Проекты на одноплатных компьютерах. А что бывает в мире готовых решений? Другие производители одноплатных компьютеров

27.04.2019

Рис. 1. Внешний вид компьютера РС/104 с дочерними платами

Сегодня вычислительные системы проникли во все сферы жизнедеятельности человека: высокопроизводительные встраиваемые системы используются в абсолютно разных областях, начиная от управления производственными линиями и заканчивая медицинским оборудованием. Чтобы сделать грамотный выбор в пользу той или иной встраиваемой системы, необходимо прежде всего проанализировать такие показатели, как производительность и архитектура процессора, реализованные интерфейсы, потребляемая энергия, используемое программное обеспечение (ПО), стоимость и время разработки.

Понятно, что процесс проектирования становится все более сложным. Используемые встраиваемые системы часто должны поддерживать определенные интерфейсы, требуемые ПО конечного пользователя, работать при экстремальных температурах и обеспечивать низкое энергопотребление с высокой производительностью в удаленном и необслуживаемом оборудовании с соответствующей надежностью.

Разработчики должны ориентироваться в технических и организационно-коммерческих вопросах, влияющих на проектирование, чтобы выбрать оптимальное решение. Правильно оценив все требования к разработке, инженеры в конечном итоге отдают предпочтение наиболее подходящему форм-фактору для создания системы. Технические и организационно-коммерческие нюансы могут иметь одинаковый приоритет при определении алгоритма проектирования системы, поэтому они должны рассматриваться разработчиком в комплексе: так, например, нужно одинаково учитывать и производительность процессора, и набор интерфейсов, и время разработки, повторяющиеся и единовременные затраты на инженерные работы, возможность обновления, а также иные факторы. Отметим, что подробное техническое задание поможет значительно снизить количество возможных вариантов разработки системы в каждом конкретном случае.

Какой форм-фактор лучше всего подходит для разрабатываемой системы?

Одноплатные компьютеры и процессорные модули могут предложить сходные возможности, предполагая при этом совершенно различные пути разработки для достижения требуемой производительности. Долгосрочное влияние принятого решения является существенным и связывает выбранный форм-фактор с жизненным циклом продукта. Выбор форм-фактора для создания системы может сильно ограничить требование по совместимости с существующими системами, в отличие от того, если бы система создавалась с чистого листа.

Одноплатные компьютеры - это готовое решение, которое позволяет исключить этап разработки и производства в случае применения процессорных модулей для создания несущей платы, следовательно, разработчики системы концентрируются только на программных вопросах. Это решение позволяет максимально быстро вывести продукцию на рынок, однако оно обладает и более высокой стоимостью. Так как одноплатные компьютеры выпускаются с учетом максимально возможного удовлетворения всех требований заказчика, то здесь не избежать избыточности по поддерживаемым интерфейсам: их количеству, объему установленной памяти и т. п. Также надо учитывать, что жизненный цикл системы будет ограничен сроком производства конкретного одноплатного компьютера, используемого в этой системе. При его снятии с производства придется обновлять и свою систему с учетом отличий нового компьютера от устаревшего, например, иное расположение разъемов интерфейсов на плате компьютера. На рынке встраиваемых систем получили широкое распространение следующие форм-факторы одноплатных компьютеров: 3,5″ (146×102 мм), 2,5″(100×72 мм, альтернативное название Pico ITX) и РС/104 (96×90 мм).

Особое внимание стоит уделить одноплатным компьютерам стандарта РС/104. Дочерние платы, или модули расширения для компьютеров РС/104, имеют те же размеры 96×90 мм, что и плата компьютера, и объединяются с ней жестко определенными стандартом интерфейсами (рис. 1) PCI, PCI Express (PCIe) и ISA (в более ранних версиях). Таким образом, стандарт РС/104 позволяет избежать необходимости в собственной разработке несущей платы и более оптимально сконфигурировать компьютер, используя модули различных производителей. Следует отметить, что за долгое время существования стандарта РС/104 множество производителей разработало огромное количество различных по назначению и выполняемым функциям модулей. Дополнительная свобода от конкретной платы компьютера обеспечивается тем, что в РС/104 разъемы интерфейсов на корпусе соединены с платой компьютера или модулем расширения с помощью кабелей. Ограничением в применении одноплатных компьютеров РС/104 является использование процессоров небольшой мощности. Потребляемая мощность одноплатного компьютера РС/104 должна быть не более 25 Вт, и связано это с ограничением по нагрузке используемых межплатных разъемов в стандарте РС/104 . Еще одной сложностью является то, что используются процессоры в основном архитектуры х86 из-за применяемых в стандарте РС/104 интерфейсов. Совсем недавно в ARM-процессорах стали использовать PCIe интерфейс, а ранее для применения ARM в одноплатных компьютерах РС/104 приходилось использовать дополнительные микросхемы для реализации интерфейсов PCI, PCIe и ISA .

Процессорные модули (рис. 2) как компоненты, устанавливаемые на печатную плату, оптимально устраняют избыточность системы. Разработчик может максимально точно следовать требованиям технического задания, учитывая размер печатной платы, ее форму, размещение интерфейсов и типы используемых разъемов, и применить при этом только ту периферию на несущей плате, которая необходима для данной системы. Благодаря стандартизации модулей существует возможность простой модификации системы путем замены модулей на несущей плате. Таким образом, можно осуществить более тонкую настройку системы под требования заказчика и выпускать версии системы с более или менее производительными процессорами или даже менять архитектуру процессора путем простой замены модуля. Благодаря взаимозаменяемости модулей обеспечивается легкое обновление системы при появлении новых процессоров, а это также продлевает жизненный цикл изделия, делает его свободным от устаревания и снятия с производства конкретного модуля и устраняет зависимость от одного производителя.

Рис. 2. Виды процессорных модулей

Так же, как и у одноплатных компьютеров стандарта РС/104, для процессорных модулей учитываются ограничения по мощности. Для модулей COM Express жестких стандартов не установлено, но значение потребляемой мощности определяется характеристиками межплатных разъемов. Оно соответствует примерно 50 Вт для модулей Type 2, Type 6 и Type 7 и 25 Вт для Type 10 (Mini COM Express), так как данный тип модулей использует только один разъем в отличие от предыдущих . Строго ограничивают потребляемую модулем мощность стандарты Qseven - до 12 Вт и SMARC (Smart Mobility ARChitecture) - до 15 Вт. .

Насколько низким должно быть энергопотребление разрабатываемой системы?

Производительность процессора напрямую связана с энергопотреблением: процессоры с более низкой производительностью требуют меньше энергии. Кроме того, выбор процессора зависит также от системы охлаждения. Меньше ограничений накладывает активная система охлаждения, позволяя выбрать процессор необходимой производительности. Когда же система ограничена пассивным безвентиляторным охлаждением, в приоритете будут процессоры с низким энергопотреблением, и жертвовать придется производительностью процессора из-за ограничений по массо-габаритным параметрам системы охлаждения.

В области малой мощности CISC (complex instruction set computer, компьютер с полным набором команд) платформа x86 исторически проигрывала архитектуре RISC (reduced instruction set computer, компьютер с сокращенным набором команд), на которой построены процессоры ARM. Более простая архитектура ARM имеет небольшую площадь кристалла и существенно меньше потребляет энергию. Это преимущество позволило данным процессорам занять ведущее место среди форм-факторов с минимальными размерами. Стандарты Qseven и SMARC изначально разрабатывались с учетом особенностей архитектуры ARM. Тем не менее развитие платформы x86 продолжается, и сегодня разработчики имеют доступ к малопотребляющим x86 моделям. Новые процессоры обеспечивают более высокую производительность, чем у предыдущего поколения x86, при этом потребляя менее 10 Вт. Это позволило использовать новые малопотребляющие процессоры x86 в модулях Qseven и SMARC и создать новый модуль COM Express Mini (Type 10), который обеспечивает преемственность стандарта COM Express в меньшем по размеру модуле.

Выбор операционной системы и ПО

На выбор архитектуры процессора, установленного на модуле или в одноплатном компьютере, влияет операционная система. И наоборот, если инженер ограничен в выборе операционной системы, это может повлиять на выбор используемого процессора.

