Лучшие одноплатные компьютеры: обзор и подборка

Одноплатные компьютеры предлагают интересный способ начать работу над проектом, требующим большей вычислительной мощности, чем микроконтроллер. Будь вы заинтересованы в разработке чего-то, что будет использовать встроенный микропроцессор с запуском системы Linux, или вы хотите создать что-то меньшего объема с использованием модуля встроенного процессора, или сделать одноплатный компьютер основой вашего проекта, для каждого найдется подходящий вариант.

Одноплатные компьютеры действительно набрали популярность с момента появления Raspberry Pi в 2012 году. Компьютеры малого форм-фактора существовали уже давно, но после выпуска Pi мы наблюдаем значительный рост числа пользователей таких систем. С увеличением числа пользователей расширилось и сообщество вокруг них, предоставляя лучшую поддержку и больше возможностей для получения советов и рекомендаций по реализации ваших проектных идей. До появления Pi одной из самых популярных систем была BeagleBoard. Однако Pi оказал большее влияние на рынок одноплатных компьютеров, многие платы копируют расположение элементов и подключения Pi.

До революции в области одноплатных компьютеров вам бы пришлось использовать набор для разработки с референсной реализацией, которая могла быть очень специфичной для конкретной платы. Часто вы не могли получить достаточную поддержку от производителя, или у платы не было построенного вокруг нее сообщества. У меня было несколько наборов для разработки, поддерживающих Linux, Android и другие операционные системы; однако, часто было настоящей проблемой начать проект, по крайней мере с небольшой командой, используя эти наборы. Современные одноплатные компьютеры теперь имеют более мощное оборудование, современные операционные системы и великолепные сообщества, созданные вокруг них. Основным преимуществом этих систем является сообщество, которое поддерживает операционную систему в актуальном состоянии и постоянно добавляет новые драйверы и поддержку оборудования.

Я составил обзор одноплатного компьютера, который рассматривает некоторые из лучших доступных сегодня вариантов и объясняет, почему вы можете захотеть использовать их для начала вашего следующего проекта.

Raspberry Pi 3 Model B

Хотя это и не последняя модель Raspberry Pi, Pi 3 Model B, вероятно, является самым популярным одноплатным компьютером на рынке сегодня. Если вам не нужны все возможности Raspberry Pi 4, версия 3 предлагает более низкую цену и все еще обладает множеством возможностей. Модель 3 B имеет гигабитный Ethernet; однако, его пропускная способность ограничена реализацией до максимальной скорости шины USB 2.0, что дает вам реальную производительность около 225 Мбит/с, вместо 950 Мбит/с у модели 4.

На плате находятся все периферийные устройства, которые вы ожидаете от компьютера: четыре полноразмерных порта USB 2.0, проводные и беспроводные сетевые интерфейсы, выходы HDMI и LCD, стереофонический аудиовыход и интерфейс камеры через MIPI. Каждая плата в линейке Raspberry Pi имеет 40-контактный разъем IO, который выводит некоторые периферийные устройства и интерфейсы ввода-вывода для реализации вашего проекта. Расширительные платы Pi (называемые шляпами) легко находятся с практически любой функциональностью, которую вы можете пожелать. Плата использует сокет карты microSD для установки операционной системы и внутреннего хранилища, что обеспечивает большую гибкость в отношении объема хранилища. В дополнение к microSD, вы также можете подключать диски через USB, что позволяет использовать терабайты хранилища, хотя только на скоростях USB 2.0.

Как упоминалось выше, скорость проводного Ethernet-соединения ограничена скоростями USB 2.0, что, вероятно, не является проблемой для многих проектов в области Интернета вещей. Вы также получаете WiFi для работы без подключения к сети. Интерфейс камеры CSI подходит для машинного зрения. Однако, мощности обработки Pi 3 только что достаточно для базовых приложений. Интерфейс дисплея DSI позволяет легко использовать Pi для интерфейса человек-машина или проектов типа киоска.

Для меня главное преимущество Raspberry Pi заключается в сообществе, которое стоит за ним. Обычно можно найти реализацию чего-то похожего на то, что вы пытаетесь сделать, в виде открытого проекта, который может служить отличной отправной точкой. Поддержка сообщества превосходна, и доступно так много ресурсов для изучения того, как сделать практически что угодно с Pi.

Raspberry Pi 4

Raspberry Pi 4 предлагает аналогичные возможности подключения, что и модель 3, однако с новым, более быстрым процессором, Bluetooth 5, настоящим гигабитным Ethernet и портами USB 3.0. Для многих пользователей компьютеров Pi 4 имеет достаточно мощности и возможностей, чтобы легко заменить настольный компьютер. Он более чем способен справиться с большинством офисных задач. Если ваше IoT-приложение требует большого объема вычислительной мощности для таких приложений, как машинное зрение, большого количества подключений или огромного объема хранения, Pi 4 является отличным выбором.

