Raspberry Pi Compute Module 4(CM4)とは何ですか?

マイコン「Raspberry Pi」シリーズを初めて使う人は、「Raspberry Pi Compute Module 4(CM4)」が自分の使用用途に合うかどうか迷っているのではないでしょうか。

Raspberry Pi CM4とは?

Raspberry Pi Compute Module 4は、Raspberry Pi 4と非常によく似ています。

CM4はPi 4とは異なり、組み込みアプリケーションを構築するための基盤として本当に意味があります。余計な機能を省いたRaspberry Pi 4のガッツと思えばいいのです。

Raspberry Pi CM4 IOボードは、Raspberry Pi 4にはないPCI Express Gen 2スロットを含む、Raspberry Pi CM4で利用できるすべてのインターフェイスを公開するボードです。

最終的には、デジタルサイネージからリモートデスクトップ(シンクライアント)、オートメーション、ロボットなどのプロジェクトにCM4を組み込んでいただくことがすべての目的です。

CM4は産業用ユーザーが最大のターゲット市場の一つですが、中小企業やホームユーザーでもその恩恵にあずかることができます。

Raspberry Pi 4とCompute Module 4の比較

Raspberry Pi 4、Compute Module 4、公式IOボード(上から順に)

そのカギとなるのが、カスタマイズ性です。

Macが好きな人の中には、とにかく動くから、という人もいるでしょ?カスタマイズはあまりできないけど、動くという安心感がある。一方、さまざまなメーカーのパーツを組み合わせて自作PCを作るのが好きな人もいます。

例えるなら、Pi 4とCM4の違いを説明しています。

Raspberry Pi 4を購入すると、4x USB 3.0、イーサネットポート、CSIコネクタ、電源用のUSB-Cなど、Pi 4がプリセットしている多くの点のうち、どれかを持つことにこだわることになります。しかし、この組み合わせはシームレスに機能します。

Compute Module 4では、キャリアボードを購入することで、バレルコネクタやUSB-Cコネクタなど、購入するものによって異なる方式で電源を供給することができます。例えば、高アンペアのセットアップを行う場合など、状況によってはPi 4のUSB-Cでは不十分な場合があります。

Raspberry Pi 4との大きな違いは、PCIeスロットを露出させるキャリアボードを購入できることで、カスタマイズの幅が大きく広がることです。

ストレージに関しては、CM4はすでにほとんどの基板にeMMCを搭載しており、Pi 4のmicroSDカードよりもはるかに信頼性が高いのですが、適切なキャリアボードの助けを借りてSSDを追加することで、これをさらに推し進めることができます。

なぜ、業界はこれほどまでにPi CM4が好きなのでしょうか?

結局は、カスタマイズ性ということになりますね。

CM4とPi 4はどちらもよく似ている、という議論に戻ろう。

では、なぜCM4は通常のPi 4に勝利したのでしょうか?

ひとつは、Pi 4に搭載されているポートや機能が、家庭での利用を想定したものであることです。たとえば、Pi 4を使って自宅で植物の水やりシステムを動かしていて、microSDカードが故障したら......植物が1本だけ減ってしまいますよね。

一方、産業界のお客様は、発電所の重要なコンポーネントを動かしているかもしれません。発電所をmicroSDで動かすわけにはいきません。CM4の低消費電力と小型化の恩恵を受けながら、ストレージの冗長性、高い耐熱性、標準的な産業用マウントオプションなどを備えた独自のボードを構築できるため、実はここでCM4の強みが発揮されるのです。

一般的に認証は、システムの使用を承認してもらうための大きな出費の一つですが、CM4のカスタマイズ性が産業界のユーザーにとって非常に魅力的なものである理由の一つでもあります。

そして、おそらくもう一つの小さな理由は、CM4が競合他社よりも優れているコミュニティです。Raspberry Piのコミュニティは、産業界の誰もが恩恵を受けられるように、カーネルのさまざまなソフトウェアの側面を機能させ続けるために協力し合っているのです。

シングルボードの競合他社では、その特定のシングルボードコンピュータ上で何かを動作させるために、より多くの努力が必要であったことと対照的です。Raspberry Pi CM4では、コミュニティによるサポートと継続性があります。

