Wat is de Raspberry Pi Compute Module 4 (CM4)?

Als de Raspberry Pi serie van microcomputers nieuw voor u is, vraagt u zich misschien af of de Raspberry Pi Compute Module 4 (CM4) geschikt is voor uw toepassing.

Wat is de Raspberry Pi CM4?

De Raspberry Pi Compute Module 4 lijkt erg veel op de Raspberry Pi 4.

In tegenstelling tot de Pi 4, is de CM4 echt bedoeld als basis voor het bouwen van embedded applicaties. Je kunt het zien als de ingewanden van de Raspberry Pi 4 zonder overbodige functies.

Als u snel een prototype wilt bouwen, kunt u het Raspberry Pi CM4 IO-bord gebruiken, dat alle interfaces die beschikbaar zijn op de Raspberry Pi CM4 blootlegt, inclusief een PCI Express Gen 2-sleuf die u niet op de Raspberry Pi 4 krijgt.

Uiteindelijk is het doel van een CM4 om deze te integreren in projecten zo eenvoudig als digital signage tot remote desktops (thin clients), automatisering en robots.

Industriële gebruikers zijn een van de grootste doelmarkten voor de CM4, maar ook kleine bedrijven en thuisgebruikers kunnen er hun voordeel mee doen.

Raspberry Pi 4 vs Compute Module 4

De sleutel hiertoe is maatwerk.

Weet je hoe sommige mensen van Macs houden omdat ze gewoon werken? Je kunt er niet veel aan aanpassen, maar je hebt wel het vertrouwen dat het werkt. Aan de andere kant bouwen anderen graag hun eigen PC met onderdelen van verschillende fabrikanten.

De analogie verklaart het verschil tussen de Pi 4 en de CM4.

Als u een Raspberry Pi 4 koopt, zit u vast aan 4x USB 3.0, ethernetpoorten, CSI-aansluitingen en USB-C voor voeding, naast vele andere aspecten die door de Pi 4 vooraf zijn ingesteld. Deze combinatie werkt echter naadloos.

Met de Compute Module 4 kunt u een draagkaart kopen waarmee u het kunt voeden via verschillende methoden, zoals een barrel-connector of een USB-C-connector, afhankelijk van wat u koopt. In sommige situaties is USB-C op de Pi 4 misschien niet voldoende - bijvoorbeeld als u een opstelling met een hoog ampèrage hebt.

Een groot verschil met de Raspberry Pi 4 is de mogelijkheid om een carrierboard te kopen dat de PCIe-sleuf blootlegt, wat veel meer aanpassingsmogelijkheden biedt.

Wat opslag betreft, heeft de CM4 al eMMC op de meeste printplaten, wat veel betrouwbaarder is dan de microSD-kaart op de Pi 4, maar u kunt nog een stap verder gaan door een SSD toe te voegen met behulp van een geschikt draagkaartje.

Waarom is de industrie zo dol op de Pi CM4?

Uiteindelijk komt het neer op aanpasbaarheid.

Laten we teruggaan naar het argument dat de CM4 en de Pi 4 beide erg op elkaar lijken.

Dus waarom zegeviert de CM4 over de gewone Pi 4?

Ten eerste is het pakket poorten en functies echt bedoeld voor thuisgebruik. Als u de Pi 4 bijvoorbeeld gebruikt om thuis een plantenbewateringssysteem te draaien, en de microSD-kaart laat het afweten... wel, dan is dat maar één plant minder.

Aan de andere kant kunnen industriële klanten een kritisch onderdeel in een energiecentrale draaien. Je kunt niet zomaar een energiecentrale draaien met een microSD. In feite is dit waar de CM4 sterker staat, omdat industriële gebruikers hun eigen kaart kunnen bouwen met opslagredundanties, een hogere hittetolerantie en standaard industriële montageopties, terwijl ze profiteren van het lage vermogen en de kleine afmetingen van de CM4.

