Co można zrobić z modułem obliczeniowym 4

Raspberry Pi Compute Module 4 (CM4) to fantastyczna mała płytka i przyrodnie rodzeństwo Raspberry Pi. rodzina Raspberry Pi 4, o której mówiliśmy w zeszłym tygodniu.

W zeszłym roku opublikowaliśmy artykuł na temat podstaw Compute Module 4 tutaj. Ale tak wiele wydarzyło się w ciągu ostatniego półtora roku, więc chcieliśmy porozmawiać o Compute Module 4 i wszystkim, co można z nim zrobić w 2023 roku.

W końcu moduły obliczeniowe są przeznaczone dla osób, które chcą stworzyć własną, spersonalizowaną płytkę drukowaną. Raspberry Pi produkuje również oficjalne płytki IO, które pomagają rozpocząć takie przedsięwzięcie!

Wiele osób spisało je na straty dla producentów i entuzjastów. Mówią takie rzeczy, jak "Ahhh, moduły obliczeniowe są tylko dla przemysłu". Jest to oczywiście rozsądne podejście, ponieważ producenci i entuzjaści nie zawsze tworzą własne płytki drukowane.

Ale w tym artykule chcę udowodnić, że wciąż jest wiele rzeczy, które można zrobić za pomocą Raspberry Pi Compute Module 4.

Co prawda, zanim zaczniemy, powinienem powiedzieć, że projekty Compute Module 4 nie są zazwyczaj zbyt przyjazne dla początkujących. Jednakże, jeśli jesteś zdeterminowany, z pewnością przydadzą ci się w wielu projektach!

Historia

Na początek warto przybliżyć krótką historię oferty modułów obliczeniowych Raspberry Pi.

Początkowy moduł obliczeniowy został zaprezentowany w 2014 roku przez firmę Raspberry Pi Ltd..

Jak wspomniałem powyżej, ideą stojącą za Compute Module było stworzenie czegoś nieco bardziej konfigurowalnego i nieco bardziej odpornego. W ten sposób ludzie i firmy mogą tworzyć PCB, które chcą i nadal korzystać z mocy obliczeniowej Raspberry Pi.

Można więc wykorzystać sprzęt i oprogramowanie Raspberry Pi we własnym systemie i formie.

Co więcej, moduły obliczeniowe posiadają dodatkowe interfejsy wejścia-wyjścia i mogą być wyposażone w specjalną pamięć flash.

Po Compute Module 1 pojawił się Compute Module 3 i Compute Module 3 Lite. Następnie pojawiły się Compute Module 3+ i Compute Module 3+ Lite.

Model 3+ odpowiadał aktualizacji Raspberry Pi 3 B do Raspberry Pi 3 B+, która polegała głównie na zwiększeniu taktowania procesora z 1200 MHz do 1400 MHz i poprawie możliwości sieciowych.

Wersje Lite to moduły dostarczane bez pamięci flash eMMC.

A następnie, 19 października 2020 roku, wydano Raspberry Pi Compute Module 4.

Specyfikacja CM4

Podobnie jak Raspberry Pi 4, Compute Module 4 jest super wydajny, przewyższając Compute Module 3+ praktycznie pod każdym względem.

I podobnie jak Raspberry Pi 4, wykorzystuje układ Broadcom BCM2711, oferujący czterordzeniowy ARM Cortex-A72 (ARM v8) 64-bitowy System on a Chip (SoC) o częstotliwości 1,5 GHz.

Posiada on również różne warianty pamięci LPDDR4-3200 SDRAM z ECC, co oznacza, że można go nabyć z 1 GB, 2 GB, 4 GB lub nawet 8 GB pamięci RAM.

Compute Module 4 może również przenosić Cypress CYW43455 dla WiFi i Bluetooth. Jeśli więc jesteś zainteresowany WiFi 2,4 GHz lub 5,0 GHz i Bluetooth 5.0 lub BLE, to jest to opcja dla Ciebie.