Raspberry Pi CM4 仕様

Raspberry Piの見どころをご紹介します。

  • Broadcom BCM2711 クアッドコアCortex-A72 (ARM v8) 64ビットSoC @ 1.5GHz
  • H.265(HEVC)(4Kp60までデコード)、H.264(1080p60までデコード、1080p30までエンコード) 
  • OpenGL ES 3.1、Vulkan 1.0
  • 1GB、2GB、4GB、8GBのLPDDR4-3200 SDRAMを選択可能(バリエーションによる)
  • 0GB(「Lite」)、8GB、16GB、32GB eMMCフラッシュメモリのオプション(バリエーションにより異なる)
  • 完全認証の無線モジュールにオプションで対応。
    2.4 GHz、5.0 GHz IEEE 802.11 b/g/n/acのワイヤレス。
    Bluetooth 5.0、BLE。
    外部アンテナまたはPCBトレースアンテナを選択するための電子スイッチを搭載。

32種類のCompute Module 4のバリエーション

Raspberry Pi CM4は、RAM、WLANオプション、ストレージ容量が異なる32種類のバリエーションがあります。

画像はRaspberry Pi CM4製品概要より引用。

実際には の組み合わせが可能で、価格はユーロです。

Raspberry Pi CM4は、通常のPiの代わりとなるものですか?

一般的な使い方であれば、通常のRaspberry Pi 4を使用した方が良いでしょう。

Raspberry Pi CM4とCM4IOボードを使えば、HDMI、イーサネット、USB、GPIOピンなど、Raspberry Piにある多くのコネクターが使えるので、絶対に同じことができるはずです。

しかし、CM4プラスIOボードと比較すると、Raspberry Pi 4の方が簡単なことが多いのです。

Raspberry Pi CM4Raspberry Pi 4
パワー 5.5×2.1mmバレルコネクタまたはBergコネクタUSB-C
電圧5V、12V、7.5V~26V(電圧により使用できる機能が異なる)USB-C経由5V
サイズIOボードでより大きく小型化
メモリeMMCまたはSDカード(Lite版のみ)デフォルトでSDカード

とはいえ、CM4をデスクトップパソコンにするのに適したキャリアボードは他にもあります。

実は、ここがCM4の光るところなのです。必要なポートや機能に応じて、さまざまなボードに取り付けることができるのです。

Raspberry Pi CM4 to PI4B アダプタ。写真はAliExpressより。

例えば Raspberry Pi CM4 - PI4B アダプターをAliExpressで発見。 は、デュアルマイクロHDMI、4x USB 3.0、GPIO、CSI、イーサネットにより、CM4をRaspberry Pi 4に変換することができます。

Chipsee AIO-CM4-15のデスクトップ交換。写真はChipseeより。

のです。 チップソー AIO-CM4-156 は、さらにもう一歩踏み込んでいます。NVMe SSDスロットは、Compute Module 4のeMMCよりもストレージソリューションとして優れています。それから、デスクトップに期待される標準的なポートがあります。USBポート、USB-C OTGポート、HDMI出力、イーサネットポート、microSDスロット、音声出力、GPIOなど、デスクトップに求められる標準的なポートが用意されています。

Raspberry Pi CM4(IOボード付)の電源供給について

CM4は他のRaspberry Pisとは電源の取り方が少し違います。

Raspberry Pi Zero、Pico、Pi 4では、microUSBまたはUSB-Cの入力から給電することになります。

CM4 IOボードでは、電源の取り方を選択することができます。

Compute Moduleに電源を供給するためのコネクター 4

まず、コネクターについて。

Raspberry Pi CM4 IO Boardには、J19とJ20と書かれた2つのコネクタがあります。別々に説明しましょう。

メインPSU入力。J19バレルコネクタ

Raspberry Pi IOボードをバレルコネクタで電源に接続することができます。

5.5×2.1mm DCバレルチップコネクターに対応しています。ルーター、ノートパソコン、充電器など、多くの電子機器に使用されているコネクタです。

PCIeスロット、外部電源コネクタ、12Vファンを使う予定がなければ、12Vを供給する必要があり、その場合は7.5Vから28Vで電源を供給することができます。以下は、Raspberry Pi CM4のデータシートに記載されている正確な文言です。

「12V入力は、+12V PCIeスロット、外部PSUコネクタ、ファンコネクタに直接供給されます。これらを使用しない場合は、より広い入力供給が可能です(+7.5V~+28V)」。

J20 "Berg "コネクタ

raspberry pi cm4 j20 電源コネクタ

J20は、品番AMP/TE Connectivity 171822-4などの「Berg」コネクタを使用します。また、フロッピーディスク電源を搭載した古いコンピュータのサプライ品からも見つけることができます。

Bergコネクタ(Wikipediaよりスクリーンショット、パブリックドメイン)

J20は2つの役割を担っています。まず、このコネクターでCM4に電源を供給する方法から説明します。

黄色いワイヤーから12Vを供給する必要があります。赤色には5V電源を供給しないでください。

ベルグコネクターのピンアウトウィキペディア(CC-BY-SA)よりスクリーンショット

J20のもう一つの用途は、PCIe周辺機器の電源として機能することです。CM4のデータシートに記載されている通りです。

"DCバレルジャックによる+12V供給で、外部PSUコネクタ(+5Vと+12Vを備えたJ20)は、外部PSUを必要とするPCIeカードに接続するのに理想的なものです。PSUが過負荷にならないようにする必要があります。"

電流はどのくらい?