Linux - наиболее универсальная операционная система. Она поддерживает как x86, так и ARM процессоры. Традиционно при применении ARM использовались Linux и построенная на ее основе Android. И только совсем недавно Microsoft портировала Windows для архитектуры ARM. Многие производители одноплатных компьютеров и процессорных модулей с процессорами ARM ограничиваются поддержкой Linux, что накладывает ограничения на используемую операционную систему. В рассматриваемом случае более универсальными оказываются x86 процессоры. Они поддерживаются и Linux, и Windows, а при необходимости использовать VxWorks или QNX чаша весов будет склоняться в сторону x86 процессоров, так как эти операционные системы поддерживают только некоторые ядра архитектуры ARM. В пользу Windows, даже при том, что она увеличивает стоимость системы, говорит огромный объем ПО, системы разработки и отладки, написанные под эту ОС, и профессиональная поддержка.

Факторы, влияющие на стоимость системы

Стоимость системы формируется сложным многообразием факторов. Например, можно предположить, что стоимость зависит от размера модуля или одноплатного компьютера, мотивируя это тем, что на меньшей печатной плате установлено меньше компонентов. Тем не менее в действительности меньший модуль может быть дороже, чем модуль большей площади. Технические характеристики, модель с одноядерным или четырехъядерным процессором и реализованные интерфейсы ввода/вывода являются теми условиями, которые будут определять общую стоимость платы.

Ресурсы, потраченные на разработку и отладку, стоимость используемого ПО и оборудования - все это, в свою очередь, скажется на стоимости решения. Рассмотрим модули COM Express Basic, Compact и Mini форм-факторов с одним и тем же установленным процессором. У модуля Mini меньше площадь печатной платы, но могут потребоваться те же функции, что в Basic и Compact модулях. Чтобы их эффективно реализовать, понадобятся дополнительные слои печатной платы, а это дорогостоящая и кропотливая инженерная работа, увеличивающая время разработки и, соответственно, стоимость производства.

Инженерные затраты обычно выстраиваются таким образом: наиболее дорогостоящими являются полностью сформированные, готовые к использованию одноплатные компьютеры PC/104 (из-за плотности монтажа на печатной плате), затем идут одноплатные компьютеры 3,5″ и Pico ITX, близко по стоимости к ним находятся модули стандарта COM Express. Модули SMARC и Qseven имеют меньше компонентов и, как правило, имеют более низкую функциональность, чем COM Express, что заметно уменьшает их стоимость.

Для оценки полной стоимости системы нельзя оставлять без внимания ресурсы, потраченные на разработку, отладку и тестирование несущей платы для решения на процессорных модулях. Данное решение (несущая плата + процессорный модуль) начинает выигрывать по стоимости после превышения определенного количества изделий, когда стоимость разработки и отладки несущей платы начинает компенсироваться более дешевым производством несущей платы из-за более простой структуры и меньшим количеством реализованных интерфейсов по сравнению с одноплатным компьютером.

Нельзя забывать и о рабочем температурном диапазоне модулей и одноплатных компьютеров. Использование компонентов с так называемым индустриальным температурным диапазоном –40…+85 °С и последующие температурные тесты могут увеличить стоимость в 1,5 раза по сравнению с коммерческими моделями 0…+70 °С. Поэтому нельзя пренебрегать возможностью смягчить требования к рабочему температурному диапазону даже на 10…20 °С: так, рабочий температурный диапазон –20…+75 °С значительно снизит стоимость решения по сравнению с –40…+85 °С. Также стоит обратить внимание, что минусовой диапазон –40…–20 °С больше влияет на стоимость, чем плюсовой диапазон +60…+85 °С.

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.

Идея сделать маленький компьютер лежит в умах инженеров уже много лет. Одним из самых популярных типов микрокомпьютеров является смартфон - симбиоз компьютера с его операционной системой и функционалом и сотового телефона. Распространение смартфонов на базе процессоров с архитектурой ARM, как производителей процессоров делать миниатюрные, но мощные вычислительные системы, так и конструкторов электроники развиваться в направлении одноплатных систем.

System-on-a-Chip (SoC) - англоязычное название этого типа компьютеров. Имеет два самых известных направлениях:

Одноплатные компьютеры на Windows, с процессорами типа Intel Atom. Чаще всего это планшеты, или более крупные. Если вести речь об интересных проектах, то LattePanda.

Одноплатные компьютеры на процессорах с ARM архитектурой. Ярким представителем подобных устройств являются приставки к телевизору «Android TV Box», планшеты с ОС Android и подобными, Одноплатные ПК подобные Raspberry Pi.

Семейство Raspberry - благодаря им мы узнали о компьютере размером с кредитку

Первую плату Raspberry pi анонсировали в 2011 году, а запустили в производство в 2012. Обычно платы линейки Raspberry выходят в различных версиях, отличаются маркировкой типа «Model A», «Model B» и подобные, отличия заключаются в периферии и мощности, но об этом позже. Первая плата была довольно слабой по своим мощностям, а именно (через дробь будут перечислены отличия модели А/В):

Процессор Broadcom BCM2835, с тактовой частотой всего лишь 700 мГц;

256/512 Мб ОЗУ;

1/2 USB разъёма;

Слот для SD-карты памяти;

«гребенка» GPIO для подключения периферии и создания своих проектов автоматизации;

У Model B есть Ethernet разъём;

3,5 мм Аудио, RCA, HDMI CSI, DSI.

Несмотря на слабые технические характеристики сообщество любителей электроники и компьютеров тепло встретила такую концепцию «одноплатника», платы были проданы достаточно большим тиражом, и разработчики решили не останавливаться на достигнутом выпуская новые модели.

Актуальные версии Raspberry в 2017 году

В 2017 году самые распространенные платы это Raspberry Pi 3 model B и Raspberry Pi Zero. Давайте ознакомимся с их характеристиками, начнем с 3-его поколения «малинки»:

4-х ядерный процессор с тактовой частотой в 1,2 ГГц (Broadcom BCM2837);

4 разъёма USB, 1 micro-USB OTG;

HDMI, Audio Jack;

Ethernet 10/100;

Плата Pi Zero очень миниатюрна, её размер вдвое меньше своих «полноценных» собратьев, характеристики соответственно тоже:

Broadcom BCM2835, как на первой плате, но работает на 1 ГГц;

512 Мб ОЗУ;

Слот для Micro-SD-карты памяти;

Wi-Fi (только у модели zero W);

Для того чтобы «малинка» заработала вы должны приобрести дополнительно блок питания 5 В и 2 А, карту памяти micro-SD не менее 4 Гб 10 класса (от этого будет зависеть быстродействие системы в целом). Встроенной памяти на плате нет, поэтому операционная система устанавливается на карту памяти, стоит отметить, что первые версии использовали SD-карту, а новые платы - micro-SD.

Операционная система и программное обеспечение

Малинка использует процессор ARM, поэтому придётся ограничится линукс системами, из ОС от Microsoft, доступна лишь Windows 10 IoT. Пожалуй, из всех одноплатных компьютеров именно для raspberry адаптировано больше всего операционных систем, тем не менее официально поддерживаются следующие:

Raspbian OS, как видно из названия это «родная» система от производителя, как и то, что она основана на Debian;

Fedora для «малины» называется «Pidora»;

Kodi - медиацентр;

OSMC - еще один медиацентр;

Если говорить о «самоделках» и не сертифицированных ОС, то здесь целое раздолье: различные варианты Ubuntu, Puppy linux, GENTOO, Android, Arch и многие другие. Программное обеспечение для линукс доступно на тех-же репозиториях, что и на ПК версиях, собственно логично.

Для чего нужны GPIO, CSI, DSI разъёмы?

На самом деле GPIO это чуть ли не одна из самых важных изюминок подобных одноплатных компьютеров. Сперва нужно посмотреть на его распиновку (для увеличения нажмите на каринку).

Первое что бросается в глаза - это наличие питающих выводов - 5 В 500 (300 у model B) мА и 3,3 В 50 мА, это значит, что вы сможете питать свои проекты напрямую от Raspberry, если они не потребляют больших токов. Следующим фактом нужно принять то, что на выходе любого из выходов логическая единица равняется не 5 В, а 3,3, нагружать же их можно до 16 мА. Никакой защиты от перегрузки не предусмотрено, поэтому будьте осторожны.

Вы можете использовать эти выводы для подключения датчиков и исполнительных механизмов, это пригодится . Одним из распространённых проектов является - метеостанция.