Pobiera pojedyncze zasilanie +5 V, a następnie może zasilać urządzenia peryferyjne 600 mA przy +3,3 V i +1,8 V.

Z tyłu CM4 znajdują się dwa 100-pinowe złącza płytka-płytka. Są to podstawowe połączenia do podłączenia CM4 do wybranej płytki drukowanej.

Ostatnią rzeczą, na którą należy zwrócić uwagę, jest to, że Compute Module 4 będzie produkowany co najmniej do stycznia 2031 roku. Biorąc pod uwagę, że Raspberry Pi 4 ma zagwarantowaną produkcję tylko do stycznia 2026 roku, różnica w niezawodności jest szczególnie oczywista.

Moduł obliczeniowy a Raspberry Pi

Jaka jest różnica między Raspberry Pi 4 a Compute Module 4?

Czy Compute Module nie jest po prostu Raspberry Pi bez portów?

I tak, i nie. Istnieją trzy kluczowe rzeczy, które CM4 może ci zaoferować:

• Pamięć flash eMMC
• interfejs PCIe
• podłączenie anteny zewnętrznej

Warto pokrótce zagłębić się we wszystkie trzy z nich.

eMMC to skrót od embedded MultiMediaCard. Jest to rodzaj nieulotnej pamięci flash powszechnie stosowanej w małych urządzeniach, takich jak smartfony, tablety i komputery jednopłytkowe, takie jak Compute Module 4.

CM4 ma wbudowany układ pamięci eMMC, który może mieć różną pojemność. Jak wspomniałem powyżej, Compute Module Lites nie są dostarczane z żadną pamięcią eMMC. Ważne jest jednak to, że pamięć eMMC jest znacznie szybsza i bardziej niezawodna niż karty micro SD potrzebne do typowego Raspberry Pi.

PCIe to skrót od Peripheral Component Interconnect Express. Jest to szybki interfejs do łączenia komponentów sprzętowych wewnątrz komputera. Compute Module 4 obsługuje PCIe poprzez swoje piny GPIO (General-Purpose Input/Output).

Oznacza to, że do CM4 można podłączyć zewnętrzne urządzenia PCIe, takie jak dyski SSD (Solid State Drive), karty graficzne lub inne karty rozszerzeń. Dzięki PCIe można naprawdę uzyskać niewiarygodnie wysokie prędkości transferu danych.

Repozytorium PCIe GitHub Jeffa Geerlinga

Przejdźmy więc do anteny zewnętrznej, którą można podłączyć do CM4, aby poprawić możliwości komunikacji bezprzewodowej.

Oczywiście niektóre warianty Compute Module 4 są wyposażone we wbudowane funkcje Wi-Fi i Bluetooth.

Aby jednak zwiększyć łączność bezprzewodową i zasięg, można podłączyć zewnętrzną antenę do złączy antenowych CM4.

Oprócz tych trzech dużych różnic, istnieją również dwie godne uwagi cechy, które odróżniają Compute Module od standardowego Raspberry Pi 4.

Jest również bardziej odporny na temperaturę. Temperatura pracy Raspberry Pi 4 wynosi od 0°C do 50°C. Temperatura pracy Compute Module 4 wynosi od -25°C do 80°C. To oczywiście ogromna różnica.

Chociaż, jeśli chcesz przetestować CM4 w temperaturach topnienia, przypuszczam, że możesz sprawdzić Radiator Waveshare CM4.

Być może zauważyłeś również w naszym artykule "Wszystko, co musisz wiedzieć o Raspberry Pi 4", że Raspberry Pi 4 zostało zaktualizowane z domyślnej częstotliwości taktowania 1,5 GHz do 1,8 GHz 9 listopada 2021 roku.

Ta aktualizacja nie dotyczyła jednak CM4. Jak powiedział Eben wyjaśnione w komentarzach do postu:

Powinienem wspomnieć o jednej rzeczy, której brakuje CM4 w porównaniu do Raspberry Pi 4, a mianowicie USB 3.0. Chociaż Raspberry Pi 4 ma dwa porty USB 3.0, to CM4 nie ma żadnego. Jest to więc z pewnością wada.