Certificeringen zijn over het algemeen een van de grootste kostenposten om een systeem goedgekeurd te krijgen voor gebruik, en dat is een van de redenen waarom de aanpasbaarheid van de CM4 het zeer aantrekkelijk maakt voor industriële gebruikers.

En misschien nog een kleine reden is de gemeenschap die de CM4 heeft ten opzichte van zijn concurrenten. De Raspberry Pi-gemeenschap werkt samen om verschillende software-aspecten van de kernel werkend te houden, zodat iedereen in de industriële gemeenschap ervan kan profiteren.

Zet dat eens af tegen zijn single-board concurrenten, waar het veel meer moeite kostte om iets werkend te krijgen op die specifieke single-board computer. Met de Raspberry Pi CM4 is er ondersteuning en continuïteit vanuit de gemeenschap.

Raspberry Pi CM4 specificaties

Hoogtepunten van Raspberry Pi:

• Broadcom BCM2711 quad-core Cortex-A72 (ARM v8) 64-bit SoC @ 1.5GHz
• H.265 (HEVC) (tot 4Kp60 decoderen), H.264 (tot 1080p60 decoderen, 1080p30 coderen) 
• OpenGL ES 3.1, Vulkan 1.0
• Opties voor 1 GB, 2 GB, 4 GB of 8 GB LPDDR4-3200 SDRAM (afhankelijk van de variant)
• Opties voor 0GB ("Lite"), 8GB, 16GB of 32GB eMMC Flash-geheugen (afhankelijk van de variant)
• Optie voor volledig gecertificeerde radiomodule:
  2,4 GHz, 5,0 GHz IEEE 802.11 b/g/n/ac draadloos;
  Bluetooth 5.0, BLE;
  Ingebouwde elektronische schakelaar om te kiezen tussen externe antenne of PCB-spoorantenne.

32 varianten van de rekenmodule 4

De Raspberry Pi CM4 heeft 32 varianten variërend in RAM, WLAN optie en opslagcapaciteit.

In feite, kunt u de beschikbare combinaties en overeenkomstige prijzen (in euro) op onze shop.

Is de Raspberry Pi CM4 een vervanging voor de gewone Pi?

Voor algemeen gebruik zult u beter af zijn met een gewone Raspberry Pi 4.

Je kunt absoluut dezelfde dingen doen met de Raspberry Pi CM4 plus het CM4IO bord dat je aansluitingen geeft zoals HDMI, ethernet, USB, GPIO pinnen en vele andere aansluitingen die je op de Raspberry Pi zou vinden.

Veel dingen zijn echter eenvoudiger op de Raspberry Pi 4 in vergelijking met de CM4 plus IO board:

Dat gezegd hebbende, er zijn andere draagkaarten die meer geschikt zijn om van de CM4 een desktop computer te maken.

In feite is dit waar de CM4 schittert. Je kunt hem op verschillende borden aansluiten, afhankelijk van welke poorten en functies je nodig hebt.

Bijvoorbeeld, de Raspberry Pi CM4 naar PI4B Adapter gevonden op AliExpress kan uw CM4 ombouwen tot een Raspberry Pi 4 met de dubbele micro-HDMI, 4x USB 3.0, GPIO, CSI en ethernet.

De Chipsee AIO-CM4-156 gaat nog een stap verder. De belangrijkste toevoeging hier is het NVMe SSD slot, dat als opslagoplossing nog beter is dan de eMMC op de Compute Module 4. Dan zijn er nog de standaard poorten die je van een desktop zou verwachten: USB-poorten, USB-C OTG-poort, HDMI-uitgang, ethernetpoort, microSD-slot, audio-uitgang en GPIO.

De Raspberry Pi CM4 voeden (met IO Board)

De voeding van de CM4 is een beetje anders dan die van alle andere Raspberry Pis.

Op de Raspberry Pi Zero, Pico en Pi 4 kunt u ze van stroom voorzien via de microUSB- of USB-C-ingang.