Вам доступны различные интерфейсы для связи:

Три ШИМ-выхода, позволят регулировать мощность или другие параметры подключаемых устройств. Также этот разъём служит для подключения готовых модулей, например, модуль «Sense», со светодиодной матрицей 8х8 и набором датчиков для мониторинга окружающей среды.

DSI разъём служит для подключения специальных дисплеев для Raspberry, которых в продаже имеется великое множество, как по размеру, так и по наличию сенсорной панели. Расшифровывает как Последовательный Интерфейс Дисплея.

CSI - подобный разъём, но уже для подключения камеры, носит и аналогичное название - Последовательный интерфейс камеры.

Семейство Orange pi

После успеха плат Raspberry Pi, другие разработчики начали актино продвигать свои «Пи-подобные» проекты одноплатных компьютеров, среди них есть занимательное семейство Orange Pi, которое включает в себя множество различных вариантов и версий.

Основные различия между ними заключаются в объёме оперативной памяти, наличия встроенного Wi-Fi, а также EMMС памяти на плате. Интересна Orange своей ценой, если на 2017 год, цена на 3-ю «Малинку» - больше 2500 рублей, на «Апельсин» - от 1000.

Среди популярных и актуальных плат можно выделить следующие, в порядке возрастания цены:

Orange Pi PC Plus.

Давайте рассмотрим их характеристики в сравнительной таблице.

Таблица сравнения плат семейства Orange pi

Название	Orange Pi Zero	Orange Pi PC 2	Orange Pi PC Plus
Процессор		Allwinner H5 (Cortex-A53 1,6GHz)	Allwinner H3 (Cortex-A7 1,6GHz)
Количество ядер
Графика
Оперативная память	512 Мб/256 Мб	1 Гб	1 Гб
Хранение данных	micro-SD до 64 Гб		micro-SD и встроенная eMMC 8 Гб
Видео выходы
Сетевые возможности		Ethernet 10/100	Ethernet 10/100 Wi-Fi 2.4G 150 Мб/с
USB	1	3

Как вы могли убедиться, платы довольно похожи друг на друга, но некая эволюция всё же прослеживается, например, использование более нового процессора H5, или установка встроенной памяти на плату, что значительно ускоряет быстродействие. Если вы решите купить плату типа PC Plus с eMMC памятью - будет лучше если операционную систему вы установите на неё. Логика работы такая, что, если установлена флеш-карта с ОС - загрузка происходит с неё, а в противном случае, с eMMC.

Почему Orange дешевле, чем Raspberry

Отличия в цене обусловлены в первую очередь брендом, не стоит забывать, что «Малинки Пи» всё-таки основоположники этого направления в технике. В Orange применяемые процессоры дешевле, чем в Raspberry, к тому же они сильнее греются, а заявленные 1,6 ГГц, по факту это не реальная, а маркетинговая рабочая частота.

Рекомендуемая производителем процессора частота находится на уровне 1,2 ГГц. При стандартной рабочей частоте наблюдается повышенный нагрев, не спасает и рекомендуемая пассивная система охлаждения. Будьте внимательны и приобретите 5 Вольтовый кулер для Orange/Raspberry. В целом производительность двух семейств схожая.

В чем еще разница Raspberry vs Orange?

В отличии от Малинки на сайте Orange представлено гораздо больше поддерживаемых ОС, при этом список разбит по предназначению к конкретной модели Orange pi.

Для актуальной Pi PC 2 наблюдаются такие ОС:

Arch linux Server/Desktop;

Ubuntu Server/Desktop;

Debian Server/Desktop;

Android Orange OS;

Raspbian Server/Desktop.

Список операционных систем для других плат почти такой же, за мелкими исключениями.

Давайте рассмотрим для чего нужно такое обилие официальных операционных систем и сторонних проектов.

Использование одноплатных компьютеров в роли Smart TV или мультимедиа центра оправдано широкими возможностями и низкой ценой. Таким образом вы можете превратить ваш одноплатник в медиацентр для телевизора с помощью Kodi - это бесплатный кроссплатформенный плеер, для воспроизведения аудио, видео, фото и просмотра IP-TV. Для Orange он поставляется в комплекте с OpenELEC.

Другое актуальное применение - игровая консоль из Raspberry PI или Orange Pi. Для этого есть специальные ОС с огромным количеством эмуляторов:

И очень много других в т.ч. dos.

Проектов на самом деле два:

2. RetroPie (для Raspbery) и Retroorangepie (для апельсина соответственно).

Здесь не будет сравнения какой из них лучше, ведь у каждого всегда есть свои преимущества.

Вы можете использовать эти платы для серфинга в интернете, просмотра видео и работы в офисе, в базовой Raspbian, с офисным пакетом LibreOffice, есть предустановленный браузер Chromium, если вам понадобится софт от Windows, тот же Word прекрасно запускается из-под Wine. Получается, что Вам доступны все прелести Linux, с минимальными физическими размерами и энергопотреблением.

Раз уж мы заговорили об энергопотреблении и Linux, стоит упомянуть, об отличной возможности создать домашнее облако или web-сервер. Так вы получите тихую и энергоэффективную систему с неплохим быстродействием, что трудно достичь, используя классический системный блок с его кулерами.

Это пригодится в системах «Smart Home» и сервера для видеонаблюдения. Для видеонаблюдения, как модно говорить, «Из коробки» существует отличный проект «MotionEye». С его помощью вы можете осуществлять контроль и запись IP-камер через веб-интерфейс. Существует возможность установки его поверх Raspbian, так и в качестве самостоятельной ОС.

Выводы

Среди целого ряда различных одноплатных компьютеров выделены лишь два направления с наиболее развитым интернет сообществом. Поддержка энтузиастов и база знаний больше всего развита у Raspberry pi. Это не значит, менее известные платы будут хуже, просто вам будет труднее разобраться что к чему.

Их аналоги: Banana PI, C.H.I.P., ODROID, TinkerBoard - имеют достаточно интересные характеристики и цены, часто превосходящие «Малинку» и «Апельсинку». А одноплатный компьютер Latte-Panda и вовсе выполнен на процессоре Intel Atom 8300, и работает под управлением полноценной ОС Windows, что на момент написания статьи невозможно для ARM машин.

Однако стоимость сопоставима с таким форм-фактором компьютеров, как «Stick», пионером этого форм-фактора является компания Intel, а маркетологи его называли «Компьютер размером с флешку». К сожалению, они лишены полноценного GPIO и гибкости в плане конструктивных решений готового продукта.

Итак, у вас есть замысел проекта, но вы сомневаетесь, какую плату выбрать в качестве мозга устройства? Попробуем помочь вам определиться.

Если вы просто хотите освоить схемотехнику, программирование, Linux и конкретной цели кроме обучения пока нет, возможно лучшим выбором станет один из готовых обучающих наборов .

Но если вы уже освоились, и хотите сделать конкретный проект, этот гид поможет определиться с платформой для разработки и сделать взвешенный выбор.

Arduino или Raspberry Pi? Микроконтроллер или микрокомпьютер?

Все платы для разработки можно разбить на 2 большие категории:

Микроконтроллеры могут одновременно исполнять всего одну задачу и отлично с этим справляются. А одноплатные компьютеры исполняют программы в рамках операционной системы (чаще всего Linux), обладают большей производительностью и широкими мультимедийными возможностями.

Существуют также гибридные платформы, где на одной плате расположен и микроконтроллер и процессор. Идея в том, чтобы оставить мощному процессору сложные задачи: выход в сеть, обработку медиа, а на микроконтроллер возложить функцию точного управления приводами, реле, сенсорами и другой периферией. Вы можете создать гибрид и сами, если возьмёте по одной плате из каждого семейства. У всех них найдутся общие интерфейсы, через которые можно организовать их взаимодействие.

И в одном и в другом лагере можно найти специализированные платы, которые сильно выделяются среди прочих какой-нибудь особенностью, но сравнить возможности среднестатистических микроконтроллеров и компьютеров поможет таблица.