Wariacje CM4

Jedną z rzeczy, która wyróżnia Compute Module 4 jest to, że można uzyskać 32 różne warianty płyty.

W zależności od potrzeb użytkownik może zdecydować, czy chce korzystać z WiFi, ile pamięci RAM i ile pamięci eMMC.

Czy chcesz połączenie bezprzewodowe? Tak czy nie?

Ile pamięci RAM potrzebujesz? 1 GB, 2 GB, 4 GB czy 8 GB?

Czy chcesz pamięć eMMC? Jeśli tak, to czy chcesz 8 GB, 16 GB, 32 GB?

Ponownie, to jest to, co jest tak wspaniałe w CM4, możesz naprawdę dostosować go do swoich dokładnych specyfikacji.

Moduł obliczeniowy Lite

W tym momencie możesz być ciekawy Compute Module Lite. Jeśli nie otrzymasz Compute Module 4 z eMMC, to czego używa on jako pamięci?

Cóż, w przypadku Compute Module 4 Lite będziesz musiał polegać na karcie micro SD. Dlatego też oficjalna płyta I/O dla Compute Module 4 posiada gniazdo na kartę micro SD.

A jeśli chcesz podłączyć CM4 do innej płyty, musisz upewnić się, że możesz również podłączyć do niej kartę micro SD.

Płyta CM4IO

Skoro już to wyjaśniliśmy, porozmawiajmy teraz o oficjalnej karcie I/O. płyta CM4IO.

Płytka CM4IO to płytka typu breakout o otwartym kodzie źródłowym, która umożliwia korzystanie ze wszystkich funkcji modułu obliczeniowego.

Idea jest więc taka, że możesz podłączyć CM4 do płytki, a następnie przetestować wszystko, co potrafi Compute Module, zanim zaprojektujesz własną płytkę drukowaną.

Pozwolę sobie omówić specyfikację płyty CM4IO, ponieważ jest ona bardzo obszerna.

Przede wszystkim otrzymujemy zewnętrzne gniazdo zasilania (+12V, +5V), wraz z dwoma pełnowymiarowymi portami HDMI, dwoma portami USB 2.0 i Gigabit Ethernet RJ45 z obsługą Power over Ethernet (PoE).

Otrzymujesz również port Micro USB, standardowe złącze wentylatora, slot na kartę Micro SD (na wypadek, gdybyś wybrał CM4 Lite) i gniazdo PCIe (generacji 2).

Dodatkowo, płytka CM4IO posiada dwa złącza wyświetlacza MIPI DSI i dwa złącza kamery MIPI CSI. Jest również idealnie skonfigurowana dla standardowego Raspberry Pi HAT i posiada zegar czasu rzeczywistego z gniazdem baterii.

Powinienem tutaj wspomnieć, że jest to dość duża płytka, 160 mm x 90 mm, ale to tylko dlatego, że ma wszystko, czego można chcieć od płytki wejścia-wyjścia.

Raspberry Pi Ltd. było na tyle łaskawe, że udostępniło płytkę jako open-source, o czym wspomniałem powyżej. Można więc pobierz pliki źródłowe i edytować je tak, aby spełniały żądane specyfikacje (a także potencjalnie zmniejszyć planszę!).

Projekty

Teraz pojawia się pytanie za milion dolarów: Co może ty zrobić z modułem obliczeniowym 4?

Oczywiście, jeśli masz projekt, który może skorzystać z pamięci eMMC, interfejsu PCIe lub anteny WiFi, to może mieć sens użycie Compute Module 4 zamiast na przykład Raspberry Pi 4.

Chcę jednak pokazać dziewięć naprawdę fantastycznych projektów, które inni wykonali już specjalnie przy użyciu Compute Module 4.

Niektóre z tych projektów są open-source, a niektóre niestety nie.