Op het CM4 IO Board heb je een heleboel keuzes over hoe je het bord van stroom wilt voorzien.

Aansluitingen voor de voeding van de rekenmodule 4

Laten we het eerst hebben over connectoren.

Op het Raspberry Pi CM4 IO Board, zijn er twee connectoren gemarkeerd als J19 en J20. Laten we ze apart bespreken.

Hoofdingang PSU: J19 connector

U kunt de Raspberry Pi IO board op een voeding aansluiten via de barrel connector.

Hij is geschikt voor een 5,5×2,1 mm DC barrel tip-connector. Deze connectoren worden vaak gebruikt op routers, laptops, opladers en veel elektronica.

U moet 12V leveren, tenzij u niet van plan bent om de PCIe-sleuf, de externe PSU-connector of een 12V-ventilator te gebruiken, in welk geval u hem kunt voeden met 7,5V tot 28V. Hier is de exacte formulering uit de Raspberry Pi CM4 datasheet,

"De +12V-ingang voedt de +12V PCIe-sleuf, de externe PSU-connector en de ventilatorconnector rechtstreeks. Als deze niet worden gebruikt, is een bredere ingangsvoeding mogelijk (+7,5V tot +28V)"

J20 "Berg" connector

J20 gebruikt de "Berg" connector, onderdeelnummer AMP/TE Connectivity 171822-4 of vergelijkbaar. U kunt deze ook vinden in oude computervoorzieningen die een floppy disk voeding hebben.

J20 dient twee doelen. Laten we beginnen met hoe je je CM4 kunt voeden met deze connector.

U moet 12V leveren via de gele draad. De rode draad mag geen 5V krijgen.

De andere toepassing van J20 is om als voeding te dienen voor PCIe randapparatuur. Zoals vermeld in de CM4 datasheet,

"Met een +12V voeding via de DC barrel jack, is de externe PSU connector (J20 met +5V en +12V) ideaal om aan te sluiten op PCIe kaarten die een externe PSU nodig hebben. U moet ervoor zorgen dat de PSU's niet worden overbelast"

Hoeveel stroom?

Raspberry Pi heeft geen aanbevolen voeding voor de CM4 en IO board.

Ze stellen voor om 9W (bij 12V) te begroten voor de CM4 en dan nog wat headroom toe te voegen voor randapparatuur die op de CM4 is aangesloten.

Plaatsing van de CM4 in de IO kaart

Om uw Raspberry Pi CM4 in het IO board te steken, moet deze in de juiste richting staan.

De afbeelding hierboven laat zien hoe de Raspberry Pi CM4 in het IO bord gaat.

Het belangrijkste is dat u er rekening mee houdt dat het Raspberry Pi-logo verder van de PCIe-printplaat verwijderd moet zijn. Met andere woorden, de UFL-poort (externe draadloze antenne) moet dichter bij de PCIe-poort zitten.

Druk op de Compute Module en u zou twee klikken moeten horen om aan te geven dat beide rails zijn ingesteld.

Kijk naar het profiel van de CM4 en de IO kaart en zorg dat ze parallel aan elkaar staan. Is dat niet het geval, dan is een rail er niet goed ingedrukt.

Een OS naar de CM4 met IO kaart schrijven

De IO kaart heeft een SD-kaartsleuf... maar de enige keer dat u deze SD-kaartsleuf zult gebruiken is als u een CM4Lite zonder geïntegreerde eMMC opslag hebt gekocht.

Als u de Lite-versie hebt, is het net zo eenvoudig als het flashen van een microSD-kaart, net als bij een gewone Raspberry Pi.

Het is echter mogelijk dat u de niet-Lite versie hebt, die een paar extra stappen vereist voordat u de eMMC opslag kunt mounten.