	Микроконтроллер	Одноплатный компьютер
Производительность	1 ядро, десятки-сотни МГц, десятки КБ оперативки, десятки-сотни КБ постоянной памяти.	1 или более ядер, сотни-тысячи МГц, сотни МБ оперативки, гигабайты постоянной памяти.
Многозадачность	Нет. Но можно эмулировать.	Да. Управляется ОС.
Удобство работы с интернетом	Обычно нужны дополнительные модули и глубокое знание протоколов.	Легко подключается из коробки, сетевой модуль обычно уже на борту.
Длительность работы от батареек	Потребляет единицы-десятки мА. Возможны недели работы от батареек.	Потребляет сотни-тысячи мА. Заряда большого аккумулятора хватит от силы на десяток часов.
Скорость реакции в проектах критичных к времени	100% контроль над временем и длительностью подачи сигналов.	Из-за многозадачности критический процесс может проспать своё время.
Выбор языков программирования	Ограниченный. Чаще C/C++.	Python, JavaScript, Bash и десяткии других: любые доступные в ОС.
Возможности для работы с видео, компьютерным зрением	Не хватит мощности.	OpenCV, аппаратные видеокодеки, HDMI-выход.
Возможности для работы со звуком	На мощных микроконтроллерах возможен синтез звука. Для работы с MP3/OGG/WAV нужны дополнительные модули.	Поддержка MP3/OGG/WAV на уровне ОС. Аудиовыход HDMI и/или разъём 3,5 мм.

Итак, в зависимости от своей задачи вы определились нужен ли вам микроконтроллер или компьютер. Как решить какая именно плата подойдёт лучше всего?

Так как нет большого смысла сравнивать лицом к лицу микроконтроллеры и микрокомпьютеры, далее мы отдельно приведём преимущества и недостатки конкретных плат в рамках своего семейства.

Сравнение микроконтроллеров

Если рассматривать микроконтроллерные платы в отрыве от задач вашего проекта, сложно в двух словах объективно описать преимущества и недостатки разных платформ. То, что в общем является недостатком, в вашем устройстве может не играть роли и наоборот.

Мы попытались сравнить платы, отталкиваясь от возможностей флагманской DIY-платформы Arduino Uno, так как платы именно этого семейства дали невероятный пинок развитию хобби-электроники во всём мире. Разные компании выпускают модули, сенсоры, платформы, дополнения с шильдами «Arduino compatible», «Designed for Arduino» и т.д. За этими словами стоит электронная и программная совместимость в первую очередь с Arduino Uno, а уж затем со всем остальным.

Как правило, с помощью ухищрений или дополнительных компонентов можно подключить что угодно, к чему угодно. Но ведь вам хочется сосредоточиться на своём проекте, а не на борьбе с электроникой? Поэтому волей не волей хочется сравнить любую плату на микроконтроллере именно с Arduino Uno. Так и сделаем.

Arduino Uno Процессор на 16 МГц, 32 КБ постоянной и 2 КБ оперативной памяти, 20 портов ввода-вывода, 6 аналоговых входов, 6 каналов ШИМ, 2 аппаратных прерывания, может, и не впечатляют, но без балласта в виде операционной системы и интерпретаторов, они позволяют решать практически любые задачи по точному дирижированию множеством сенсоров и исполнительных устройств. Тонны документации, уроков и готовых библиотек, огромное сообщество, работа из простой в освоении среды Arduino IDE с языком Arduino C++. Всё это просто не даст вам возможности сказать «не осилил». Родное напряжение в 5 вольт, которое является де-факто стандартом и колодки для установки плат расширения , аналоговые входы, всевозможные аппаратные интерфейсы позволяют подключить практически любую периферию, сенсоры и исполнительные устройства. Arduino Leonardo Та же Arduino Uno, но с другим микроконтроллером, который находится в том же классе, но имеет некоторые отличия положительного характера. Большее количество аналоговых входов (12 против 6) для сенсоров, больше каналов ШИМ (7 против 6), больше пинов с аппаратным прерыванием (5 против 2), раздельные независимые serial-интерфейсы для USB и UART. Arduino Leonardo может притворяться клавиатурой или мышью (HID-устройством) для компьютера. Это позволяет легко сделать своё собственное устройство ввода. Из-за распиновки чуть отличной от Arduino Uno возможна несовместимость с некоторыми платами расширения. Такие случаи, однако, редки, и в нашем магазине мы явно их прописываем. Iskra Neo Та же Arduino Leonardo, но произведённая нами, в России. Заметно дешевле оригинала. Arduino Mini Та же Arduino Uno, но в другом форм-факторе. Компактная. Всего 30×18 мм. Из-за форм-фактора нельзя без ухищрений устанавливать платы расширения Arduino. Предполагается соединение с дополнительными модулями проводами и/или через макетную плату . На плате нет USB-порта, поэтому прошивать нужно через отдельный USB-Serial адаптер . Iskra Mini Та же Arduino Mini, но произведённая нами, в России. Заметно дешевле оригинала. Есть в варианте с распаянными колодками и с незапаянными отверстиями. Arduino Micro Та же Arduino Leonardo, но в другом форм-факторе. Компактная. Всего 48×18 мм. Из-за форм-фактора нельзя без ухищрений устанавливать платы расширения Arduino. Предполагается соединение с дополнительными модулями проводами и/или через макетную плату . Arduino Mega Как Arduino Uno, но на базе более мощного микроконтроллера той же архитектуры. Отличный выбор «на вырост» или если Arduino Uno перестала справляться. В разы больше памяти: 256 КБ постоянной и 8 КБ оперативной. В разы больше портов: 60 из них 16 аналоговых и 15 с ШИМ. Немного длиннее базовой Arduino Uno: 101×53 мм против 69×53 мм. Arduino Due Одна из самых производительных плат от Arduino на микроконтроллере Cortex-M3 по форм-фактору аналогичная Arduino Mega. Процессор на 84 МГц и 512 КБ памяти. 66 пинов ввода-вывода, из которых 12 могут быть аналоговыми входами, 12 поддерживают ШИМ и все 66 могут быть настроены, как аппаратные прерывания. Встроенный контроллер шины CAN позволяет создавать сеть из Due или взаимодействовать с автомобильной электроникой. Два канала ЦАП позволяют синтезировать стереозвук с разрешением в 4,88 Гц. Родным напряжением для платы является 3,3 В, а не традиционные 5 В. Необходимо следить, чтобы выбираемая периферия поддерживала работу с этим уровнем или ставить преобразователи уровней напряжения. Iskra JS Плата на ядре Espruino: её программируют на JavaScript. JavaScript — язык высокого уровня. Программы писать проще, они компактнее и выразительнее. Особенно если речь идёт о многочисленных строковых операциях, массивах данных, веб-интерфейсе. Мощный микроконтроллер Cortex M4 на 168 МГц, 1 МБ флеш, 192 КБ оперативной памяти, десятки портов с ШИМ и аналоговых входов, 2 аналоговых выхода, по нескольку I²C, SPI, UART — всё это даёт подключить и одновременно работать с самыми разнообразными сенсорами и модулями. Несмотря на то, что родной уровень для платы — 3,3 вольта, пины толерантны к 5 вольтам: подключение пятивольтовой периферии тривиально. Из-за другой среды и экосистемы для программирования, может не существовать готовой библиотеки для выбранной периферии. Её придётся реализовать самостоятельно. Strela Робототехническая платформа «всё в одном» содержит в себе большинство тех вещей, которые нужны при создании любого лёгкого мобильного робота. Strela, как и любая другая Arduino, программируется из Arduino IDE, а в основе содержит тот же микроконтроллер, что и Arduino Leonardo. Встроенный драйвер для двух двигателей, 4 разъёма для сервоприводов, 4 кнопки и 4 светодиода свободного назначения, зуммер, слоты для ЖК-экрана и модуля беспроводной связи. Мощный регулятор питания позволяет без ухищрений использовать множество различных аккумуляторов. 11 входов-выходов выведены в виде 3-контактных разъёмов для лёгкого подключения дополнительных датчиков и модулей. ЖК-экран, кнопки и светодиоды подключены через расширитель портов, поэтому они не занимают входы-выходы общего назначения. На плате не предусмотрены колодки для установки плат расширения Arduino. Из-за изменённой нумерации контактов (в сравнении с базовой Arduino Leonardo), необходимо использовать немного другие функции для работы с пинами платы. Они предоставлены в одноимённой библиотеке. Arduino Yún Уникальный гибрид Arduino Leonardo и микрокомпьютера на OpenWRT Linux. Отличный выбор для «интернета вещей». Плата оснащена Ethernet и WiFi, через которые можно общаться с устройством и даже перепрошивать платформу удалённо. Мощь Linux позволяет работать с мультимедиа, а его сетевые возможности легко интегрироваться с социальными сетями и другими веб-сервисами. OpenWRT — это порезанный Linux. На микрокомпьютере можно установить не любой Linux-софт. А в качестве скриптовых языков программирования из коробки можно использовать только Bash и Python. STM32 Nucleo F401RE Плата с мощным микроконтроллером Cortex-M4. Платформа программируется не через Arduino IDE, а через онлайн-среду mbed.org. Субъективно, она мощнее и стройнее Arduino IDE, хотя и не так распространена. Для пытливого ума — отличный выбор. Процессор на 84 МГц, 512 КБ постоянной и 96 КБ оперативной памяти. 50 портов ввода-вывода, из которых 16 аналоговых и 29 с ШИМ. Родной уровень напряжения — 3,3 В, но все пины толерантны к 5 В, поэтому проблем электронной совместимости с Arduino-периферией возникнуть не должно. Колодки для плат расширения по конфигурации совпадают с Arduino Uno, поэтому на Nucleo можно поставить множество плат расширения от Arduino. На плате не выведен отдельный SPI-разъём. Платы расширения Arduino, которые используют SPI через ICSP-разъём без ухищрений не будут работать. Из-за другой среды и экосистемы для программирования, может не существовать готовой библиотеки для выбранной периферии. Её придётся реализовать самостоятельно. Teensy 3.2 Компактная плата с мощным микроконтроллером Cortex-M4. Программируется из привычной Arduino IDE. Меньше Arduino Micro (35×17 мм), но почти столь же мощная, как Nucleo: процессор 72 МГц, 256 КБ постоянной и 64 КБ оперативной памяти, 34 порта ввода-вывода, из которых 21 могут быть аналоговыми, а 12 поддерживают ШИМ. Teensy 3.1 очень энергоэффективна. У неё нет регулятора напряжения, но входным может являться любое от 3,3 до 5,5 В. Это же напряжение и будет логическим уровнем. В режиме сна плата потребляет всего 0,25 мА, что даёт возможность работать от аккумулятора несколько месяцев. Встроенный контроллер шины CAN позволяет создавать сеть из Due или взаимодействовать с автомобильной электроникой. Два канала ЦАП позволяют синтезировать стереозвук с разрешением в 4,88 Гц. Плата поставляется с нераспаянными контактами. Вам предстоит самостоятельно впаять штырьковые соединители или проводки. Из-за большой разницы в архитектуре с классическим Arduino не все библиотеки для сторонней периферии могут работать из коробки. Рабочее напряжение равно входному, а поэтому плывёт по мере разряда батарейки. Это может оказаться важным при выборе периферии, если она рассчитана на какой-то конкретный вольтаж. Netduino 2 Плата повторяет форм-фактором Arduino Uno, но имеет мощную начинку, достаточную для исполнения программ, написанных на платформе.NET. Netduino программируется на C# или любом другом.NET-языке в привычной любому.NET-разработчику среде Visual Studio. В качестве стандартной библиотеки предоставляется.NET Micro Framework. В Visual Studio работает автодополнение, подсказки, контекстная помощь в MSDN и полноценный отладчик. Вам доступны breakpoint’ы, пошаговое исполнение кода, наблюдение за переменными. Отладка происходит без ухищрений, просто с подключённым USB-кабелем. Благодаря всему этому, скорость разработки под Netduino в разы превосходит скорость разработки под любую другую платформу. На плате не выведен отдельный SPI-разъём. Платы расширения Arduino, которые используют SPI через ICSP-разъём без ухищрений не будут работать. Из-за другой среды и экосистемы для программирования, может не существовать готовой библиотеки для выбранной периферии. Её придётся реализовать самостоятельно. Netduino Plus 2 Как Netduino, только мощнее и с Ethernet на борту. Отличный выбор для реализации проектов интернета вещей. Те же, что и у Netduino 2.