Raspberry Piには、CM4とIOボードの推奨電源がありません。

CM4には9W(12V時)の予算を確保し、CM4に接続する周辺機器のためのヘッドルームを追加することを提案しています。

CM4をIOボードに挿入する

ラズベリーパイcm4方向 ioボード
このようにRaspberry Pi CM4をIOボードに挿入します。

Raspberry Pi CM4をIOボードに挿入するためには、正しい向きにする必要があります。

上の画像は、Raspberry Pi CM4がIOボードにどのように入るかを示しています。

ポイントは、Raspberry PiのロゴがPCIeボードより遠くにあることに注意することです。つまり、UFL(外部無線アンテナ)ポートがPCIeに近い方が良いのです。

Compute Moduleを押し下げると、両方のレールがセットされたことを示す2つのクリック音が聞こえます。

Raspberry Pi cm4をIOボードに挿入した状態

CM4とIOボードのプロファイルを観察し、それらが互いに平行であることを確認してください。もし平行でない場合は、片方のレールが正しく押し込まれていないことを示しています。

IOボードでCM4にOSを書き込む

IOボードにはSDカードスロットがありますが...このSDカードスロットを使うのは、eMMCストレージを内蔵していないCM4Liteを購入した場合だけです。

Lite版であれば、通常のRaspberry Piと同じようにmicroSDカードをフラッシュするだけで、簡単に利用することができます。

ただし、Lite版でない場合は、eMMCストレージをマウントする前に、さらにいくつかの手順が必要になる場合があります。

必要です。

  • ジャンパでショート J2
  • PCと接続するためのMicroUSBケーブル
  • パワーサプライ

eMMCブートの無効化

eMMC をお持ちの場合、CM4 をリムーバブルディスクとしてマウントできるように、eMMC のブートを無効にする必要があります。そのためには、J2の1列目にジャンパを追加してください。J2 は CM4 とカメラ/ディスプレイケーブルの取り付け位置の間にあります。

メス-メスのジャンパー線

多くのスターターキットで販売されているメス-メスのジャンパー線を使用するか、この目的のためだけに「ショートジャンパー」を購入することができます。

rpibootの取得

SDカードをフラッシュするときは、超簡単です。コンピュータに挿入して完了です。

ただし、今回はeMMC版のCM4sの話なので、CM4をリムーバブルドライブとして読み込ませるためのrpibootが必要です。

のです。 rpibootのGithubレポはこちらです。

WindowsでCM4をマウントする

Windowsをお持ちの方は、先に RPIBOOTリリースはこちらからダウンロードできます。.

その後、ZIPファイルを解凍してwin32ディレクトリに移動し、rpiboot_setup.exeを実行してください。

Windows Defenderが、サイドロードされたソフトウェアは危険である可能性があるというポップアップを表示する場合があります。この警告は無視してください。

CM4の電源とmicroUSB(J11)が接続されていない場合は、今すぐ接続し、USBをPCに接続してください。

管理者権限でrpibootを実行した方が成功するかもしれません。私のは管理者権限なしでも大丈夫でした。

rpibootを実行します。インストーラが終了すると、スタートメニューに表示されるようになるはずです。

このように表示されるステップを通過させます。

BCM2835/6/7/2711を待っている...
組み込み用: bootcode4.bin をロード中
bootcode.binを送信中
4バイトの読み込みに成功
BCM2835/6/7/2711を待機中...
組み込み用: bootcode4.binの読み込み中
第2段ブートサーバ
エンベデッド:start4.elfの読み込み
読み込んだファイル:start4.elf
セカンドステージブートサーバー完了

自動で終了し、CM4のボリュームがポップアップ表示されるはずです。

CM4搭載Raspberry Piイメージャーが正常にマウントされました。

Raspberry Pi Imagerで見ると、こんな感じです。

皆さん、フラッシュを焚いてください。

LinuxでCM4をマウントする

rpibootのGithubレポにある説明書が分かりやすく解説してくれています。実行します。

sudo apt install git libusb-1.0-0-dev pkg-config
git clone --depth=1 https://github.com/raspberrypi/usbboot
cd usbboot
作る
sudo ./rpiboot

Raspberry Piは、システムの日付が正しく設定されているか確認する必要があり、そうしないとGitがエラーを投げる可能性があることを示唆しています。

macOSのCM4

macOSの場合も、手順は同じです。Githubのレポによると、以下のような手順です。

git clone --depth=1 https://github.com/raspberrypi/usbboot
cd usbboot
brew install libusb
pkg-configのインストール
作る
sudo ./rpiboot
raspberry pi cm4 ブート
ブーツだ!

