Melhor Revisão e Compilação de Computadores de Placa Única

Computadores de placa única oferecem uma maneira interessante de começar um projeto que necessita de mais poder de computação do que um microcontrolador. Seja você alguém que procura desenvolver algo que terá um microprocessador embutido rodando um sistema Linux, ou está buscando construir algo de menor volume e fazer uso de um módulo de processador embutido, ou fazer do computador de placa única a base do seu projeto, há algo disponível para todos.

Os computadores de placa única realmente decolaram com a introdução do Raspberry Pi em 2012. Computadores de pequeno formato existem há muito tempo, mas desde o lançamento do Pi, vimos um aumento massivo no número de usuários de tais sistemas. Com o aumento do número de usuários, houve uma expansão da comunidade ao redor deles - fornecendo melhor suporte e mais opções para obter conselhos e orientações sobre como implementar suas ideias de projeto. Antes do Pi, um dos sistemas mais populares era o BeagleBoard. No entanto, o Pi teve uma influência muito maior no mercado de computadores de placa única, com muitas placas copiando o layout e a conectividade do Pi.

Antes da revolução dos computadores de placa única, você precisaria usar um kit de desenvolvimento com uma implementação de referência que poderia ser muito específica para uma placa. Muitas vezes, você não conseguiria obter muito suporte do fabricante ou a placa não tinha uma comunidade formada ao seu redor. Eu possuía vários kits de desenvolvimento que suportavam Linux, Android e outros sistemas operacionais; no entanto, muitas vezes era um verdadeiro transtorno começar um projeto, pelo menos com uma equipe pequena, usando esses kits. Os computadores de placa única atualmente possuem hardware mais poderoso, sistemas operacionais modernos e atualizados, e grandes comunidades formadas ao seu redor. Uma grande vantagem desses sistemas é a comunidade que mantém o sistema operacional atualizado e continuamente adiciona novos drivers e suporte a hardware.

Eu compilei uma análise de computador de placa única para algumas das melhores opções disponíveis hoje, e por que você pode querer usá-las para iniciar seu próximo projeto.

Raspberry Pi 3 Modelo B

Embora não seja o modelo mais recente de Raspberry Pi, o Pi 3 Model B é provavelmente o computador de placa única mais popular no mercado atualmente. Se você não precisa de todas as capacidades do Raspberry Pi 4, a versão 3 oferece um preço mais baixo e ainda possui muitas capacidades. O Model 3 B possui Ethernet gigabit; no entanto, seu throughput é limitado pela sua implementação à velocidade máxima do barramento USB 2.0, proporcionando um desempenho real de cerca de 225Mbps, em vez dos 950Mbps do modelo 4.

Na placa estão todos os periféricos que você espera de um computador: quatro portas USB 2.0 de tamanho completo, redes com e sem fio, saídas HDMI e LCD, saída de áudio estéreo e uma interface de câmera sobre MIPI. Cada placa da linha Raspberry Pi tem um conector IO de 40 pinos que disponibiliza alguns periféricos de nível mais baixo e IO para implementar seu projeto. Placas de extensão Pi (chamadas de hats) são facilmente encontradas com quase qualquer funcionalidade que você possa desejar. A placa usa um soquete de cartão microSD para instalar o sistema operacional e armazenamento interno, o que permite muita flexibilidade em termos de capacidade de armazenamento. Além do microSD, você também pode montar drives conectados via USB, permitindo que você utilize terabytes de armazenamento, embora apenas em velocidades USB 2.0.

Como mencionado acima, o conector Ethernet com fio é limitado por velocidades USB 2.0, o que provavelmente não é um problema para muitos projetos do tipo Internet das Coisas. Você também obtém WiFi para operação desconectada. A interface de câmera CSI é adequada para visão de máquina. No entanto, o processamento do Pi 3 é apenas aceitável para aplicações básicas. A interface de exibição DSI permite que o Pi seja facilmente usado para uma interface homem/máquina ou projeto do tipo quiosque.

Para mim, a principal vantagem do Raspberry Pi é a comunidade por trás dele. Geralmente, você pode encontrar uma implementação de algo semelhante ao que está tentando alcançar como um projeto de código aberto, o que pode fornecer um ótimo ponto de partida. O suporte da comunidade é excelente, e há tantos recursos disponíveis para aprender a fazer praticamente qualquer coisa com o Pi.

Raspberry Pi 4

O Raspberry Pi 4 oferece conectividade similar ao modelo 3, porém com um processador mais rápido, Bluetooth 5, Ethernet gigabit verdadeiro e portas USB 3.0. Para muitos usuários de computador, o Pi 4 tem potência e capacidade suficientes para facilmente substituir um computador de mesa. É mais do que capaz de realizar a maioria das tarefas de escritório. Se a sua aplicação IoT requer muito poder de processamento para aplicações como visão de máquina, muita conectividade ou uma enorme quantidade de armazenamento, o Pi 4 é uma ótima escolha.

