Что выбрать — одноплатный компьютер или процессорный модуль с ARM или х86 процессором? Лучшие одноплатные компьютеры на рынке.

Несколько часов назад на сайте Kickstarter завершился сбор средств на выпуск одноплатного компьютера UP Core, который его создатели называют самым маленьким одноплатным компьютером на четырехъядерном x86-совместимом процессоре.

Разработчикам удалось собрать более 50 000 евро, что в пять раз больше намеченной суммы. Минимальный взнос, дающий право на получение UP Core, был равен 69 евро.

В эту сумму оценен компьютер на , работающей на частоте до 1,84 ГГц. В ее состав входит графическое ядро Intel HD 400. Объем оперативной памяти DDR3L-1600 равен 2 ГБ, флэш-памяти eMMC - 16 ГБ. Также доступны варианты с 4 ГБ ОЗУ, 32 или 64 ГБ флэш-памяти.

Оснащение UP Core включает видеовыходы HDMI и eDP, интерфейс MIPI-CSI для подключения камер (2 и 4 линии), USB 3.0 и USB 2.0, Wi-Fi 802.11b/g/n и Bluetooth 4.0 LE. Все компоненты расположены на плате размерами 56,5 х 66 мм.

Предусмотрено расширение дочерними платами, для чего есть 100-контактный разъем. Одна из плат предназначена для высокоскоростных интерфейсов PCIe, Gigabit Ethernet и USB 3.0, а вторая - для RS-232/422/484, I2C, I2S и GPIO. Доступность спецификации разъема расширения позволит желающим создавать собственные платы.

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

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.

Отличаются от обычных компьютеров?

Пожалуй, только названием. В то время, как типичные компьютеры диверсифицируют, используя несколько компонентов, подключенных к центральной плате через кабеля, одноплатный компьютер имеет свой микропроцессор со встроенной памятью на одной печатной плате.

Одноплатные компьютеры бывают различных размеров и способны охватывать различные области применения: некоторые совместимы с ПК и имеют совместимость с идентичным типом оборудования, в то время как другие могут иметь узкую специализацию. Некоторые модели одноплатных компьютеров поставляются со встроенными микроконтроллерами. Целый ряд одноплатных компьютеров представляют возможность для расширения заводских установок и реконфигурации, в тоже время - некоторые модели не предлагают никаких вариантов для модификации. В целом, большинство производителей подразумевает стартовый базис, который может быть изменен и дополнен.

Как используются SBC?

Как упоминалось ранее, одноплатные компьютеры имеют ряд приложений. Первый выпуск аналогичных моделей состоялся в 2000 году, а в последнее время такие модели стали набирать темпы в области развития. Они служат в качестве основы для множества проектов с открытым кодом, благодаря своей компактности и дешевизне.

Одноплатные компьютеры используются в сфере образования для преподавания информатики. Ну конечно, большая часть пользователей – это опытные программисты, которые не стали довольствоваться заводскими конфигурациями, а предпочитают самостоятельно приобретать комплектующие для компьютеров и создавать прогрессивные системы.

Само собой разумеется, что ваш выбор SBC будет определяться областью применения. Тем не менее, есть несколько общих соображений, которые следует иметь в виду, если вы намерены приобрести такое устройство.

Мощность

Убедитесь, что характеристики SBC соответствуют вашим заявленным требованиям, а также следует обратить внимание на возможности куллера, которому предстоит защищать вашу систему от перегревов.

Память

Здесь главным критерием опять становятся ваши потребности. Первые устаревшие модели SBC поставлялись только с 512 Мб встроенной памяти, что казалось, совершенно разумным в то время. В наши дни, подобная система должна содержать, по крайней мере, 1 Гб оперативной памяти, а более продвинутые модели будут предлагать 32 ГБ.

Процессор

В настоящее время на рынке представлены три основных варианта: Intel, Power Architecture и ARM. Ваш выбор может руководствоваться требованиями памяти, предыдущим опытом работы с конкретным типом процессора и, конечно, требованиями.

Операционная Система

Типичные операционные системы, доступные на большинстве SBC, - Linux (самый популярный), INTEGRITY, Wind River VxWords, QNX, LynxOS и GreenHills. Большинство процессоров поддерживает Linux, меньшее число будут совместимы с VxWorks или другими инструментов проектирования, поэтому снизится возможность создания безопасных приложений.

Элемент I/O

SBC обеспечивает наличие необходимых элементы ввода/вывода, таких как Ethernet, USB, DIO и других. Если необходимые ввод/вывод не поддерживаются базовой SBC, вам следует узнать о дополнительной поддержки системы.