Сравнение одноплатных компьютеров

Законодателем моды среди одноплатных компьютеров является Raspberry Pi. Эта сверхпопулярная платформа в своё время перевернула представление о возможностях, габаритах и стоимости полноценного компьютера для DIY-электронщиков.

Опять же, для каждого проекта может лучше подойти тот или иной одноплатный компьютер, но в силу популярности Raspberry Pi, будем сравнивать другие платформы именно с ней.

Raspberry Pi 3 Model B Один из самых популярных одноплатников. Четыре ядра по 1200 МГц, 1 ГБ оперативной памяти и полноценный Linux, основанный на Debian помогут решить множество задач, требовательных к вычислительным ресурсам. Среди них можно выделить компьютерное зрение, обработку звука в реальном времени, создание веб-сервисов. Тонны документации, уроков и готовых библиотек, огромное сообщество. Всё это просто не даст вам возможности сказать «не осилил». Привычные порты HDMI, 3,5 мм аудио, 4 USB помогут с лёгкостью подключить монитор, колонки, клавиатуру, мышь и другие USB-устройства. Модули BLE и WiFi на борту помогут соединить компьютер с другими устройствами без проводов. На плате нет АЦП, поэтому подключение аналоговых сенсоров возможно только с помощью внешних, дополнительных компонентов. Предоставляется лишь 1 аппаратный ШИМ-канал, что усложняет работу с периферией, которая управляется ШИМ’ом. BeagleBone Black Микрокомпьютер схожий с Raspberry Pi, который даёт больше благ, привычных для микроконтроллерных плат. Отличный выбор для проектов интернета вещей, когда необходимо управляться с множеством сенсоров и исполнительных устройств. Мощная среда для разработки Cloud9 IDE. Вы просто заходите на BeagleBone через браузер и программируете на любимом языке будь то Python, JavaScript (Node.js), Bash или любой другой язык Linux. Результат можно проверить мгновенно, а если что-то не заработало, использовать встроенный в среду полноценный отладчик. На борту уже установлена флеш-память eMMC на 4 ГБ с операционной системой Linux. Память может быть увеличена внешней microSD-картой. Широкие возможности по подключению периферии. 8 ШИМ-выходов и 7 аналоговых входов. Возможны аппаратные прерывания. Диковинный разъём microHDMI для подключения монитора. Для передачи звука используется он же. Вычислительная мощность скромнее, чем у Raspberry Pi: 1 ядро на 400 МГц и 512 МБ оперативной памяти.

На сайте LinuxGizmos.com. В отчёт включены краткие описания 98 плат стоимостью до 200 долларов. В отчёте такие платы называют «хакерскими», чтобы подчеркнуть их пригодность для различного творчества.
Так как объем информации весьма велик, я разбил перевод на несколько частей.

Также хочу предупредить, что под катом очень много картинок!

Итак, часть 1.

В течение последнего года, LinuxGizmos сообщал о дюжинах новых одноплатных компьютерах с открытыми спецификациями, дружественных к разработчикам и «хакерам», на которых можно запустить Linux и Android. Мы добавили их в наш каталог вместе со старыми платами. Платы, попавшие в наш обзор, стоят меньше 200 долларов без учёта пересылки, доступны для доставки в июле этого года, и удовлетворяют нашим (весьма гибким) критериям открытости.

Каталог составлен в сотрудничестве с сайтом Linux.com сообщества Linux Foundation.

В дополнение к 98 обзорам, мы составили детальную таблицу для сравнения основных параметров всех 98 плат.

Сводная таблица всех плат в обзоре. Для просмотра откройте изображение в новой вкладке.

Этот список расширяет наш январский каталог 90 одноплатных компьютеров. В июне 2016 года каталог включал 81 плату, в мае 2015 - 53 платы.

Критерии отбора

Определение критерия выбора одноплатных компьютеров с открытыми спецификациями - непростая задача. Ни один из одноплатников не имеет полностью открытых исходников, особенно это касается GPU и иногда скудно документированных CPU, однако архитектура RISC-V может изменить ситуацию в ближайшем будущем. Некоторые платы из нашего списка имеют полностью open-source лицензию на аппаратное обеспечение. И наконец, проект должен предоставлять подробные спецификации и схемы как минимум портов ввода-вывода, для подсоединения дополнительных плат расширения. Проекты также должны как минимум иметь техническую поддержку и сообщество для индивидуальных разработчиков, то есть форумы, руководства и другие ресурсы для публикации решений и проектов на данном одноплатнике.

Для большинства покупателей важно, чтобы были доступны для скачивания дистрибутивы Linux или Android с поддержкой ресурсов платы. Для новых плат мы допускаем некоторую отсрочку в данном вопросе.

Обзор, приведённый ниже, включает краткое описание и спецификации каждой платы, со ссылками на страницы соответствующего производителя.

