Альтернативы Raspberry Pi
29 февраля 2012 наш мир немного изменился к лучшему. Raspberry Pi Foundation анонсировал начало продаж маленьких одноплатных компьютеров под маркой Raspberry Pi. В начале продаж купить устройство было непросто, но понемногу рынок насытился и с июля 2012 вы наконец могли просто пойти в магазин и купить или заказать через интернет первую «Малинку», Raspberry Pi Model B — одноплатный Linux-компьютер с 700 МГц процессором, 0.5 Гбайт ОЗУ, USB, Ethernet и 26 выводами GPIO, позволяющими подключать внешние платы, устройства ввода-вывода и исполнительные устройства. Устройство, построенное на базе относительно недорогой четырехслойной платы, с низкой себестоимостью, с ценой для конечного потребителя $35, сделанное настолько хорошо, что альфа-версия Raspberry Pi Model B стала победителем номинации «Hardware Design» на ARM TechCon 2011.
Компьютер развивался, семейство росло. В то время как основная ветка получала всё более мощные процессоры и современную начинку (так, в модели 3B+ стоит четырехъядерный 64-битный процессор с тактовой частотой 1.4 ГГц, 1 Гбайт ОЗУ, четырьмя USB-портами, Wi-Fi 802.11ac и Bluetooth 4.2), дополнительно было разработано семейство Raspberry Pi Zero с уменьшенной до 65 × 30 мм платой и ценой всего $5 ($10 за версию Raspberry Pi Zero W с Wi-Fi 802.11n).
Недавно Raspberry Pi Foundation представил новую версию своего мини компьютера — Raspberry Pi 4. В «четверке» анонсирован четырехъядерный 64-битный процессор Cortex-A72 с тактовой 1.5 ГГц в составе SoC Broadcom BCM2711, два USB 2.0 и два USB 3.0, Bluetooth 5.0, поддержка двух мониторов. GPU VideoCore VI способен обработать видеопоток 4K с 60 fps. Теперь наконец-то можно выбрать объем ОЗУ — 1, 2 или 4 Гбайт LPDDR4 SDRAM.
Проданный миллионами экземпляров, Raspberry Pi стал родоначальником целого нового рынка портативных одноплатных компьютеров и примером для ряда альтернативных разработок. Давайте посмотрим, используя Raspberry Pi 3B+ в качестве отправной точки (Raspberry Pi 4 пока не доступен для покупки, надеюсь, «четверка» скоро появится в свободной продаже), что нам могут предложить конкуренты, эволюция которых закидывала их в порой довольно необычные экологические ниши, и сколько нам, как покупателям, придется заплатить за эти изыскания. В описаниях конкурирующих компьютеров мы, по возможности, постараемся упомянуть все имеющиеся аппаратные достоинства участников; это делает описание несколько суховатым, но зато вы сможете достаточно определенно выбрать вычислительное ядро для своего будущего проекта.
Orange Pi Prime
Отличается от Raspberry Pi 3 в лучшую сторону наличием 2 Гбайт ОЗУ и встроенным в SoC AllWinner H5 видеоускорителем Mali-450 GPU, позволяющим воспроизводить 2K видео. Среди интересных особенностей стоит отметить наличие ИК-приемника; платой можно управлять с пульта ДУ или с некоторых моделей сотовых телефонов со встроенным ИК-светодиодом, например, Xiaomi Mi Note 7. Из нестандартного оборудования есть также встроенный микрофон и видеоинтерфейс CSI, поддерживающий видеопоток до 1080p на скорости 30 fps.
На плате размером 98 × 60 мм нашлось место для разъема для карт памяти (до 32 Гбайт), Wi-Fi 802.11 b/g/n, Bluetooth 4.0, гигабитного Ethernet, четырех USB (три USB 2.0 Host и один USB 2.0 OTG) и сорокаконтактной GPIO-гребенки. Есть даже отдельно выведенный UART с TTL уровнями, так что вы можете в терминале наблюдать за деталями загрузки Linux. Из аудио оборудования, кроме упомянутого выше микрофона, есть еще линейный выход и аудиовыход в HDMI. Видеоускоритель поддерживает OpenGL ES 2.0 и OpenVG 1.1. Среди поддерживаемых ОС присутствуют Ubuntu, Debian и Android 5.1.
Вообще, нужно сказать, что Orange Pi остается одним из самых удачливых конкурентов Raspberry. Orange тоже стал прародителем целой линейки разнотипных одноплатных компьютеров, среди которых Orange Pi 4G-IOT (с модулем GSM/GPS/LTE на борту) и Orange Pi Zero (опционально может запитываться от PoE, так что вы можете закинуть его в дальний сегмент Ethernet-сети, даже не подводя отдельное питание).
