Najlepsze jednopłytkowe komputery - przegląd i zestawienie

Jednopłytkowe komputery oferują interesujący sposób na rozpoczęcie projektu, który wymaga większej mocy obliczeniowej niż mikrokontroler. Niezależnie od tego, czy zamierzasz opracować coś, co będzie zawierało wbudowany mikroprocesor z systemem Linux, czy planujesz zbudować coś o mniejszej skali i wykorzystać moduł procesora wbudowanego, czy też uczynić jednopłytkowy komputer podstawą swojego projektu, dostępne są opcje dla każdego.

Jednopłytkowe komputery naprawdę zyskały na popularności po wprowadzeniu Raspberry Pi w 2012 roku. Komputery o małej formie istnieją od dawna, ale od czasu wydania Pi zaobserwowaliśmy masowy wzrost liczby użytkowników takich systemów. Wraz ze wzrostem liczby użytkowników, rozszerzyła się również społeczność wokół nich - zapewniając lepsze wsparcie i więcej opcji uzyskania porad i wskazówek, jak zrealizować swoje pomysły na projekt. Przed erą Pi jednym z najpopularniejszych systemów był BeagleBoard. Jednakże Pi miało znacznie większy wpływ na rynek jednopłytkowych komputerów, z wieloma płytkami naśladującymi układ i łączność Pi.

Przed rewolucją w dziedzinie komputerów jednopłytkowych, musiałbyś użyć zestawu deweloperskiego z referencyjną implementacją, która mogła być bardzo specyficzna dla danej płyty. Często nie mogłeś liczyć na dużą pomoc ze strony producenta, lub płyta nie miała wybudowanej wokół siebie społeczności. Posiadałem kilka zestawów deweloperskich, które obsługiwały Linuxa, Androida i inne systemy operacyjne; jednak często rozpoczęcie projektu, przynajmniej z małym zespołem, przy użyciu tych zestawów, było prawdziwym problemem. Komputery jednopłytkowe obecnie mają bardziej potężne sprzęty, nowoczesne i aktualne systemy operacyjne oraz świetne społeczności zbudowane wokół nich. Główną zaletą tych systemów jest społeczność, która utrzymuje system operacyjny na bieżąco i ciągle dodaje nowe sterowniki oraz wsparcie sprzętowe.

Złożyłem recenzję komputera jednopłytkowego dla niektórych z najlepszych dostępnych obecnie opcji i dlaczego warto ich użyć, aby rozpocząć swój następny projekt.

Raspberry Pi 3 Model B

Chociaż nie jest to najnowszy model Raspberry Pi, Pi 3 Model B jest prawdopodobnie najpopularniejszym jednopłytkowym komputerem na rynku dzisiaj. Jeśli nie potrzebujesz wszystkich możliwości Raspberry Pi 4, wersja 3 oferuje niższą cenę i nadal posiada wiele możliwości. Model 3 B posiada gigabitowy Ethernet; jednak jego przepustowość jest ograniczona przez implementację do maksymalnej prędkości magistrali USB 2.0, co daje Ci realną wydajność około 225Mbps, a nie 950Mbps modelu 4.

Na płycie znajdują się wszystkie peryferia, których oczekujesz od komputera: cztery pełnowymiarowe porty USB 2.0, połączenia przewodowe i bezprzewodowe, wyjścia HDMI i LCD, stereo wyjście audio oraz interfejs kamery przez MIPI. Każda płyta z serii Raspberry Pi ma 40-pinowy złącze IO, które umożliwia wykorzystanie niektórych peryferiów niższego poziomu i IO do realizacji twojego projektu. Płytki rozszerzeń Pi (nazywane kapeluszami) są łatwo dostępne z prawie każdą funkcjonalnością, jakiej możesz potrzebować. Płyta używa gniazda karty microSD do instalacji systemu operacyjnego i wewnętrznego przechowywania, co pozwala na dużą elastyczność pod względem pojemności przechowywania. Oprócz karty microSD, możesz również montować dyski podłączone przez USB, co pozwala na wykorzystanie terabajtów przechowywania, chociaż tylko z prędkościami USB 2.0.

