интерфейсы, установить и отладить ПО.
Такое же решение в пользу одноплатного компьютера, очевидно, принимается при небольших количествах разрабатываемой системы — (например, 100 шт.), когда затраты на разработку и производство несущей платы явно превысят выгоду от применения процессорного модуля по сравнению с одноплатным компьютером.
Если необходимо обеспечить длительное время использования системы, например от 10 лет, то решение с большой вероятностью будет принято в пользу применения процессорного модуля. Жизненный цикл одноплатного компьютера напрямую зависит от жизненного цикла важнейших компонентов, установленных на плате компьютера, снятие с производства которых делает нецелесообразным модификацию машины и, следовательно, также ведет к снятию ее с производства. Такими важнейшими компонентами являются чипсет и процессор. Для примера, максимальный период производства серии Embedded компании Intel составляет всего 7 лет. Длительный жизненный цикл системы обеспечивается простой заменой устаревших процессорных модулей на разработанной вами несущей плате.
Еще сложнее сделать выбор между х86 процессорами и ARM. Как было рассмотрено ранее, немаловажную роль здесь сыграет применяемое ПО и энергопотребление системы. Windows и отсутствие жестких ограничений говорит о целесообразности использования х86 процессоров, а Linux и экстремально низкое энергопотребление — об ARM.
Итак, как было продемонстрировано выше, обычно у разработчика имеется несколько работоспособных вариантов создания системы. Целью же данной статьи было обратить внимание на основные факторы и помочь расставить правильные приоритеты для выбора наиболее оптимального варианта решения.