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.

Компания Khadas является партнёром Amlogic. Она проектирует платы с SoC от Amlogic (и не только) для других производителей, например, для некоторых производителей Android-боксов. Но у неё ещё есть собственные продукты. Серии одноплатных компьютеров: VIM и Edge. VIM на Amlogic, а новенькие Edge на Rockchip.

Khadas VIM2 Max для обзора предоставлен магазином Gearbest . В Gearbest можно купить не только сам одноплатный компьютер за , но и к нему.

Технические характеристики

Формально есть 4 модели VIM2: Max, Pro, Basic и Lite. Max, Pro, Basic отличаются объёмом ОЗУ и флеш-памяти. Модель Lite на S905D так и не появилась в продаже. У меня в обзоре версия Max.

Комплектация

Компьютер поставляется в маленькой картонной коробке.

Внутри только компьютер или кабель USB A <> USB Type-C в нейлоновой оплётке.

Внешний вид и аппаратное устройство

Корпус компьютера выполнен из пластика. Размер 96 x 70 x 23 мм.

Сверху заглушка 40-контактного разъёма GPIO.

Справа три кнопки: Power, Function, Reset.

Сзади: два порта USB A 2.0, USB Type-C (USB 2.0), порт HDMI, слот microSD, Ethernet. Питание осуществляется через порт USB Type-C любым подручным блоком питания с интерфейсом USB (с максимальной силой тока не менее 2 А).

Снизу железная пластина для устойчивости. Она же служит в роли ножек.

Необходимость в корпусе зависит от того, как вы планируете использовать компьютер. В любом случае вам придётся его разобрать, чтобы установить систему охлаждения. Откручиваете 4 винта винта и снимаете верхнюю крышку.

Откручиваете ещё 4 винта и вынимаете плату.

Плата очень миниатюрная - 82 x 57 мм.

На верхней стороне находятся: SoC Amlogic S912, два модуля DDR4 от Samsung, eMMC от Samsung (KLMCG8WEBC-B031), контроллер Gigabit Ethernet на базе Realtek RTL8211FDI, контроллер Wi-Fi и Bluetooth на базе Ampak AP6359SA, IPEX-коннекторы антенн, коннектор питания VIN (можно использовать вместо USB Type-C), коннектор для батарейки (для часов в выключенном состоянии), коннектор для вентилятора, коннектор FPC (для подключения сенсорных панелей и пр.), два светодиода, два ИК-приёмника, разъём GPIO (40 контактов). Антенны очень маленькие, выполнены на текстолите.

На нижней стороне: два модуля DDR4 от Samsung, программируемый контроллер STM8S003, Pogo-площадки GPIO (20 контактов), Pogo-площадки питания.

Контроллер STM8S003 отвечает за управление питанием, Wake-on-LAN и пр. Вся документация по плате, в том числе и схема платы, доступны на сайте Khadas в разделе Docs .

Контакты GPIO не совпадают с Raspberry Pi 3. На форуме было предложение готовых плат-переходников, если необходимости возникнет.

Охлаждение

Amlogic S912 - очень «горячая» SoC. Формально вы можете использовать VIM2 без дополнительного охлаждения, но температура SoC при нагрузках быстро поднимается до 80 °C и начинается троттлинг (такое ограничение прописано в DTB системы). Нормальной такую работу не назовёшь, так что система охлаждения для VIM2 является обязательной. Если вы хотите сохранить корпус (верхнюю крышку) и аккуратный внешний вид, то самый простой вариант - докупить и от Khadas.

Режим работы вентилятора настраивается как в Android, так и в Linux. Можно выбрать статические режимы или автоматический, зависящий от температуры SoC.

Если вы можете пренебречь верхней крышкой или корпусом целиком, то проще и дешевле установить любой подходящий радиатор. Для идеального пассивного охлаждения (чтобы S912 невозможно было увести в троттлинг ни при каких нагрузках) нужен радиатор, который способен хорошо рассеивать 10 Вт. Я использовал радиатор размером 40x40x30 мм через тонкую термоподложку. Такая система охлаждения справлялась идеально при любых нагрузках без троттлинга.

Аксессуары

Для VIM2 есть официальные аксессуары от Khadas и неофициальные, предлагаемые на форуме в виде готовых решений или схем. Перечислю основные официальные аксессуары.

Корпуса.

Радиатор и вентилятор. Я их уже упоминал.