Je zult nodig hebben:

• Jumper voor kortsluiting J2
• MicroUSB-kabel voor aansluiting op uw PC
• Stroomvoorziening

Uitschakelen eMMC boot

Als je een eMMC hebt, moet je eMMC boot uitschakelen, zodat je de CM4 als een verwisselbare schijf kunt mounten. Doe dat door een jumper op de eerste kolom van J2 te zetten. J2 bevindt zich tussen de CM4 en de bevestigingspunten van de camera/display kabel.

U kunt een vrouwelijke doorverbindingsdraad gebruiken die in veel startpakketten verkrijgbaar is of u kunt speciaal voor dit doel een "kortsluitingsverbindingsdraad" kopen.

Haal rpiboot

Als je een SD kaart flasht, is het super eenvoudig. Je stopt hem in je computer en het is klaar.

Maar omdat het hier om de eMMC versies van de CM4's gaat, heb je rpiboot nodig, waarmee je CM4 als verwisselbare schijf kan worden gelezen.

De Github repo voor rpiboot is hier.

CM4 monteren in Windows

Als je Windows hebt, ga je gang en download de rpiboot release hier.

Pak dan het ZIP bestand uit en ga naar de win32 directory, en voer rpiboot_setup.exe uit.

Windows Defender kan verschijnen met de melding dat sideloaded software gevaarlijk kan zijn. Omzeil gewoon de waarschuwing.

Als de voeding van de CM4 en de microUSB (J11) nog niet zijn aangesloten, doe dat dan nu, en sluit de USB aan op uw PC.

Start rpiboot. Na de installer, zou je het moeten kunnen vinden in je start menu.

Laat het zijn stappen doorlopen en je zult dit zien:

Waiting for BCM2835/6/7/2711...
Loading embedded: bootcode4.bin
Sending bootcode.bin
Successful read 4 bytes
Waiting for BCM2835/6/7/2711...
Loading embedded: bootcode4.bin
Second stage boot server
Loading embedded: start4.elf
File read: start4.elf
Second stage boot server done

Het zal zichzelf uitschakelen en het volume van de CM4 zal verschijnen.

Hier is hoe het eruit ziet in Raspberry Pi Imager.

Flits weg, mensen!

CM4 monteren in Linux

De instructies op de rpiboot Github repo leggen het duidelijk uit. Uitvoeren:

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

Raspberry Pi suggereert dat je er zeker van moet zijn dat de systeemdatum correct is ingesteld, anders zou Git een fout kunnen geven.

CM4 op macOS

Op een macOS, zijn de stappen hetzelfde. Volgens de Github repo, zijn dit de stappen,

git clone --depth=1 https://github.com/raspberrypi/usbboot
cd usbboot
brew install libusb
brew install pkg-config
make
sudo ./rpiboot

Raspberry Pi CM4 projecten

De Raspberry Pi CM4 levert het brein voor een project en mensen hebben het gebruikt voor vrijetijds- en werkdoeleinden. Hier zijn enkele projecten.

Spelen: CM4 handheld

Dit doet me denken aan de Pi 400, maar dan in handheld spelconsole formaat.

De Raspberry Pi CM4 handheld komt van Daniel Juckett die hem de bijnaam "Aegis" gaf.

Op deze handheld demonstreerde Daniel dat je via Retropie games als Deus Ex: Mankind Divided en Doom 2016 met Moonlight kunt spelen. Je kunt er ook mee surfen op het web en YouTube-video's bekijken.

Aegis is een open source project en u kunt de Github hier bekijken.

Met de CM4 kon Daniel de indeling van de poorten aanpassen (in tegenstelling tot een Pi 4 met een vaste poortindeling). Voor het scherm gebruikte hij het officiële Raspberry Pi 7″-scherm. Voor de controllers gebruikte hij Wii U-knoppen en joysticks. En ten slotte gebruikte hij ook luidsprekers en rumble-motoren.

Persoonlijk computergebruik: PiTray mini

Als u de Raspberry Pi 4 mooi vindt, maar liever een meer bruikbaar systeem hebt, dan kunt u overwegen om de PiTray mini, ontworpen door Shengyuan Fang, Weihong Guan en verkocht door Sourcekit.

