Что можно делать с помощью вычислительного модуля 4

Вычислительный модуль Raspberry Pi Compute Module 4 (CM4) - это фантастическая маленькая плата, которая является родственником семейство Raspberry Pi 4, о котором мы рассказывали на прошлой неделе.

А в прошлом году мы опубликовали статью об основах работы вычислительного модуля 4 здесь. Но за последние полтора года произошло очень много событий, поэтому мы хотели рассказать о Compute Module 4 и обо всем, что можно будет сделать с его помощью в 2023 году.

В конце концов, вычислительные модули предназначены для тех, кто хочет сделать свою собственную печатную плату. И Raspberry Pi также выпускает официальные платы ввода-вывода, которые помогут вам в этом начинании!

Многие считают, что они предназначены для производителей и энтузиастов. Они говорят что-то вроде: "А-а-а, вычислительные модули - это только для промышленности". И это, конечно, разумно, поскольку производители и энтузиасты не всегда сами изготавливают печатные платы.

Но в этой статье я хочу доказать, что ВЫ еще многое можете сделать с помощью Вычислительный модуль Raspberry Pi 4.

Прежде чем приступить к работе, следует сказать, что проекты Compute Module 4, как правило, не очень удобны для начинающих. Однако если у вас есть решимость, то они обязательно пригодятся вам во многих проектах!

История

Для начала стоит кратко остановиться на истории предложений вычислительных модулей от Raspberry Pi.

Начальный вычислительный модуль была представлена в 2014 году компанией Raspberry Pi Ltd.

Как я уже говорил выше, идея создания вычислительного модуля заключалась в том, чтобы создать нечто более настраиваемое и более устойчивое к внешним воздействиям. Таким образом, люди и компании смогут создавать печатные платы, которые им нужны, и при этом получать вычислительную мощность Raspberry Pi.

Таким образом, вы можете использовать аппаратное и программное обеспечение Raspberry Pi в своей собственной системе и форме.

Кроме того, вычислительные модули имеют дополнительные интерфейсы ввода-вывода и могут комплектоваться специальной флэш-памятью.

После Compute Module 1 появились Compute Module 3 и Compute Module 3 Lite. Затем последовали Compute Module 3+ и Compute Module 3+ Lite.

Модель 3+ соответствовала обновлению Raspberry Pi 3 B до Raspberry Pi 3 B+, которое в основном заключалось в увеличении тактовой частоты процессора с 1200 МГц до 1400 МГц и улучшении сетевых возможностей.

А версии Lite - это модули, поставляемые без флэш-памяти eMMC.

И вот 19 октября 2020 года состоялся релиз вычислительного модуля Raspberry Pi Compute Module 4.

Технические характеристики CM4

Как и Raspberry Pi 4, Compute Module 4 является сверхмощным и превосходит Compute Module 3+ практически по всем параметрам.

Как и в Raspberry Pi 4, в нем используется чип Broadcom BCM2711, предлагающий четырехъядерную 64-разрядную систему на кристалле ARM Cortex-A72 (ARM v8) с тактовой частотой 1,5 ГГц.

Кроме того, в ней имеются вариации LPDDR4-3200 SDRAM с ECC, что означает, что вы можете получить модель с 1, 2, 4 или даже 8 Гбайт оперативной памяти.

В Compute Module 4 также может быть установлен модуль Cypress CYW43455 для WiFi и Bluetooth. Так что если вас интересуют WiFi 2,4 ГГц или 5,0 ГГц и Bluetooth 5.0 или BLE, то это вариант для вас.

Он принимает одно питание +5 В, а затем может питать периферийные устройства током 600 мА при напряжениях +3,3 В и +1,8 В.

На задней панели CM4 можно увидеть два 100-контактных разъема для подключения к плате. Это основные разъемы для подключения CM4 к выбранной вами печатной плате.

И, наконец, следует отметить, что Compute Module 4 будет выпускаться как минимум до января 2031 года. В то время как Raspberry Pi 4 гарантированно будет выпускаться только до января 2026 года, разница в надежности особенно очевидна.

Вычислительный модуль против Raspberry Pi

В чем разница между Raspberry Pi 4 и Compute Module 4?

Разве вычислительный модуль - это не просто Raspberry Pi без портов?

И да, и нет. Есть три ключевых момента, которые может предложить вам CM4:

• Флэш-память eMMC
• интерфейс PCIe
• подключение внешней антенны

Стоит кратко остановиться на всех этих трех аспектах.

eMMC расшифровывается как embedded MultiMediaCard. Это тип энергонезависимой флэш-памяти, широко используемый в небольших устройствах, таких как смартфоны, планшеты и одноплатные компьютеры, например Compute Module 4.