Приведённые цены являются самыми низкими на момент публикации, но цена многих плат может изменяться. Цены не включают в себя пересылку, или включают бесплатную пересылку только в определённые регионы. Иногда цена пересылки может быть существенной, превращая, например, 35-долларовую плату в 50-долларовую. Так как LinuxGizmos имеет международную аудиторию, мы не включаем пересылку в цену.

Мы рады комментариям пользователей, особенно касающихся поддержки и программного обеспечения. Пожалуйста, принимайте участие в дискуссии после поста. Не забывайте проголосовать за свою любимую «хакерскую» плату.

Обзор перечисляет платы в алфавитном порядке, и основан на спецификациях и самых низких доступных ценах за последнюю неделю мая 2017 года, платы доступны к поставке в июле 2017 года.

86Duino Zero

Компания/проект - DM&P, 86Duino.com
обзор от LinuxGizmos
Страница продукта
CPU - DM&P Vortex86EX (1x x86 @ 300MHz)
Память - 128MB RAM
Цена - $39

Плата 86Duino на процессоре DM&P является одним из самых маленьких x86-одноплатников, сравнимыми с размерами 102 x 53mm для модели One. Плата совместима с Arduino по разъёмам расширения, имеет низкое потребление энергии, и модульный дизайн. Включает в себя разъёмы Fast Ethernet, USB 2.0, и microSD, 17 цифровых портов ввода-вывода и 6 аналоговых входов. Модель One за $69 имеет также HD audio и большее количество портов. Также есть версия мини-ПК EduCake и версия модели One SeeedStudio. В настоящее время проект не развивается, активность на форуме низкая.

A20-OlinuXino-Lime2

Память - 1GB DDR3 RAM; optional 4GB eMMC version
Цена - $50 (45 евро); $61 (55 евро) за версию 4GB

OlinuXino - проект болгарской компании Olimex, один из старейших проектов «хакерских» плат, однако компания в последнее время сосредоточена на open-source, но не Linux-совместимой платформе ESP32. Большая активность на форуме oLinuXino касается плат на Linux, и ранее в этом году стартовал open-source проект набора Linux-ноутбука Teres-A64 на основе процессора Allwinner A64 за 225 евро. Несмотря на это, старая плата A20-OlinuXino-Lime2 по-прежнему интересна, имеет порт Gigabit Ethernet (GbE, or 10/100/1000Mbps), слот microSD, порт HDMI, интерфейс LCD, 3x порта USB, поддержка батареи, и 160 портов GPIO. Плата имеет размер 84 x 60mm, операционные системы Android 4.2.2 или Debian Jessie с ядром Linux 3.4.1. В этом году, Lime2 перешла на ту же ревизию платы, что и Lime2-4GB/eMMC, имеющую RTL8211E Ethernet PHY, соединённые с землёй платы монтажные отверстия, прямолинейный контур без вырезов.

A20-OlinuXino-Micro

Компания/проект - Olimex, OlinuXino, Mouser
обзор от LinuxGizmos
Страница продукта
CPU - Allwinner A20 (2x Cortex-A7 @ 1GHz); Mali-400 GPU
Память - 1GB DDR3 RAM; optional 4GB NAND
Цена - $61 (55 евро); $72 (65 евро) за версию 4GB

A20-OlinuXino-Micro имеет все те же порты, что и первая модель Lime и плюс к ним VGA, LCD с поддержкой сенсора, и ввод-вывод аудио. Плата большего размера, 142 x 83mm имеет разъёмы для подключения модулей расширения. Есть версия с 4GB NAND.

A33-OlinuXino

Компания/проект - Olimex, OlinuXino, Mouser

CPU - Allwinner A33 (4x Cortex-A7 @ 1.2GHz); Mali-400 GPU
Память - 1GB DDR3 RAM; есть версия 4GB NAND
Цена - $40 (36 евро) или $49 (44 евро) за версию 4GB

Плата A33-OlinuXino имеет самый быстрый четырёхядерный SoC Allwinner A33, по сравнению с более ранними платами OlinuXino, но более скромный набор всего остального. Из портов остались только mini-USB OTG, аудио с кодеком 100dB, и разъем питания 5V. Два места под разъёмы 40-pin GPIO (не запаяны), и интерфейсы 1280 x 800 LCD и для камеры dual MIPI-CSI (5- и 8-мегапикселей). Также есть отладочный разъём, зарядник LiPo, и повышающий преобразователь напряжения. Размер платы 71 x 66mm, меньше, чем у плат Lime на A20 и Lime2. Можно скачать образы Android 4.4 и Debian Jesse на ядре Linux 3.4.39.

Arduino Industrial 101

Компания/проект - Arduino
Страница продукта

Память - 64MB DDR2 RAM; 16MB SPI flash
Цена - $38.50

Войны Ардуино закончились, но мы не увидели много новых Ардуино-плат, кроме не-Linux, Sigfox-совместипой MKRFOX1200. Два сайта так ии не объединились, и каждый предлагает немного разные решения. Linux-совместимая, расширяемая плата Arduino Industrial 101 доступна на Arduino.org, а со страницы Arduino.ccесть только ссылка. Плата включает в себя Linux/WiFi от Arduino Yun и COM, интегрированный в Arduino-совместимую базовую плату. Плата включает запаянный модуль Chiwawa LGA, работающий под Linino (версия OpenWrt) на WiFi SoC AR9331, а также 64MB DDR2 RAM и 16MB SPI flash. На базовой плате установлен 16MHz ATmega32u4 MPU с 2.5KB SRAM и 32KB flash. Также есть USB OTG порт и 20 дискретных портов, включая UART-ы, 7 PWM, Ethernet, и 12 аналоговых входов.

Arduino Yun / Yun PoE

Компания/проект - Arduino
Страница продукта
CPU - Qualcomm Atheros AR9331 (1x MIPS24k @ up to 400MHz)
Память - 64MB DDR2 RAM
Цена - $68.20 (Yun) или (Yun PoE) $78.10

оригинальный Arduino Yun iпо-прежнему доступен на Arduino.org, и новая версия Arduino Yun PoE продаётся на Arduino.cc. Более маленький Arduino Yun Mini числится на обоих сайтах, но отсутствует в наличии, без обещаний когда-либо появиться. За дополнительные $10 по сравнению с Yun, Arduino Yun PoE добавляет Power-over-Ethernet к оригинальному Yunчто позволяет вам запитывать плату через порт 10/100 Ethernet, с помощью дополнительного модуля, идущего в комплекте. Обе версии работают под OpenWrt Linino на WiFi SoC Qualcomm’s 400MHz AR9331 и исполняют код Arduino на Atmel Atmega32U4. Работающие под Linux компоненты включают в себя 2.4GHz WiFi-n радиомодуль, порт USB 2.0 host, и слот microSD. Управляемые через Arduino интерфейсы на 5V плате включают в себя 20 портов дискретного ввода-вывода, 7 выходов PWM, и 12 аналоговых портов ввода-вывода. В качестве альтернативы, если у вас уже есть ардуино, вы можете заказать шилд Arduino Yun Shield, работающий под OpenWrt, за $49, и добавить возможности Yun к любой плате Arduino.

Arduino Tian

Компания/проект - Arduino
обзор от LinuxGizmos
Страница продукта
CPU - Qualcomm Atheros AR9432 (1x MIPS24k @ up to 560MHz); Atmel SAMD21G18 Cortex M0+ MCU (48MHz)
Память - 64MB DDR2 RAM; 4GB eMMC; 256KB flash и 32KB RAM для SAMD21G18
Цена - $95.70

По сравнению с Arduino Yun и Yun Mini PoE, плата Arduino Tian имеет размеры 68.5 x 53mm, работает под Linino на более быстром процессоре Atheros AR9432, и использует более мощный 32-bit микроконтроллер Atmel SAMD21G18. В дополнение к WiFi, плата Tian имеет чип Qualcomm CSR8510 с поддержкой Bluetooth EDR/BLE 4.0a. Также вы получаете порт USB 2.0 host, порт GbE, и 4GB eMMC. На стороне Ардуино есть 6 аналоговых портов и 12 выходов PWM.