Jak wspomniano powyżej, przewodowy złącze Ethernet jest ograniczone przez prędkości USB 2.0, co prawdopodobnie nie jest problemem dla wielu projektów typu Internet Rzeczy. Otrzymujesz również WiFi dla operacji odłączonej. Interfejs kamery CSI nadaje się do wizji maszynowej. Jednakże, przetwarzanie przez Pi 3 jest dopiero akceptowalne dla podstawowych aplikacji. Interfejs wyświetlacza DSI pozwala na łatwe użycie Pi do interfejsu człowiek/maszyna lub projektu typu kiosk.

Dla mnie główną zaletą Raspberry Pi jest społeczność, która za nim stoi. Zazwyczaj można znaleźć implementację czegoś podobnego do tego, co próbujesz osiągnąć, jako projekt open source, co może stanowić świetny punkt wyjścia. Wsparcie społeczności jest doskonałe, a dostępnych jest tak wiele zasobów, że można się nauczyć, jak zrobić praktycznie wszystko z Pi.

Raspberry Pi 4

Raspberry Pi 4 oferuje podobne możliwości połączenia co model 3, jednakże z nowym, szybszym procesorem, Bluetooth 5, prawdziwym gigabitowym Ethernetem i portami USB 3.0. Dla wielu użytkowników komputerów, Pi 4 ma wystarczającą moc i możliwości, że może łatwo zastąpić komputer stacjonarny. Jest więcej niż zdolny do większości zadań biurowych. Jeśli twoja aplikacja IoT wymaga dużo mocy obliczeniowej dla aplikacji takich jak wizja maszynowa, dużo łączności lub ogromnej ilości pamięci, Pi 4 jest świetnym wyborem.

Pi 4 może również świetnie sprawdzić się jako serwer brzegowy dla węzłów zbierających dane IoT o niskich kosztach. Zapewnia lokalną bazę danych/serwer internetowy, do którego węzły mogą przesyłać dane, zanim zostaną one przekazane do usług w chmurze - zapewniając wysoce niezawodny system, który może wytrzymać sporadyczne połączenia z siecią.

Zwiększone możliwości przetwarzania i opcje łączności wiążą się ze zwiększonym poborem mocy. Pi 4 przeszło na złącze USB typu C do zasilania, aby umożliwić dostarczanie 5V/3A ponad limit 2,5A z poprzedniego modelu. Oprócz dodatkowych wymagań dotyczących mocy, Pi 4 wymaga znacznie lepszego chłodzenia niż poprzedni model. Podczas gdy Pi 3 można zazwyczaj umieścić w całkowicie zamkniętej obudowie bez większych problemów, Pi 4 będzie wymagało przemyślenia aspektów termicznych zamkniętej implementacji.

ODROID C2

ODROID produkuje kilka jednopłytkowych komputerów, które oferują więcej możliwości specyficznych dla aplikacji. Ich produkty są droższe niż Raspberry Pi. Jednak mają kilka interesujących możliwości z podobnym układem do Raspberry Pi oraz podobnym 40-pinowym złączem. To sprawia, że jednopłytkowy komputer ODROID jest łatwy w użyciu z różnymi akcesoriami i płytami rozszerzeń zaprojektowanymi dla Pi.

ODROID C2 jest solidnym konkurentem dla Raspberry Pi 3B. Jest znacznie szybszy i ma potężną GPU. Oprócz szybszego przetwarzania, C2 posiada prawdziwe gigabitowe Ethernet i dostęp do karty SD. C2 posiada również kilka interesujących dodatkowych funkcji w porównaniu do Pi, z odbiornikiem IR i wbudowanym ADC. Wbudowany ADC może być znaczącym bonusem dla projektu integrującego z czujnikami analogowymi.

Społeczność ODROID jest dość duża, i dostępna jest dla C2 gama systemów operacyjnych. Jednak nie jest ona tak duża jak społeczność Pi (żadna inna społeczność jednopłytkowych komputerów nie jest).

ODROID XU4

Jak wspomniano powyżej, ODROID posiada kilka różnych form. XU4 odbiega od stylu Raspberry Pi; jednak jest podobnych rozmiarów. Ta płyta posiada bardzo mocny procesor ośmiordzeniowy z takim samym GPU jak C2 plus akcelerator 3D. Z tak dużą mocą obliczeniową, płyta jest wyposażona w wentylator chłodzący i radiator, ponieważ wymaga aktywnego chłodzenia przy umiarkowanym do wysokiego obciążenia.