O Pi 4 também pode ser um excelente servidor de borda para nós de coleta de dados IoT de baixo custo. Ele fornece um banco de dados local/servidor web para que os nós submetam dados, antes de serem transferidos para serviços na nuvem - proporcionando um sistema altamente confiável que pode suportar conectividade intermitente com a web.

Com o aumento das capacidades de processamento e opções de conectividade, vem um aumento no consumo de energia. O Pi 4 mudou para um conector USB tipo C para alimentação de energia para permitir o fornecimento de 5V/3A, superando o limite de 2.5A do modelo anterior. Além das necessidades adicionais de energia, o Pi 4 precisa de significativamente mais refrigeração que o modelo anterior. Enquanto um Pi 3 geralmente pode ser colocado em um invólucro totalmente selado sem muitos problemas, o Pi 4 exigirá uma consideração sobre os aspectos térmicos de uma implementação selada.

ODROID C2

A ODROID fabrica vários computadores de placa única que oferecem mais possibilidades específicas de aplicação. Seus produtos são mais caros que o Raspberry Pi. No entanto, eles têm algumas possibilidades interessantes com um layout semelhante ao do Raspberry Pi, e um conector de 40 pinos similar. Isso torna um computador de placa única ODROID fácil de usar com vários acessórios e placas de expansão projetadas para o Pi.

O ODROID C2 é um sólido concorrente do Raspberry Pi 3B. É significativamente mais rápido e possui uma GPU poderosa. Além de um processamento mais rápido, o C2 tem verdadeiro Ethernet gigabit e acesso a cartão SD. O C2 também possui algumas características adicionais interessantes em comparação com o Pi, com um receptor IR e ADC integrado. O ADC integrado pode ser um bônus significativo para um projeto que integre com sensores analógicos.

A comunidade ODROID é bastante grande, e há uma variedade de sistemas operacionais disponíveis para o C2. No entanto, não é tão grande quanto a comunidade do Pi (nenhuma outra comunidade de computador de placa única é).

ODROID XU4

Como mencionado acima, o ODROID possui vários formatos diferentes. O XU4 se distancia do estilo Raspberry Pi; no entanto, é de tamanho similar. Esta placa possui um processador octa-core muito poderoso com o mesmo GPU que o C2, além de um acelerador 3D. Com todo esse poder de processamento, a placa vem completa com um ventilador de refrigeração e dissipador de calor, pois precisa ser resfriada ativamente sob carga moderada a alta.

Embora seja um computador de placa única muito poderoso e capaz, ele tem alguns contratempos. Nomeadamente, seus pinos de IO são de 1.8V. Você precisará usar um conversor de nível para usar a maioria dos acessórios e sensores que usaria com outros computadores de placa única. Dito isso, se você está procurando por poder de processamento e aceleração gráfica, é uma excelente opção.

Similar ao C2, o XU4 também possui um receptor IR e ADC a bordo. Enquanto o Raspberry Pi Modelo 4 precisa de uma fonte de alimentação de 3A, o XU4 recomenda uma de 4A devido ao seu imenso poder de processamento.

Asus Tinker

A Asus é um gigante dos computadores de mesa e laptops, e sua entrada no espaço dos computadores de placa única é muito interessante. A placa segue o estilo do Raspberry Pi. No entanto, tem algumas ótimas adições, como um cabeçalho de 40 pinos codificado por cores. Enquanto isso, falta USB 3.0, que agora é uma interface básica que se esperaria encontrar em um computador de placa única, mas ele fornece uma série de interfaces padrão através do cabeçalho de 40 pinos.

A competência em fabricação e engenharia da Asus é extremamente evidente pela quantidade copiosa de componentes na placa e sua densidade. Com isso, há um aumento significativo nos protocolos de comunicação de baixo nível no cabeçalho de 40 pinos em comparação com o Raspberry Pi, que tende a requerer a implementação de software de muitos protocolos. O Tinker suporta todos os protocolos comuns com múltiplas portas, facilitando a conectividade com sensores digitais e periféricos. O Tinker possui seu próprio sistema operacional com sabor de Linux e suporta uma grande variedade de outros sistemas operacionais Linux.

Banana Pi M64

A Banana Pi fabrica uma ampla gama de placas compatíveis com Pi, mas neste artigo, vamos nos concentrar apenas na M64. As Banana Pis possuem excelente engenharia e uma boa comunidade. A Banana Pi também tem uma das maiores redes de distribuidores depois do Raspberry Pi, o que facilita muito a aquisição de uma para testar.