Banana Pi BPI-M2

Компания/проект - SinoVoip
обзор от LinuxGizmos
Страница продукта
CPU - Allwinner A31 (4x Cortex-A7 @ 1.0GHz); PowerVR SGX544MP2 GPU
Память - 1GB DDR3 RAM
Цена - $40

Плата Banana Pi M2 от SinoVoip, продающаяся за $40 на Amazon, очень напоминает RPi Model B+, и оснащена 40-pin разъёмом. M2 имеет GbE, WiFi, пять USB портов, и интерфейсы дисплея и камеры. Мы убрали меньшую плату Banana Pi M2+ на Allwinner H3, с интерфейсом SATA из нашего списка, так как её больше нет в продаже. Мы смогли найти её только на AliExpress в урезанной версии EDU за $22, без беспроводных интерфейсов и флэш-памяти, и за цену от $27 до $35 у различных OEM-продавцов.

Banana Pi BPI-M2 Ultra

Компания/проект - SinoVoip
обзор от LinuxGizmos
Страница продукта
CPU - Allwinner R40 (4x Cortex-A7); Mali-400 MP2 GPU

Цена - $40

Плата Banana Pi M2 Ultra продаётся за $40 на Amazon с доставкой, но в других местах она стоит $60. Она имеет те же размеры 92 x 60mm, что и M2, но оснащена более быстрым Allwinner R40, и имеет разъём SATA. Взамен пришлось пожертвовать одним из четырёх портов USB. Установлено 2GB RAM, что необычно для SoC Cortex-A7. Плата M2 Ultra также оснащена GbE, WiFi, Bluetooth, micro-USB OTG, разъёмом 40-pin для поддержки расширений Raspberry Pi, и интерфейсами дисплея и камеры.

Banana Pi BPI-M3

Компания/проект - SinoVoip
Страница продукта
CPU - Allwinner A83T (8x Cortex-A7 @ 1.8GHz); PowerVR SGX544MP1 GPU
Память - 2GB LPDDR3 RAM; 8GB to 64GB eMMC
Цена - $74

Плата Banana Pi M3 (BPI-M3) от SinoVoip, оснащённая восьмиядерным SoC Allwinner A83T, продаётся за $74 на AliExpress и на доллар дороже на Amazon, и имеет 2GB RAM и 8GB eMMC. Плата M3 имеет тот же размер (92 x 60mm), что и M2 Ultra, и такой же разъём RPi 40-pin. Как и M2 Ultra, плата M3 поддерживает GbE, WiFi, SATA, 3x USB, и возможности подключения камеры и дисплея. Поддержка со стороны ПО лучше, чем у других плат Banana Pi. Вы можете выбрать из Android 5.1, Debian 8, Ubuntu 16.04 Mate, Raspbian Jesse Mate, Kano, Kali, CentOS, Gentoo, OpenSUSE, Arch, CRUX, и Fedora.

Banana Pi BPI-M64

Компания/проект - SinoVoip
обзор от LinuxGizmos
Страница продукта
CPU - Allwinner A64 (4x Cortex-A53 @ 1.2GHz); Mali-400 MP2 GPU
Память - 2GB DDR3 RAM; 8GB to 64GB eMMC
Цена - $74

Первая 64-bit плата Banana Pi от SinoVoip продаётся за $74 на AliExpress, что дороже других плат на Allwinner A64 Pine A64, но она оснащена 2GB RAM и богатой периферией. Вы получаете HDMI с поддержкой 4K, MIPI-DSI, и MIPI-CSI, также беспроводные интерфейсы и GbE. Размер платы 92 x 60mm, 3 порта USB host, micro-USB OTG, и разъём RPi 40-pin.

Banana Pro

Компания/проект - LeMaker
обзор от LinuxGizmos
Страница продукта
CPU - Allwinner A20 (2x Cortex-A7 @ 1GHz); Mali-400 MP2 GPU
Память - 1GB DDR3 RAM
Цена - $48

По сравнению с платами Banana Pi M2 от SinoVoip, плата Banana Pro от бывшего партнёра SinoVoip, LeMaker имеет двухъядерный SoC A20. Плата Banana Pro имеет разъём SATA и RPi-совместимый 40-pin разъём. Также есть microSD, WiFi, 2 порта USB host, и micro-USB OTG. LeMaker также предлагает одноплатник LeMaker Guitar, и совместимую с 96Boards плату HiKey (см. ниже).

BeagleBone Black, Rev C

обзор от LinuxGizmos
Страница продукта

Память - 512MB RAM; 4GB eMMC
Цена - $48

Совместимая с Debian плата BeagleBone Black Rev C, занявшая третье место из 81 в обзоре 2016 года, доступна к покупке во многих местах, с самой низкой ценой $48 в MCM Electronics. Одноплатный компьютер для промышленных применений имеет много интерфейсов расширения и программируемые микроконтроллеры “PRU”, также хорошо развитое сообщество BeagleBoard.org и экосистему. В последние годы появились авторизованные BeagleBoard.org клоны. В добавок к двум моделям BeagleBone Green от SeeedStudio, есть также BeagleBone Black Wireless от Octavo, и собственная разработка BeagleBoard.org - BeagleBone Blue (см. ниже), а также новый BeagleBone Black Industrial 4G от Element14, идентичный BB Black, но покрытый лаком и имеющий температурный диапазон от -20 до 85°C. Плата BeagleBone Enhanced от SanCloud имеет богатые возможности, рассылалась бэкерам с Indiegogo, и, хотя дизайн платы открыт, она больше недоступна. С большой задержкой, двухядерная плата BeagleBoard-X15 на Cortex-A15, наконец доступна у разных продавцов, включая Mouser. Однако, она стоит $264, и превышает наш лимит $200.

BeagleBone Black Wireless

обзор от LinuxGizmos
Страница продукта
CPU - Octavo Systems OSD3358 SiP with TI Sitara AM3358 (1x Cortex-A8 @ 1GHz) with PRU MCUs; PowerVR SGX530 GPU
Память - 512MB RAM; 4GB eMMC
Цена - $68.75

При поддержке BeagleBoard.org, Octavo Systems сделала альтернативу Seeed’s BeagleBone Green Wireless (см. ниже), также добавив 2.4GHz 802.11a/b/g/n и Bluetooth 4.1 BLE к дизайну BeagleBone Black. В отличие от двух моделей BB Green от Seeed, плата BeagleBone Black Wireless сохранила порт micro-HDMI, как у BB Black, но потеряла порт Ethernet. В остальном она идентична BB Black, с двумя исключениями: она построена на основе модуля Octavo Systems OSD3358 SiP (system-in-package), который интегрирует функциональность BeagleBoneв один корпус BGA, что упрощает создание собственных разработок на его основе.

BeagleBone Blue

Компания/проект - BeagleBoard.org
обзор от LinuxGizmos
Страница продукта
CPU - Octavo Systems OSD3358 SiP with TI Sitara AM3358 (1x Cortex-A8 @ 1GHz) with PRU MCU chips and PowerVR SGX530 GPU
Память - 512MB RAM; 4GB eMMC
Цена - $80

Робототехническая коллаборация BeagleBoard.org с UCSD Coordinated Robotics Lab построила клон BeagleBone для задач управления движением и возможностью батарейного питания. Как и BeagleBone Black Wireless, плата BeagleBone Blue включает в себя TI WiLink 8 с WiFi и Bluetooth 4.1 LE, как и модуль Octavo Systems OSD3358 SiP, содержащий SoC Sitara AM3358, RAM, и флэш, а также PMIC и другую периферию. Порт Ethernet и интерфейс дисплея отсутствуют, но вы получаете порты micro-USB 2.0 host и client, 8 выходов для сервомоторов, 4 выхода для DC-моторов, 4 входа для quad-энкодеров. Также есть IMU, барометр, JTAG, GPS и радио DSM2. Диапазон питания 9-18V DC, разъём для LiPo-батареи, и обычный богатый перечень интерфейсов BB Black. Множество пользовательских кнопок и светодиодов также присутствуют на плате. Плата BeagleBone Blue по умолчанию работает под основанным на Debian стеком реального времени, также может работать под Ubuntu Core, и поддерживает ROS и ArduPilot.

BeagleBone Green

Компания/проект - BeagleBoard.org; Octavo Systems
обзор от LinuxGizmos
Страница продукта
CPU - TI Sitara AM3358 (1x Cortex-A8 @ 1GHz) with PRU MCU chips; PowerVR SGX530 GPU
Память - 512MB RAM; 4GB eMMC
Цена - $39

Плата от SeeedStudio, разработанная с разрешения BeagleBoard.org, предназначена для IoT, и является вариантом BeagleBone Black, продаётся за $39 у Banana Robotics. Плата BeagleBone Green потеряла порт micro-HDMI и разъем 5V. Однако, она имеет меньшую стоимость, и на ней установлены разъёмы для датчиков Seeed’s Grove. Также разъём mini-USB заменён на micro-USB. Seeed имеет собственный сайт для разработчиков в дополнение к поддержке большого сообщества BeagleBoard.