Raspberry Pi CM4プロジェクト

Raspberry Pi CM4は、プロジェクトの頭脳を提供し、人々はレジャーや仕事のためにそれを使ってきました。ここでは、いくつかのプロジェクトを紹介します。

ゲーミングCM4ハンドヘルド

これはPi 400を思い出させるものですが、携帯ゲーム機という形式です。

Raspberry Pi CM4ハンドヘルドは、「イージス」というニックネームを持つDaniel Juckett氏によるものです。

この携帯機では、Deus Ex: Mankind DividedやDoom 2016などのゲームをRetropie経由でMoonlightでプレイできることをダニエルがデモンストレーションしました。また、ネットサーフィンやYouTubeの動画視聴も可能です。

イージスはオープンソースのプロジェクトであり Githubはこちらからご覧いただけます。.

CM4を使用することで、Danielはポートのレイアウトをカスタマイズすることができました(ポートのレイアウトが固定されているPi 4とは異なります)。スクリーンには、公式のRaspberry Pi 7インチディスプレイを使用しました。コントローラには、Wii Uのボタンとジョイスティックを使用しました。そして最後に、彼はスピーカーとランブルモーターを使いました。

パーソナルコンピューティングPiTray mini

Raspberry Pi 4は気に入ったけど、もっと使いやすいシステムがいいという方は Shengyuan Fang、Weihong Guanが設計し、Sourcekitが販売するPiTray mini。

基板の大きさはRaspberry Pi 4に似ていますが、Pi 4を1:1で置き換えるものではありません。

PiTray Mini、写真はsourcekit.ccから引用しました。

ご覧の通り、GPIO、イーサネット、microSDスロットはありますが、USBポートが1つと標準のHDMIポートしかありません(Pi 4ではUSBポート4つとmicroHDMI2つです)。また、DSI、CSI、オーディオジャック、USB 3.0ハブも搭載されていません。

クラスタ構築や、Pi 4のSDカードよりもCM4のeMMCの方が安定性と速度が高いという利点を生かすような使い方もあります。

PiTrayは、公式IOボードに比べ、かなり安価に入手できるため、予算重視の方におすすめです。

自前のサーバーTuring Pi 2

Turing Pi 2に取り付けたRaspberry Pi CM4のクラスター(写真はTuring Pi 2の発売記念プレスリリースより)

Turing Pi 2は、独自のサーバーをホストして、ホームアシスタント、メディアストリーミング、ゲームサーバー、VPN、IoTサーバーなどのサービスを実行したい人のためのシンプルなソリューションです。

Raspberry Pi CM4を使えば、サーバーの負荷に応じてスケールアップやスケールダウンを行うことができます。これには、サーバーがタスクを実行するのに必要なだけの設備を確保しつつ、過負荷にならないようにできる、というメリットがあります。

Turing Pi 2はmini ITXフォームファクターを持ち、CM4sやJetson Nanosボードを搭載できる(写真はTuring Pi 2の発売プレスリリースより)

PCIeスロットで何ができるのですか?

理論的には、PCIeを使用するあらゆるカードを搭載することができます。

グラフィックスカード、M.2、NVMe、SATA経由のストレージカード、WiFiカード、USBカードなど、さまざまなものが含まれます。

CM4との互換性、OS、ドライバーの有無が制約となる。

例えば、グラフィックカードは、USBカードのような単純なものに比べて、一般的にIOボード上で動作させることが困難です。前者はほとんどドライバが必要で機能は保証されませんが、後者はドライバを必要とせず、完全な機能を得ることができます。

Jeff Geerling氏によってまとめられた互換性のあるグラフィックカードのリストです。

全リストはJeff Geerlingが作成しており、こちらでご覧いただけます。 本サイトでは、PCIeカードの以下のカテゴリを掲載しています。

  • GPU(グラフィックスカード)
  • USBカード
  • M.2およびNVMeアダプタ
  • ネットワークカード(NIC)およびWiFiアダプタ
  • マルチメディア(A/V)カード、サウンドカード
  • SATAカードとストレージ
  • PCIeスイッチ・アダプタ
  • その他カード類(FireWire、タイムカードなど)