Banana Pi M3
Вместе с Orange, Banana разработки китайской компании SinoVoip — еще одна «фруктовая» ветка, хорошо разросшаяся после появления Raspberry. Следуя в кильватере Raspberry, Banana последовательно выпускала модели Banana Pi M1, M1 Plus, M2 Plus, M2 Ultra, M2 Zero, M3.
Нынешний флагман Banana Pi M3 построен на базе восьмиядерного SoC Allwinner A83T (процессоры ARM Cortex-A7, графический процессор PowerVR SGX544MP1), разгоняемого до 1.8 ГГц и работающего в окружении 2 Гбайт ОЗУ и 8 Гбайт флэш-памяти. Кроме гигабитного Ethernet, двух USB, Wi-Fi 802.11 b/g/n, Bluetooth 4.0 и HDMI, на плате присутствует SATA. Так же, как и у Orange Pi Prime, у M3 есть ИК-приемник, видеоинтерфейс CSI, отладочный UART, микрофон, линейный выход и аудиовыход в HDMI. В отличие от Orange, у Banana есть интерфейс дисплея MIPI DSI, объединенный с I2C для сенсорного экрана. Естественно, есть и сорокаконтактная GPIO-гребенка.
Rock64
Одноплатный компьютер Rock64 комплектуется уже 4 Гбайт ОЗУ, обслуживающими 64-х битный ARM Cortex A53, видеоподсистема способна справится с потоком 4K на частоте 60 fps. Устройство способно питаться от POE. Графическая подсистема ARM Mali 450MP2 соответствует OpenGL ES 2.0, OpenVG1.1. На Rock64 портированы ОС Debian, Cent OS, Fedora и Android 8, вообще, нужно отметить, что разработчики и энтузиасты этого компьютера портировали на него большое количество ОС, базирующихся на Linux. У Rock64 обильная, подробная документация и живое, активное комьюнити, так что, с учетом неплохих аппаратных спецификаций и щадящий цены, этот одноплатник — неплохой претендент на замену Raspberry Pi 3 в проектах с повышенными требованиями к «железу».
Разработчики Rock64 щедро отсыпали 64 контакта GPIO, выведя на них даже сигналы Ethernet, так что, если планируете делать на одноплатнике управление разветвленной внешней периферией, присмотритесь к этому компьютеру попристальнее. Кроме того, есть USB3.0.
У Rock64 есть старший брат, ROCKPro64, построенный на восьмиядерном 64-х битном Rockchip RK3399 (четыре ARM Cortex A53 плюс два ARM Cortex A72), с 4 Гбайт LPDDR4 и двумя USB 3.0. Компания PINE64, производитель Rock64 и ROCKPro64, вообще представляет собой достойный пример бизнеса, построенного в сфере DIY. Ребята идут дорогой, проторенной первопроходцами вроде Sparkfun или Adafruit, показавших, что можно снабжать свои разработки полным комплектом конструкторской документации и при этом быть коммерчески выгодным предприятием.
ASUS Tinker board S
Tinker построен на базе SoC Rockchip RK3288 с счетверенным процессором ARM Cortex-A17 и работает под управлением TinkerOS на базе Debian, можно установить Android. Видеопроцессор Mali-T760 MP4 поддерживает OpenGL ES 3.1, OpenCL 1.1, Renderscript и Direct3D 11.1.
Гребенка GPIO получила цветовую кодировку, так что при подключении внешних устройств ошибиться будет чуть сложнее. Небольшой пассивный радиатор, наклеиваемый на корпус процессора, который у конкурирующих плат приобретается отдельно, здесь уже заботливо включен в штатный комплект.
У Asus Tinker board S был младший братик, Asus Tinker board без набортной флэш-памяти, но особого успеха он не имел и сейчас практически исчез из продажи.
Libre Computer Renegade и Renegade Elite
Renegade, или Libre Computer ROC-Rk3328-CC Renegade, конструктивно разработан настолько похожим на Raspberry, насколько это только возможно; например, вы можете разместить ROC-Rk3328-CC прямо в корпусе, купленном для «Малинки».
SoC RK-3328 построена на основе счетверенного 64-х битного процессора ARM Cortex-A53 с рабочей частотой до 1.5 ГГц. SoC такая же, как и в Rock64, так что здесь вы тоже имеете тот же GPU Mali 450MP2 с рабочей частотой 500 МГц. При заказе у вас есть возможность варьировать объем ОЗУ, вы можете выбрать 1 Гбайт DDR4 (тогда компьютер обойдется вам в $35), 2 Гбайт за $50 или 4 Гбайт за $80. Из операционных систем на настоящий момент доступны Ubuntu 18.04, Debian 9, OpenMediaVault 4, Station OS и Android 7.1.
Как и Asus Tinker board (без индекса S), у Renegade нет набортной флэш-памяти, вам придется использовать слот для microSD карточек или интерфейс eMMC.