BeagleBone Green Wireless

Компания/проект - BeagleBoard.org; Octavo Systems
обзор от LinuxGizmos
Страница продукта
CPU - TI Sitara AM3358 (1x Cortex-A8 @ 1GHz) with PRU MCU chips; PowerVR SGX530 GPU
Память - 512MB RAM; 4GB eMMC
Цена - $49.90

Плата BeagleBone Green Wireless имеет те же базовые параметры, что и BB Green, с теми же добавлениями и потерями по сравнению с BB Black, включая дополнительные интерфейсы Grove. Модель Wireless содержит WiFi и Bluetooth, и три порта USB host, делая её лидером в плане USB среди всех существующих на сегодняшний день клонов BB Black. Модуль TI WiLink8 стал стандартным, обеспечивая беспроводные подключения по Bluetooth 4.1 LE и 2.4GHz 802.11a/b/g/n with 2×2 MIMO.

Bubblegum-96

Компания/проект - uCRobotics
обзор от LinuxGizmos
Страница продукта
CPU - Actions Semiconductor Actions S900 (4x Cortex-A53 @ 1.8GHz); PowerVR G6230 GPU
Память - 2GB LPDDR3 RAM; 8GB eMMC
Цена - $89

Основана на раннем прототипе ActDuino S900, плата uCRobotics Bubblegum-96 соответствует спецификациям Linaro’s 96Boards CE. Плата Bubblegum-96 не имеет чипа GPS, как у конкурента, 96Boards -совместимой платы DragonBoard 410c, но имеет более быстрый SoC и вдвое больше RAM - 2GB. Помимо 40- и 60-pin разъемов расширения 96Boards, плата Bubblegum-96 поддерживает порт HDMI, слот microSD, порт micro-USB, и двойной порт USB host, один из которых USB 3.0. Также есть WiFi and Bluetooth.

Chip Pro Dev Kit

Компания/проект - Next Thing Co.
LinuxGizmos coverage
Product page
CPU - Allwinner/Next Thing GR8 (1x Cortex-A8 @ 1GHz); Mali-400 GPU
Память - 256MB or 512MB DDR3 (SiP) RAM; 512MB NAND flash
Цена - $49

Одноплатник Chip за $9 сейчас не продаётся, но он скоро вернётся с новой GR8 SiP версией SoC Allwinner R8. Тем временем, вы можете купить «бутерброд» (sandwich style) Chip Pro Dev Kit с двумя GR8 Chip Pro компьютерами на модулях, с интегрированным 802.11b/g/n и Bluetooth 4.2 BLE. Один из этих Chip-подобных модулей запаян в плату, второй прилагается отдельно. Базовая плата имеет порт USB 2.0 host, порт micro-USB с поддержкой UART, аудиоразъём, и два микрофона. Также есть вход 6-23V DC и вход для батареи 3.7V LiPo, а также PWM, UART, и интерфейсы GPIO. Набор включает миниатюрную макетную плату, перемычки, разъёмы, и антенну WiFi. Доступна поддержка Linux: Buildroot и Debian. Next Thing также продаёт за $69 набор PocketChip на основе Chip с 4.3-дюймовым сенсорным экраном и клавиатурой.

CloudBit

Компания/проект - LittleBits Electronics
обзор от LinuxGizmos
Страница продукта
CPU - NXP i.MX233 (1x ARM9 @ 454MHz)
Память - 64MB RAM; 4GB microSD card
Цена - $60

Единственная плата на Linux из всех производимых LittleBits, ориентированных на Arduino. Эта плата является одним из самых маленьких одноплатников, размер 15 x 10mm. Плата CloudBit содержит WiFi, питается через micro-USB, и имеет два разъёма “BitSnap” для добавления модулей LittleBits, шесть из которых доступны в наборе за $90. Платформа работает под Arch Linux, соединяется с облачной платформой на Node.js и предназначена для разных IoT гаджетов, поддерживает скрипты IFTTT.

Creator Ci40

Компания/проект - Imagination Technologies
обзор от LinuxGizmos
Страница продукта
CPU - Imagination cXT200 (2x MIPS InterAptiv @ 550MHz)
Память - 256MB DDR3 RAM; 512MB flash
Цена - $85 (65 фунтов), или $169 (130 фунтов) для полного набора IoT

Компания Imagination Technologies пытается продать MIPS-бизнес, и плата Creator Ci40 может стать последней в линейке, начатой с Creator Ci20. Платы доступны в RS Electronics за 65 фунтов. Полный набор IoT Kit за 130 фунтов включает несколько беспроводных модулей MikroBus Clicker и дочернюю плату Click от MikroElektronika. В плате Ci40, по сравнению с Ci20’s процессор Ingenic XBurst заменен на Imagination cXT200 более медленный, более энергоэффективный чип MIPS InterAptiv без GPU. Другие изменения включают лучшую поддержку и интерфейсы расширения MikroBus и Raspberry Pi.

CubieAIO-A20

Страница продукта
CPU - Allwinner A20 (2x Cortex-A7 @ up to 1GHz); Mali-400 MP2 GPU
Память - 1GB DDR3 RAM; 8GB flash expandable to 32GB (eMMC) or 64GB (TSD)
Цена - $122

Мы убрали плату Cubieboard 3 из обзора, т. к. она старая, дорогая ($100), и в настоящее время не продаётся, и заменили её другой платой на Allwinner A20. Плата CubieAIO-A20 замечательна тем, что предлагает 6 портов USB 2.0 host и micro-USB OTG, два последовательных порта UART, и разъем DIN, с возможностью расширения до 6 последовательных портов через плату расширения. Такая составная (sandwich-style) плата включает модуль Einstein-A20 COM от CubieTech размером 75 x 50mm, который оснащён WiFi, Bluetooth 4.0, RTC, 200-pin разъемом расширения, и собственным портом micro-USB. Модуль COM одноплатник поддерживают те же дистрибутивы Linux и Android, что и Cubieboard 2 и 3. Как и COM, одноплатник CubieAIO-A20 имеет размер 172 x 106mm, продаётся за $122 на Amazon, и работает в диапазоне температур от -20 до 70°C. У него есть порт GbE, двойной слот mini-PCIe с поддержкой mSATA и модулей 3G или 4G. Также есть слот для SIM и антенны для стандартного модуля WiFi/BT. Также есть microSD, IR, HDMI, VGA, SPDIF 3.5mm аудио, и 54-pin разъём расширения. Плата CubieAIO-A20 также продаётся в корпусе (mini-PC version). Модель AIO стоит на $20 больше, имеет встроенный 7-дюймовый, 1024 x 600 дисплей с емкостным сенсором.

Cubieboard4

Компания/проект - Cubieboard.org, CubieTech Limited
обзор от LinuxGizmos
Страница продукта
CPU - Allwinner A80 (4x Cortex-A15 @ up to 2GHz, 4x Cortex-A7 @ up to 1.3GHz); PowerVR G6230 GPU
Память - 2GB DDR3 RAM; 8GB eMMC, expandable to 64GB
Цена - $120

Плата Cubieboard4 оснащена восьмиядерным Allwinner A80 SoC с 64-ядерным PowerVR G6230 GPU. Одноплатник размером 111 x 111mm имеет WiFi, Bluetooth, GbE, VGA, HDMI, USB 3.0, и 4 порта USB 2.0. Также есть 54-pin разъём расширения. Одноплатник имеет (опционально) два слота microSD, либо один microSD и флэш-память. Существует много корпусов и расширений для Cubieboards, образы для Debian, Linaro Ubuntu 14.04, и Android 4.4.

Cubieboard5 (CubieTruck-Plus)

Компания/проект - Cubieboard.org, CubieTech Limited
Страница продукта
CPU - Allwinner H8 (8x Cortex-A7 @ up to 2GHz); PowerVR SGX544 GPU @ up to 700MHz
Память - 2GB DDR3 RAM
banana pi
Добавить метки

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.

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 собраны сравнительные характеристики 44 таких компьютеров.