De grootte van het bord is vergelijkbaar met de Raspberry Pi 4, maar het is geen 1:1 vervanging voor de Pi 4.

Zoals u kunt zien, zijn er de goede oude GPIO, ethernet en microSD-sleuf, maar u krijgt slechts een enkele USB-poort en een standaard HDMI-poort (in tegenstelling tot de 4 USB-poorten en 2 microHDMI op de Pi 4). U krijgt ook niet de DSI, CSI, audio jack of USB 3.0 hubs.

Dit kan gebruikt worden voor het bouwen van clusters en om de voordelen van de eMMC van de CM4 ten opzichte van de SD-kaart van de Pi 4 te benutten voor meer stabiliteit en snelheid.

De PiTray is een budgetgerichte oplossing in vergelijking met het officiële IO-bord, omdat het veel goedkoper is.

Zelf gehoste server: Turing Pi 2

De Turing Pi 2 is een eenvoudige oplossing voor mensen die hun eigen servers willen hosten en diensten willen draaien zoals een thuisassistent, media streaming, gaming servers, VPN's, IoT server, en nog veel meer.

Door gebruik te maken van de Raspberry Pi CM4, kunt u naar boven of beneden schalen, afhankelijk van de belasting van uw server. Dit heeft als voordeel dat uw server zo uitgerust is als nodig is om zijn taken uit te voeren, terwijl u er zeker van kunt zijn dat hij niet overbelast wordt.

Wat kan ik doen met de PCIe-sleuf?

Theoretisch kunt u elke kaart installeren die PCIe gebruikt.

Dit omvat grafische kaarten, opslagkaarten via M.2, NVMe of SATA, WiFi-kaarten, USB-kaarten, en nog veel meer.

De beperkende factor is de compatibiliteit met de CM4, het OS en de beschikbaarheid van drivers.

Grafische kaarten zijn bijvoorbeeld over het algemeen moeilijker te gebruiken op het IO Board dan iets eenvoudigers als een USB kaart. De eerste heeft bijna altijd een driver nodig en functionaliteit is niet gegarandeerd, terwijl de tweede geen drivers nodig heeft en u volledige functionaliteit krijgt.

Een volledige lijst is samengesteld door Jeff Geerling, hier beschikbaar. Op deze website vindt u de volgende categorieën PCIe-kaarten:

• GPU's (grafische kaarten)
• USB-kaarten
• M.2- en NVMe-adapters
• Netwerkkaarten (NIC's) en WiFi-adapters
• Multimedia (A/V) en geluidskaarten
• SATA kaarten en opslag
• PCIe-schakelaars en -adapters
• Andere kaarten (FireWire, tijdkaart, enz.)

Alternatieve drager boards voor de officiële IO Board

Er zijn veel draagkaarten die verschillende poorten en functies bieden aan de IO Board.

U kunt een compilatie van drager boards die misschien beter zijn voor uw gebruik geval hier.

CM4 en IO Board galerij

Officieel IO bord

Waar kan ik een CM4 kopen?

U kunt CM4 borden kopen op onze zustersite, buyzero.de.

Computermodule 4 (CM4)

CM4IO Board voor rekenmodule 4 (CM4 Evaluatie Board)

Antennekit voor rekenmodule 4 (CM4 Antennekit)

Industriële gebruikers: CM4 bulkorders en oplossingen

Als u een industriële gebruiker van de CM4 bent en software- en hardwareoplossingen nodig hebt, moet u neem contact met ons op voor bulkbestellingen en advies.

Wij kunnen software- en hardwareoplossingen op maat ontwerpen rond de CM4.

In dit tijdperk van schaarste wijzen wij altijd een deel van onze CM4-voorraad toe voor ontwerp- en onderzoeksdoeleinden.

Wil je meer weten over andere Raspberry Pi-producten? Bekijk dan ons artikel over de Raspberry Pi Pico W, hier.