Libre Computer — один из производителей, показавших хороший рост в новой бизнес-нише, созданной с появлением Raspberry Pi. Кроме Renegade, летом 2018 Libre Computer начал производство Renegade Elite, одноплатного компьютера Libre Computer ROC-Rk3328-CC Renegade Elite на базе SoC Rockchip RK3399 c шестиядерным процессором (два ядра ARM Cortex-A72 и четыре ARM Cortex-A53) и GPU ARM Mali-T860 MP4, у которого имеются два порта USB 3.0 Type-C, 60-и контактный разъём PCIe, 128 Мбайт набортной памяти и 60-и контактная гребенка GPIO. Renegade Elite имеет опциональную поддержку PoE и может работать под управлением Linux 4.19 или Android 8.
Odroid H2
С учетом своей относительно невысокой цены Odroid H2, построенный на базе 64-х битного 4-x ядерного Intel Celeron Gemini Lake J4105, вполне может претендовать на кусок рыночной ниши, занимаемой одноплатными компьютерами на базе процессоров ARM. Если вам милее x86-совместимые решения, возможно, эта небольшая плата размером 110 × 110 мм, с пассивным охлаждением, GPU Intel UHD Graphics 600, шиной PCI-E gen2 и сдвоенным SATA 6 Гбайт/с придется вам по нраву.
По спецификации Intel максимальный размер ОЗУ равен 8 Гбайт (SO-DIMM DDR4 2400 МГц, в комплект не входит, приобретается отдельно, как и для всякого «писюка»), но производитель Odroid H2 утверждает, что втыкал две планки по 16 Гбайт (итого 32 Гбайт) и всё прекрасно работало. Разумеется, плата поддерживает Windows 10 / Linux x64, DirectX 12, OpenGL 4.3, OGL ES 3.0, OpenCL 2.0.
В качестве альтернативы Odroid H2 можно рассмотреть UDOO X86 (есть варианты на Intel Pentium N3710 2.56 ГГц и Intel Celeron N3160 2.24 ГГц).
Arduino Mega 2560
Не нужно быть доктором Ксавьером из франшизы «Люди X», чтобы прямо сейчас услышать мысленные возгласы некоторых читателей: «Да какого …! Где «Малинка», а где «Ардуинка»? Это же все равно, как сравнивать гепарда с кишечной палочкой!». Да, да, всё верно, Raspberry Pi и Arduino находятся в существенно разнящихся рыночных нишах, но если вы взглянете на итоговые таблицы в конце статьи, то обнаружите один пункт, который роднит две этих очень разноплановых разработки. И пункт этот — цена. Да, за Arduino Mega 2560 Rev3 просят $31, а за Arduino Uno WiFi Rev2 (как догадались наиболее сметливые читатели, плата снабжена Wi-Fi) придется выложить $42.
Давайте взглянем на аппаратную начинку этого «одноплатного компьютера» (или всё-таки нужно опустить кавычки?). 8-и битный микроконтроллер ATmega2560 с тактовой частотой 16 МГц, 256 кбайт флэш-памяти (из них 8 кбайт занято под загрузчик), 8 кбайт ОЗУ и 4 кбайт энергонезависимой памяти. Из коммуникационных возможностей, вместо привычных по предыдущим сравниваемым моделям одноплатных компьютеров Ethernet, Wi-Fi и Bluetooth, в случае Arduino Mega 2560 нам придется упомянуть четыре UART«а, один из которых подключен к встроенному преобразователю USB-UART. Сам преобразователь, кстати, тоже реализован на микроконтроллере AVR, ATmega8U2-MU, но это не принципиально, существуют варианты со специализированными чипами FTDI. В целом, характеристики платы (вроде допустимого тока 20 мА на вывод или возможность настроить 15 GPIO как ШИМ-выходы) предсказуемо повторяют характеристики микроконтроллера, на котором она построена. Сам производитель позиционирует Arduino Mega как хорошую основу для хоббийных проектов, связанных с 3D-печатью и робототехникой.
В мире Arduino есть свой аналог микрокомпьютера Raspberry Pi Zero, это плата Arduino Nano. Построенное на базе микроконтроллера ATmega328P, при размерах 18 × 45 мм устройство может похвастаться 2 килобайтами оперативной и 32 килобайтами флэш-памяти, тактовой 16 МГц и 22 контактами GPIO, 6 из которых могут работать как ШИМ-выходы.