Chociaż jest to bardzo mocny i zdolny komputer jednopłytkowy, ma kilka wad. Mianowicie, jego piny IO mają 1,8V. Będziesz musiał użyć konwertera poziomów, aby używać większości akcesoriów i czujników, które używałbyś z innymi komputerami jednopłytkowymi. Mimo to, jeśli szukasz mocy obliczeniowej i przyspieszenia grafiki, to doskonała opcja.

Podobnie jak C2, XU4 posiada również odbiornik IR i ADC na pokładzie. Gdzie Raspberry Pi Model 4 wymaga zasilacza 3A, XU4 zaleca 4A ze względu na swoją ogromną moc obliczeniową.

Asus Tinker

Asus to gigant w dziedzinie komputerów stacjonarnych i laptopów, a ich wejście w świat jednopłytkowych komputerów jest bardzo interesujące. Płyta naśladuje styl Raspberry Pi. Jednak posiada kilka świetnych dodatków, takich jak kolorowy 40-pinowy nagłówek. Tymczasem brakuje jej USB 3.0, które obecnie jest podstawowym interfejsem, którego można by oczekiwać w jednopłytkowym komputerze, ale zapewnia szereg standardowych interfejsów poprzez 40-pinowy nagłówek.

Kompetencje produkcyjne i inżynieryjne firmy Asus są wyjątkowo widoczne, biorąc pod uwagę obfitość komponentów na płycie oraz ich gęstość. Wiąże się to z istotnym wzrostem protokołów komunikacji niskopoziomowej na złączu 40 pinów w porównaniu z Raspberry Pi, które często wymaga implementacji wielu protokołów w oprogramowaniu. Tinker obsługuje wszystkie powszechne protokoły za pomocą wielu portów, co ułatwia łączność z cyfrowymi czujnikami i peryferiami. Tinker posiada własny system operacyjny oparty na Linuxie i obsługuje szeroki zakres innych systemów operacyjnych Linux.

Banana Pi M64

Banana Pi oferuje szeroką gamę płyt kompatybilnych z Pi, ale w tym artykule przyjrzymy się tylko modelowi M64. Wszystkie Banana Pi charakteryzują się doskonałą inżynierią i mają dobrą społeczność. Banana Pi posiada również jedną z największych sieci dystrybutorów po Raspberry Pi, co ułatwia zakup urządzenia do wypróbowania.

Banana Pi posiada tylko dwa porty USB 2.0. Jednakże, ma również WiFi i Bluetooth. W zależności od Twojego projektu, interesująca może okazać się wbudowana mikrofon. Banana Pi obsługuje systemy operacyjne BSD, Linux i Android.

Nanopi Neo4

W przeciwieństwie do innych płyt, które próbują naśladować układ Raspberry Pi, Nanopi jest wierny swojej nazwie i jest niezwykle kompaktowy w porównaniu do podobnych płyt o tej samej wydajności. Jego mniejszy rozmiar oraz szanowna moc obliczeniowa wraz z GPU sprawiają, że integracja z twoim produktem jest bardziej wykonalna niż użycie pełnowymiarowego Raspberry Pi. Nanopi cieszy się popularnością wśród społeczności Smart Home/Automatyzacji właśnie z tego powodu.

Pomimo małego rozmiaru, płyta nadal obsługuje USB 3.0, gigabit Ethernet oraz interfejsy kamery MIPI CSI, Bluetooth i WiFi. Interfejsy IO są znacznie bardziej ograniczone niż w przypadku innych płyt z tej listy, co czyni ją mniej idealnym wyborem do interfejsowania z czujnikami i peryferiami innymi niż USB.

Jedną z interesujących funkcji tej płyty jest zegar czasu rzeczywistego. Posiadanie zegara czasu rzeczywistego na pokładzie pozwala na ustawienie systemu w różne tryby uśpienia/niskiego poboru mocy w porównaniu z innymi płytami z tej listy.