A Banana Pi possui apenas duas portas USB 2.0. No entanto, ela tem WiFi e Bluetooth. Dependendo do seu projeto, você pode achar interessante o microfone embutido. A Banana Pi suporta os sistemas operacionais BSD, Linux e Android.

Nanopi Neo4

Enquanto outras placas tentam copiar o layout do Raspberry Pi, o Nanopi faz jus ao seu nome e é extremamente compacto em relação a placas de desempenho similar. Seu formato menor e o respeitável poder de processamento mais GPUs tornam a integração em seu produto uma rota mais viável do que usar o Raspberry Pi de tamanho completo. O Nanopi é popular com as comunidades de Casa Inteligente/Automação por isso.

Apesar do tamanho pequeno, a placa ainda suporta USB 3.0, Ethernet gigabit e interfaces de câmera MIPI CSI, Bluetooth e WiFi. As interfaces de IO são significativamente mais limitadas do que outras placas nesta lista, tornando-a uma escolha menos ideal para interação com sensores e periféricos não-USB.

Uma das características interessantes desta placa é o relógio em tempo real. Ter um relógio em tempo real na placa permite colocar o sistema em diferentes modos de suspensão/modos de baixo consumo em comparação com outras placas desta lista.

BeagleBone AI

Como mencionado no início do artigo, o BeagleBoard foi um dos primeiros computadores de placa única populares. O legado continuou. No entanto, a popularidade do BeagleBone está muito abaixo da do Raspberry Pi e dos compatíveis com Pi populares.

O BeagleBone é relativamente caro para o limitado poder de processamento e capacidades que oferece; no entanto, as Unidades de Programação em Tempo Real e os subprocessadores M4 podem tornar esse custo bem justificado, dependendo do projeto. Na minha opinião, a PRU é onde o BeagleBone realmente se destaca. A maioria dos computadores de placa única não possui nada em termos de capacidades em tempo real, e com as unidades programáveis em tempo real, você pode realizar tarefas como IO de alta velocidade. Com a interface do encoder quadratura, isso pode ser usado para conduzir servos em taxas de passo incríveis, além do que um microcontrolador é capaz. Os dois núcleos ARM Cortex M4 podem permitir a transferência de tarefas em tempo real e menor consumo de energia para tarefas específicas.

LattePanda 4/64

Falamos sobre o Raspberry Pi 4 ser capaz de substituir completamente um PC típico de escritório ou doméstico; no entanto, com o Linux como único sistema operacional, pode ser difícil convencer as pessoas a experimentar algo novo se elas estão acostumadas com o Windows. O LattePanda 4 roda um CPU Intel Quad Core, o que permite que ele execute o Windows 10 completo.

Isso o torna a única placa nesta lista que pode rodar Windows. Também é a placa mais cara desta lista, ainda assim, muito mais barata que um computador. Dito isso, este também é o modelo de LattePanda mais caro. Com um CPU Intel completo, 4GB de RAM, uma quantidade decente de armazenamento flash interno e uma GPU Intel, esta é uma opção interessante. O modelo mais barato da linha tem 2GB de RAM e 32GB de armazenamento flash interno.

Também conta com um ATMega32U4, o mesmo processador de 8 bits usado pelas placas Arduino básicas, que oferece capacidades básicas de processamento em tempo real. Há 20 GPIOs do ATMega e 6 do CPU Intel expostos. Além disso, existem 6 conectores "Gravity". Com saídas HDMI e MIPI-DSI, conectar a um display para funcionar como um quiosque ou similar é trivial, especialmente com o conector de painel de toque integrado.

Conclusão

Examinamos apenas uma pequena seleção de opções nesta análise de computadores de placa única, e há muitas outras disponíveis. Sinto que esta lista deve oferecer uma boa revisão de algumas das capacidades e opções que você encontrará no mercado. Com uma gama de capacidades de processamento, opções de conectividade, interfaces e layouts, é provável que você encontre um computador de placa única que possa atender aos seus desejos.

Se você está apenas procurando uma placa para experimentar, é muito difícil ignorar a série Raspberry Pi. Com um excelente preço, uma enorme comunidade e mais tutoriais do que você pode imaginar, o Pi tem muito a oferecer. Se o seu próximo projeto precisar de mais conectividade, processamento ou poder gráfico, então uma das outras opções aqui pode ser perfeita para você. Essas placas são excelentes plataformas de experimentação. É fácil acessar os IOs e periféricos para trabalhar em uma protoboard ou construir uma placa de expansão personalizada que pode se encaixar diretamente no computador de placa única.

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