Ale wszystkie z nich z pewnością pobudzą twoją ciekawość i zainspirują cię do budowania!

Projekt #1: Drukarka 3D z modułem obliczeniowym

Pierwszy projekt to drukarka 3D, która wykorzystuje Compute Module 4 jako centralny kontroler. CM4 jest więc podłączony do płytki drukowanej, która następnie kontroluje wszystkie funkcje drukarki.

Można to zobaczyć na przykładzie Sigmoid S7P Pascala Wistinghausena. Podobny projekt jest dostępny na stronie element14.

Jedną z ich wad jest to, że żaden z nich nie jest open-source, więc będziesz musiał wykazać się kreatywnością i zaprojektować własną płytkę drukowaną. Ale możesz przynajmniej zwrócić się do nich po inspirację!

Projekt #2: Moduł obliczeniowy NAS

Sieciowa pamięć masowa (NAS) to bardzo popularny przypadek użycia CM4, głównie ze względu na jednopasmowe PCIe 2.0, o którym mówiłem powyżej.

Ponownie, PCIe sprawia, że przesyłanie danych jest bardzo szybkie i łatwe, dzięki czemu można przekształcić moduł obliczeniowy w osobistą chmurę.

W przeciwieństwie do przykładów drukarek 3D, ten projekt jest dostępny za darmo w to repozytorium CM4 NAS w serwisie GitHub. Repozytorium zawiera pliki płytek drukowanych. Wystarczy więc je pobrać, aby uzyskać swoje od producenta PCB.

Projekt #3: Moduł obliczeniowy TV Stick

Czy używasz Raspberry Pi jako centrum multimedialnego lub do grania w gry RetroPie?

Następnie powinieneś przekształcić swój Compute Module 4 w TV Stick. Możesz uzyskać taką samą moc, jaką otrzymujesz z Raspberry Pi i podłączyć go bezpośrednio do monitora lub telewizora.

Wyrzuć kabel HDMI, ponieważ płyta podłączy go za Ciebie. Możesz znaleźć przykład tutaj.

Niestety, ten również nie jest open-source. Ale ten projekt z pewnością pobudzi twój mózg do działania.

Projekt #4: Stereoskopowa kamera w module obliczeniowym

Jeśli jednak chodzi o projekty open-source, ten jest naprawdę fantastyczny.

Korzystając z Compute Module 4, można tworzyć zdjęcia 3D, nagrywać stereoskopowe filmy wideo, a nawet tworzyć roboty z wbudowanymi systemami operacyjnymi robotów. Wszystko to jest możliwe dzięki modułowi StereoPi wraz z StereoPi v2 PoE Shield.

A StereoPi nie jest tak daleko od innego stereomikroskopu o otwartym kodzie źródłowym o nazwie Stereo Ninja. Właśnie to jest tak cenne w dostępie do kamery MIPI CSI z CM4.

Można to naprawdę wykorzystać w kamerach stereoskopowych.

Projekt #5: Aktualizacja sprzętowa modułu obliczeniowego

Jedną z moich ulubionych firm jest MNT ze względu na ich zaangażowanie w sprzęt open-source. Tworzą oni na przykład laptopy, które są całkowicie open-source i są swobodnie dostępne do modyfikacji i dostosowywania.

W tym celu nieustannie dzielą się sposobami, w jakie ludzie przekształcają ich produkty. Jednym z urządzeń, na które niektórzy się zdecydowali, jest Compute Module 4. To, co CM4 może zaoferować, to tani i łatwy sposób na modernizacja sprzętu.

Oczywiście do korzystania z CM4 nie jest potrzebne urządzenie MNT.

Ale wykorzystaj to jako inspirację do ulepszenia sprzętu swojego urządzenia!

Projekt #6: Lokalny serwer IoT z modułem obliczeniowym

Jedną z rzeczy, które można zrobić z Compute Module 4, jest użycie go w serwerze automatyki domowej. I tutaj nie ma chyba nic bardziej znanego niż Asystent domowy żółty. Ten bardzo fajny projekt rozpoczął swoje życie jako niestandardowa płytka drukowana finansowana przez tłum.