В целом, серия Arduino достаточна проста по своему аппаратному устройству, так что даже я, пребывая как-то в хоббически-меланхолическом состоянии духа, сел и нарисовал (при помощи Altium Designer) свой вариант Arduino Nano. Улучшил помехозащищенность путем включения защитной сборки USBLC6–4SC6 в цепи USB, доработкой USB-UART преобразователя в соответствии с «AN-146 USB Hardware Design Guidelines for FTDI ICs» и небольшими доработками схемы в соответствии с «AVR042: AVR Hardware Design Considerations». Добавил датчик гамма-радиации на PIN-диодах («Why? Because I can!»). Чтобы относительно высоковольтное питание датчика радиации не пришлось тащить снаружи, добавил небольшой умножитель напряжения, управляемый от микроконтроллера. Описание получившейся платы есть здесь, а полный архив проекта (со всеми Altium-исходниками и библиотеками) вы можете скачать вот здесь.
Вообще, конечно, несколько странно, что Arduino не захирела после расцвета Raspberry и её клонов. Думаю, что популярность Arduino не в последнюю очередь обусловлена случившимся в начале-середине двухтысячных «выстрелом» архитектуры AVR, разработанной компаний Atmel. Не сказать, что рынок 8-битных микроконтроллеров был пуст, существовал достаточно неплохой выбор между i51 и PIC, для энергосберегающих решений был доступен 16-битный MSP430.
Но микроконтроллеры серии AVR, сочетающие новую удачную RISC-архитектуру, выполняющую инструкцию за 1 такт (что было, несомненно, ударом под дых тогдашним i51, выполнявшим инструкцию за 12 тактов) и как раз вовремя подешевевшей встроенной флэш-памяти, были прямо-таки сверхновой даже на фоне неслабых старожилов. Как сейчас помню, с каким удовольствием я раз за разом перепрошивал флэшовый AVR-микроконтроллер; JTAG в нем не было, и посмотреть регистры прямо во время работы было нельзя, но по сравнению со спаркой Н1830ВЕ51 + ППЗУ с ультрафиолетовым стиранием это было просто въяве наступившее будущее.
Может быть, дело и в IDE Arduino, которое облегчает разработку программного обеспечения или в дружном сообществе Arduino-совместимых разработчиков. В любом случае, сторонникам Raspberry есть о чём подумать. Может быть, порог входа в разработку на современных ARM процессорах A серии слишком высок, и поэтому многие разработчики, особенно хоббической направленности, не готовы тратить так много времени на освоение всех премудростей работы с современными процессорами. Будем надеяться, что появится что-то вроде STM32CubeMX (ПО для микроконтроллеров STM32 серий ARM Cortex-M0… Cortex-M4, сильно упрощающее начальную настройку контроллера) и любители электроники тоже потихоньку мигрируют в лагерь Raspberry.
Не буду утомлять читателя дальнейшим перечислением всех возможных альтернатив Raspberry Pi. Думаю, вы поняли главное — альтернативы есть, причем к заказу доступны варианты самых разных аппаратных комплектаций и ценовых категорий: от плат с ценником до $50 и аппаратной начинкой, очень похожей на оригинальную Raspberry до более дорогих устройств, цена на которые плавно нарастает параллельно с ростом аппаратных возможностей.
Вдогонку к рассмотренным одноплатным компьютерам вскользь, в телеграфном стиле упомяну еще такие разработки, как Odroid-C2 ($59); Odroid-XU4 ($80, можно дополнить игровым корпусом OGST Gaming Console Case for Odroid XU4 за $25); Pine A64-LTS ($32); NanoPi NEO4 ($45); Cubieboard4 CC-A80 с GPU PowerVR G6230 ($130); Nvidia Jetson Nano на четырехъядерном Tegra X1 ($140); BeagleBoard X15 с двумя Ethernet портами и комбинацией GPU PowerVR с 4 Гбайт ОЗУ ($263); LattePanda Alpha на процессоре Intel Atom X5-Z8350 ($240); Hikey 960 на восьмиядернике Kirin 960 с четырьмя ядрами ARM Cortex A73, разгоняемыми до 2.3 ГГц и четырьмя ARM Cortex A53 с частотой до 1.8 ГГц ($268) и BBC micro: bit как возможная замена Arduino ($15).
Итоговая таблица, основные параметры
Итоговая таблица, память и интерфейсы
В последние годы на рынке одноплатных компьютеров происходит масса интересного. Новые модели постоянно появляются и исчезают, во всех нишах, начиная от Arduino, затрагивая Raspberry и заканчивая материнскими платами, совместимыми с процессорами Intel 8-го поколения. Например, прямо сейчас на Kickstarter идет кампания UP Xtreme, Intel-совместимой материнской платы, а разработка многообещающей платформы Galileo, наоборот, была свернута. Разработчики Renegade Elite, кстати, тоже собирали средства на запуск производства через краудфандинговую площадку Indiegogo. Так что если хотите быть в курсе последних разработок на ниве одноплатников, иногда пробегайтесь по разделам «Technology» краудфандинговых сайтов.