BeagleBone AI

Jak wspomniano na początku artykułu, BeagleBoard był jednym z pierwszych popularnych komputerów jednopłytkowych. Dziedzictwo to trwa nadal. Jednak popularność BeagleBone jest znacznie mniejsza niż Raspberry Pi i popularnych kompatybilnych z Pi.

BeagleBone jest stosunkowo drogi jak na ograniczoną moc obliczeniową i możliwości, które oferuje; jednak Programowalne Jednostki Realtime i podprocesory M4 mogą sprawić, że koszt ten będzie w pełni uzasadniony w zależności od projektu. Moim zdaniem, PRU to obszar, w którym BeagleBone naprawdę się wyróżnia. Większość komputerów jednopłytkowych nie oferuje niczego, co pozwalałoby na działanie w czasie rzeczywistym, a dzięki programowalnym jednostkom czasu rzeczywistego można wykonywać zadania takie jak szybkie wejścia/wyjścia. Z interfejsem enkodera kwadraturowego można używać go do sterowania serwomechanizmami z niesamowitymi prędkościami krokowymi, poza możliwościami mikrokontrolera. Dwa rdzenie ARM Cortex M4 mogą pozwolić na odciążenie zadań w czasie rzeczywistym i zmniejszenie zużycia energii dla określonych zadań.

LattePanda 4/64

Mówiliśmy o Raspberry Pi 4 jako o pełnoprawnym zamienniku komputera PC do typowych zastosowań biurowych lub domowych; jednakże, z Linuxem jako jedynym systemem operacyjnym, przekonanie ludzi do wypróbowania czegoś nowego może być trudne, jeśli są przyzwyczajeni do Windows. LattePanda 4 działa na procesorze Intel Quad Core, co pozwala mu na uruchomienie pełnej wersji Windows 10.

To czyni go jedyną płytą na tej liście, która może uruchomić Windows. Jest również najdroższą płytą na tej liście, ale nadal znacznie tańszą niż komputer. Należy jednak zaznaczyć, że jest to również najdroższy model LattePanda. Z pełnym procesorem Intel, 4GB RAM, przyzwoitą ilością wbudowanej pamięci flash i GPU Intel, jest to interesująca opcja. Najtańszy model w ofercie ma 2GB RAM i 32GB pamięci flash na pokładzie.

Zawiera również ATMega32U4, ten sam 8-bitowy procesor, który jest używany przez podstawowe płyty Arduino, oferujący podstawowe możliwości przetwarzania w czasie rzeczywistym. Dostępnych jest 20 GPIO z ATMegi oraz 6 z procesora Intel. Dodatkowo, dostępnych jest 6 złącz „Gravity”. Dzięki wyjściom HDMI i MIPI-DSI, podłączenie do wyświetlacza w celu uruchomienia kiosku lub podobnego urządzenia jest banalnie proste, szczególnie z wbudowanym złączem panelu dotykowego.

Podsumowanie

Przyjrzeliśmy się tylko małemu wyborowi opcji w tej recenzji komputerów jednopłytkowych, a na rynku jest ich znacznie więcej. Mam nadzieję, że ta lista da Ci dobry przegląd niektórych możliwości i opcji, które znajdziesz na rynku. Z różnorodnością możliwości przetwarzania, opcji łączności, interfejsów i układów, prawdopodobnie znajdziesz komputer jednopłytkowy, który spełni Twoje oczekiwania.

Jeśli szukasz tylko płytki do eksperymentów, trudno jest przejść obojętnie obok serii Raspberry Pi. Dzięki doskonałej cenie, ogromnej społeczności i większej liczbie poradników, niż jesteś w stanie przeczytać, Pi ma wiele do zaoferowania. Jeśli Twój kolejny projekt wymaga większej łączności, mocy przetwarzania lub grafiki, jedna z innych tutaj przedstawionych opcji może być dla Ciebie idealna. Te płytki stanowią doskonałe platformy do eksperymentów. Łatwo jest uzyskać dostęp do IO i peryferiów, aby pracować na płytce stykowej lub zbudować niestandardową płytę rozszerzeń, która może bezpośrednio pasować do komputera jednopłytkowego.

Chcesz dowiedzieć się więcej o tym, jak Altium może pomóc Ci w Twoim kolejnym projekcie PCB? Porozmawiaj z ekspertem w Altium.