公式IOボードに代わるキャリアボード

Jeff Geerlingが編集した代替キャリアボードのリストです。

世の中には、IOボードにさまざまなポートや機能を提供するキャリアボードがたくさんあります。

を見つけることができます。 キャリアボードはこちらでまとめています。

CM4とIOボードギャラリー

ラズベリーパイcm4とmmcの組み合わせ
Raspberry Pi CM4ボード、32GB eMMC、ワイヤレス
uFLアンテナコネクタ(右上、取り付け穴の隣)
raspberry pi cm4とWiFiアンテナ
Raspberry Pi CM4とWiFiアンテナ
Raspberry Pi CM4 Broadcom SoC
Raspberry Pi CM4 Broadcom社製SoC(中央)
Raspberry Pi CM4 下面
Raspberry Pi CM4 下面

公式IOボード

Raspberry Pi CM4 CSIコネクター
Raspberry Pi CM4 ディスプレイ・カメラ用DSI/CSIコネクター
Raspberry Pi CM4 IOボード背面
Raspberry Pi CM4 IOボード背面
Raspberry Pi CM4 IOボード リアルタイムクロック用バッテリー
Raspberry Pi CM4 IOボード リアルタイムクロック用電池ホルダー
Raspberry Pi CM4 IOボード GPIOピン
Raspberry Pi CM4 IOボード GPIOピン
Raspberry Pi CM4 IOボードプロファイル
Raspberry Pi CM4 IOボードプロファイル(2x HDMI、イーサネット、USB、microUSB、SDカードスロット、電源コネクタ付き

CM4はどこで購入できますか?

姉妹サイトでCM4ボードを購入することができます。 buyzero.de.

産業用ユーザーCM4 大量受注とソリューション

CM4の産業用ユーザーで、ソフトウェアやハードウェアのソリューションが必要な場合は 大量注文やご相談はこちらへ.

CM4を中心に、ソフトウェアやハードウェアのカスタムソリューションを設計することができます。

この品薄の時代、私たちは常にCM4の在庫の一部を設計・研究用に割り当てています。

2 コメント

  1. Farah Bouali on 8月 12, 2022 at 9:59 am となります。

    ハイ
    お元気でお過ごしでしょうか?
    私の名前はファラ・ブアリで、コンピュータ工学の2年目を修了しました。
    実は、raspberry pi compute module 4をwaveshare boardに組み込んだプロジェクトに携わっており、いくつかの問題が見つかったので、親切な監督と指導を受けたいと思い、このメールを書いています。

    まず、私のcm4にすでにあるADC差動入力を使う方法が見つかりませんでした。AKS11センサー(温度センサー)やその他のセンサーから値を取得したいのですが、どのようにすればよいのでしょうか?この場合、どのように結果を可視化すればよいのでしょうか?スクリプトには何を書けばいいのでしょうか?GPIOの入出力を制御することもできません。

    次に、モバイルアプリケーションからデータを読み込もうとしたときのことです。bluetoothctl "コマンドで2つのデバイス(携帯電話のBluetoothシリアルターミナルとRpi)を接続し、"minicom -b 9600 -o -D /dev/rfcomm0" コマンドで受信データを視覚化できましたが、受信データを読み込んで特定の命令(センサーのオン/オフなど)に使用できるスクリプトがありません。

    私がやりたいことは、センサーから何らかの情報を取得し、それをbleプロトコルを通じてモバイルアプリに送信し、このセンサーの機能を制御することが可能かどうかということのみです。

    ご協力いただけると幸いです。電話(whatsapp)やメールでの質問も受け付けます。

    私が仕事をしたことのあるリンクをいくつか添付しますので、すぐにご連絡をいただければと思います。

    とてもありがたいことで、お返事をお待ちしています。

    Waveshareの設定リンクです。 https://www.waveshare.com/wiki/Compute_Module_4_PoE_4G_Board#Isolation_GPIO.2FI2C
    始めたいプロジェクト https://www.technologyrecipes.com/using-blueterm-app-to-communicate-over-ble-between-an-android-device-and-raspberry-pi/

    よろしくお願いします。

    ファラ・ブアリ
    ENIS(スファクス国立技術者学校)コンピュータ工学科2年生

    (編集者のファラを守るため、メールアドレスと電話番号は削除しています)。

    • raspi berry on 8月 16, 2022 at 8:43 am となります。

      親愛なるファラ、工学部の学生として、あなたはデータシートを研究し、デバイスのサプライヤー/メーカーと話をする必要があります。これは学生としての仕事の一部です。
      これらの問題を解決するための有償コンサルティングサービスも行っておりますので、ご興味があればご相談ください。

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