Pi 4 также может стать отличным периферийным сервером для недорогих узлов сбора данных IoT. Он предоставляет локальную базу данных/веб-сервер для отправки данных узлами, прежде чем данные будут переданы в облачные сервисы, обеспечивая высоконадежную систему, которая может выдерживать периодические проблемы с подключением к сети.

С увеличением вычислительных возможностей и вариантов подключения возрастает и потребление энергии. Pi 4 перешел на использование разъема USB типа C для входного питания, чтобы обеспечить подачу 5В/3А вместо предыдущего лимита в 2,5А. Помимо дополнительных требований к питанию, Pi 4 требует значительно более эффективного охлаждения, чем предыдущая модель. В то время как Pi 3 в целом можно разместить в полностью герметичном корпусе без особых проблем, для Pi 4 потребуется тщательно продумать тепловые аспекты герметичной реализации.

ODROID C2

ODROID производит несколько одноплатных компьютеров, которые предлагают больше возможностей для конкретных приложений. Их продукция дороже, чем Raspberry Pi. Однако у них есть некоторые интересные возможности с аналогичной компоновкой, как у Raspberry Pi, и схожим 40-контактным разъемом. Это делает одноплатный компьютер ODROID легко используемым с различными аксессуарами и расширительными платами, предназначенными для Pi.

ODROID C2 является серьезным конкурентом Raspberry Pi 3B. Он значительно быстрее и имеет мощный GPU. Помимо более быстрой обработки, C2 обладает настоящим гигабитным Ethernet и доступом к SD-карте. C2 также имеет некоторые интересные дополнительные функции по сравнению с Pi, включая ИК-приемник и встроенный АЦП. Наличие встроенного АЦП может быть значительным преимуществом для проекта, интегрированного с аналоговыми датчиками.

Сообщество ODROID довольно большое, и для C2 доступен широкий спектр операционных систем. Однако оно не так велико, как сообщество Pi (и ни одно другое сообщество одноплатных компьютеров не является таковым).

ODROID XU4

Как упоминалось выше, ODROID имеет несколько различных форм-факторов. XU4 отходит от стиля Raspberry Pi; однако он схож по размеру. Эта плата обладает очень мощным восьмиядерным процессором с таким же GPU, как у C2, плюс 3D-акселератор. С такой вычислительной мощностью плата комплектуется с вентилятором охлаждения и радиатором, так как ей необходимо активное охлаждение при умеренной до высокой нагрузке.

Несмотря на то что это очень мощный и способный одноплатный компьютер, у него есть пара недостатков. А именно, его IO-пины имеют напряжение 1.8В. Вам потребуется использовать преобразователь уровней для подключения большинства аксессуаров и датчиков, которые вы бы использовали с другими одноплатными компьютерами. Тем не менее, если вы ищете вычислительную мощность и ускорение графики, это отличный вариант.

Подобно C2, XU4 также имеет на борту ИК-приемник и АЦП. Там, где модели Raspberry Pi 4 требуется блок питания на 3А, XU4 рекомендуется 4А из-за его огромной вычислительной мощности.

Asus Tinker

Asus - это гигант в области настольных и портативных компьютеров, и их вхождение в пространство одноплатных компьютеров очень интересно. Плата следует стилю Raspberry Pi. Однако, она имеет некоторые отличные дополнения, такие как цветной 40-пиновый разъем. Тем не менее, ей не хватает USB 3.0, который сейчас является базовым интерфейсом, который ожидают увидеть на одноплатном компьютере, но она предоставляет ряд стандартных интерфейсов через 40-пиновый разъем.

Производственные и инженерные возможности Asus явно видны благодаря обилию компонентов на плате и их плотности. Это сопровождается значительным увеличением количества низкоуровневых коммуникационных протоколов на 40-контактном разъеме по сравнению с Raspberry Pi, для которого часто требуется программная реализация многих протоколов. Tinker поддерживает все общие протоколы с несколькими портами, что облегчает подключение к цифровым датчикам и периферийным устройствам. Tinker имеет собственную операционную систему на базе Linux и поддерживает широкий спектр других операционных систем Linux.

Banana Pi M64

Banana Pi производит большой ассортимент плат, совместимых с Pi, но в этой статье мы рассмотрим только M64. Все Banana Pi отличаются превосходной инженерией и имеют хорошее сообщество. Banana Pi также имеет одну из самых крупных дистрибьюторских сетей после Raspberry Pi, что делает его очень простым в приобретении для тестирования.