Oferują oni serwer automatyki domowej typu open-source, który działa na CM4. Można to sprawdzić i wykorzystać jako punkt wyjścia.

Projekt #7: Moduł obliczeniowy Cyberdeck

Jeśli jesteś zapalonym czytelnikiem tego bloga, to wiesz, że my w pi3g mamy prawdziwą pasję do cyberdecków, dlatego opublikowaliśmy tak wiele artykułów o niesamowitych cyberdeckach:

• Ham Radio Cyberdeck
• Klawiatura mechaniczna Cyberdeck
• Terminal Cyberdeck
• Cyber-Tape-Deck
• Mini Cyberdeck

Dla niewtajemniczonych powinienem wyjaśnić, że cyberdecki to zazwyczaj przenośne komputery, które zostały zaprojektowane tak, aby były zarówno użyteczne, jak i estetyczne. To coś w rodzaju cyberpunkowych laptopów.

Podczas gdy niektórzy ludzie zwracają się ku standardowym Raspberry Pis dla swoich projektów cyberdeck, niektórzy pokazali, że Możesz stworzyć bardzo fajny cyberpokład z modułem Compute Module 4.

Projekt #8: Klaster modułów obliczeniowych

Jest to właściwie jedno z najpopularniejszych zastosowań modułów obliczeniowych.

Jeśli chcesz uruchomić wiele Raspberry Pis jednocześnie, możesz rozważyć zbudowanie klastra modułów obliczeniowych. Klaster to kilka połączonych ze sobą komputerów Raspberry Pis.

Klastry mogą być wykorzystywane do wielu celów - obliczeń rozproszonych, serwerów internetowych, roju Docker, bramy dla IoT lub można użyć klastra Compute Module jako serwera NAS. Można go również wykorzystać do uczenia maszynowego lub testowania aplikacji. Naprawdę, możliwości są nieograniczone.

Najbardziej znanym przykładem klastra Compute Module jest z pewnością Turing Piwięc możesz to sprawdzić, jeśli chcesz uzyskać więcej szczegółów.

Projekt #9: Komputer modułowy z modułem obliczeniowym

Mój ulubiony projekt z Compute Module 4 to Pockit - ręczny komputer modułowy. Koncentruje się on wokół płytki, do której można następnie dodawać moduły magnetyczne.

Moduły te można przemieszczać, tworząc np. przenośną konsolę do gier, tablicę LED, a nawet serwer NAS z wieloma dyskami SSD. Wciąż trwają prace nad tym rozwiązaniem, ale tutaj można obejrzeć film demonstracyjny:

To tylko dziewięć z dziesiątek projektów, które można stworzyć za pomocą Raspberry Pi Compute Module 4. Teraz, gdy czujesz się zainspirowany, możesz rozpocząć pracę nad kolejnym projektem CM4!

Gdzie mogę go zdobyć?

Jeśli jeszcze go nie masz, sprawdź naszą siostrzaną firmę, buyzero.de.

Można tam znaleźć moduły obliczeniowe i Raspberry Pis każdego rodzaju.

Ponadto jesteśmy autoryzowanym sprzedawcą Raspberry Pis. Otrzymujesz więc pełną gwarancję ich autentyczności i jakości.

Wniosek

Najważniejszą kwestią, którą chciałem poruszyć w tym artykule, jest to, że istnieją rzeczy, które można zrobić za pomocą Raspberry Pi Compute Module 4.

To nie tylko coś dla przemysłu, ale także coś, czym mogą bawić się twórcy i entuzjaści.

Ta mała płytka jest super użyteczna i super potężna. Ma moc Raspberry Pi 4, ale jest o wiele trwalsza i bardziej niezawodna.

Podsumowując, Compute Module 4 to świetne urządzenie do następnego projektu!