Banana Pi имеет только два порта USB 2.0. Однако, он оснащен WiFi и Bluetooth. В зависимости от вашего проекта, вам может быть интересен встроенный микрофон. Banana Pi поддерживает операционные системы BSD, Linux и Android.

Nanopi Neo4

В то время как другие платы пытаются копировать расположение элементов Raspberry Pi, Nanopi оправдывает свое название и является чрезвычайно компактным по сравнению с платами схожей производительности. Его меньший размер и уважаемая вычислительная мощность плюс GPU делают интеграцию в ваш продукт более осуществимым путем, чем использование полноразмерного Raspberry Pi. Nanopi популярен в сообществах Умного Дома/Автоматизации именно по этой причине.

Несмотря на малый размер, плата все еще поддерживает USB 3.0, гигабитный Ethernet и интерфейсы камер MIPI CSI, Bluetooth и WiFi. Интерфейсы ввода-вывода значительно более ограничены, чем у других плат в этом списке, что делает ее менее идеальным выбором для взаимодействия с датчиками и не-USB периферией.

Одной из интересных особенностей этой платы является встроенные часы реального времени. Наличие часов реального времени на борту позволяет переводить систему в различные режимы сна/режимы низкого энергопотребления по сравнению с другими платами из этого списка.

BeagleBone AI

Как было упомянуто в начале статьи, BeagleBoard был одним из первых популярных одноплатных компьютеров. Эта традиция продолжается. Однако популярность BeagleBone значительно ниже, чем у Raspberry Pi и популярных совместимых с Pi устройств.

BeagleBone относительно дорог для ограниченной вычислительной мощности и возможностей, которые он предлагает; однако, программные реально-временные блоки и подпроцессоры M4 могут сделать эту стоимость вполне оправданной в зависимости от проекта. На мой взгляд, PRU - это то, где BeagleBone действительно блестит. Большинство одноплатных компьютеров не имеют ничего похожего на возможности реального времени, и с программными реально-временными блоками вы можете выполнять задачи, такие как высокоскоростной ввод-вывод. С интерфейсом квадратурного энкодера это может быть использовано для управления сервоприводами с невероятными скоростями шагов, что недоступно для микроконтроллеров. Два ядра ARM Cortex M4 могут позволить перенос выполнения задач реального времени и снижение потребления энергии для конкретных задач.

LattePanda 4/64

Мы говорили о том, что Raspberry Pi 4 может служить полноценной заменой ПК для типичного офиса или домашнего компьютера; однако, поскольку единственной операционной системой является Linux, людям может быть сложно попробовать что-то новое, если они привыкли к Windows. LattePanda 4 работает на четырехъядерном процессоре Intel, что позволяет ему запускать полноценную Windows 10.

Это делает его единственной платой в этом списке, которая может работать с Windows. Это также самая дорогая плата в этом списке, но все же намного дешевле, чем компьютер. Сказав это, это также самая дорогая модель LattePanda. С полноценным процессором Intel, 4 ГБ оперативной памяти, приличным объемом встроенной флеш-памяти и графическим процессором Intel, это интересный вариант. Самая дешевая модель в линейке имеет 2 ГБ оперативной памяти и 32 ГБ встроенной флеш-памяти.

Он также оснащен ATMega32U4, тем же 8-битным процессором, который используется базовыми платами Arduino, обеспечивающим базовые возможности реального времени. Имеется 20 GPIO от ATMega и 6 от процессора Intel. Кроме того, есть 6 разъемов "Gravity". С выходами HDMI и MIPI-DSI подключение к дисплею для использования в качестве информационного киоска или подобного устройства является тривиальным, особенно с наличием разъема для сенсорной панели.

Заключение

Мы рассмотрели лишь небольшой выбор вариантов в этом обзоре одноплатных компьютеров, и на рынке есть еще много других. Я считаю, что этот список должен дать вам хорошее представление о некоторых возможностях и опциях, которые вы можете найти на рынке. С разнообразием вариантов обработки данных, вариантов подключения, интерфейсов и конфигураций, вы, скорее всего, сможете найти одноплатный компьютер, который соответствует вашим желаниям.

Если вы просто ищете плату для экспериментов, очень сложно пройти мимо серии Raspberry Pi. С отличной ценой, огромным сообществом и большим количеством учебных материалов, чем вы можете вообразить, Pi имеет многое, что может предложить. Если ваш следующий проект требует большей связности, вычислительной мощности или графической мощности, тогда один из других представленных здесь вариантов может быть идеальным для вас. Эти платы являются отличными платформами для экспериментов. Легко получить доступ к вводу/выводу и периферии для работы на макетной плате или создать собственную расширительную плату, которая может легко устанавливаться на одноплатный компьютер.

Хотели бы вы узнать больше о том, как Altium может помочь вам с вашим следующим проектом печатной платы? Обратитесь к эксперту в Altium.