CM4 имеет встроенную микросхему памяти eMMC, емкость которой может варьироваться. Как я уже упоминал выше, Compute Module Lites не поставляется с eMMC-накопителем. Но важно то, что eMMC гораздо быстрее и надежнее, чем карты micro SD, которые требуются для обычных Raspberry Pi.

PCIe расшифровывается как Peripheral Component Interconnect Express. Это высокоскоростной интерфейс для подключения аппаратных компонентов внутри компьютера. Compute Module 4 поддерживает PCIe через свои выводы GPIO (General-Purpose Input/Output).

Это означает, что к CM4 можно подключать внешние устройства PCIe, например твердотельные накопители (SSD), видеокарты или другие платы расширения. С помощью PCIe можно добиться невероятно высоких скоростей передачи данных.

Репозиторий PCIe GitHub Джеффа Гирлинга

Теперь о внешней антенне, которая может быть подключена к CM4 для улучшения возможностей беспроводной связи.

Конечно, некоторые варианты Compute Module 4 оснащаются встроенными модулями Wi-Fi и Bluetooth.

Однако для расширения возможностей беспроводной связи и увеличения радиуса действия можно подключить внешнюю антенну к антенным разъемам CM4.

Помимо этих трех основных отличий, есть еще две заметные особенности, которые отличают Compute Module от стандартного Raspberry Pi 4.

Кроме того, он более устойчив к перепадам температур. Рабочая температура Raspberry Pi 4 находится в диапазоне от 0°C до 50°C. Рабочая температура вычислительного модуля 4 составляет от -25°C до 80°C. Очевидно, что это огромная разница.

Хотя, если вы хотите протестировать CM4 при температуре плавления, я полагаю, что вы можете проверить Радиатор Waveshare CM4.

Вы также могли заметить из нашей статьи "Все, что нужно знать о Raspberry Pi 4", что 9 ноября 2021 года тактовая частота Raspberry Pi 4 была увеличена с 1,5 ГГц до 1,8 ГГц по умолчанию.

Однако эта модернизация не распространялась на CM4. Как отметил Эбен уточняется в комментариях к посту:

Следует отметить одну особенность, которой CM4 лишен по сравнению с Raspberry Pi 4, - это порт USB 3.0. Хотя Raspberry Pi 4 имеет два порта USB 3.0, в CM4 их нет. Так что это, безусловно, недостаток.

Варианты CM4

Отличительной особенностью Compute Module 4 является то, что можно получить 32 различных варианта платы.

В зависимости от ваших потребностей вы можете решить, нужен ли вам WiFi или нет, какой объем оперативной памяти вы хотите получить и какой объем памяти eMMC вы хотите получить.

Требуется ли Вам беспроводное подключение? Да или нет?

Какой объем оперативной памяти вам нужен? 1 ГБ, 2 ГБ, 4 ГБ или 8 ГБ?

Нужен ли вам eMMC? Если да, то 8 ГБ, 16 ГБ, 32 ГБ?

Опять же, в этом и заключается преимущество CM4 - вы можете настроить его в соответствии с вашими требованиями.

Вычислительный модуль Lite

На этом этапе вас может заинтересовать Compute Module Lite. Если не брать Compute Module 4 с eMMC, то что в нем используется в качестве памяти?

В случае с Compute Module 4 Lite придется использовать карту памяти micro SD. Именно поэтому на официальной плате ввода/вывода Compute Module 4 имеется слот для карты памяти micro SD.

А если вы захотите подключить CM4 к другой плате, то вам нужно будет убедиться, что в нее можно вставить карту памяти micro SD.

Плата CM4IO

Итак, теперь, когда с этим разобрались, поговорим об официальной плате ввода-вывода. плата CM4IO.

Плата CM4IO - это плата с открытым исходным кодом, которая позволяет использовать все возможности и функции вычислительного модуля.

Таким образом, идея заключается в том, что вы можете подключить CM4 к плате и протестировать все возможности вычислительного модуля, прежде чем разрабатывать собственную печатную плату.

Давайте я расскажу о технических характеристиках платы CM4IO, потому что их много.

Прежде всего, это разъем для подключения внешнего питания (+12 В, +5 В), а также два полноразмерных порта HDMI, два порта USB 2.0 и гигабитный Ethernet RJ45 с поддержкой технологии Power over Ethernet (PoE).

Также имеются порт Micro USB, стандартный вентиляторный разъем, слот для карт памяти Micro SD (на случай, если вы выбрали CM4 Lite) и разъем PCIe (Generation 2).

Кроме того, плата CM4IO имеет два разъема MIPI DSI для подключения дисплея и два разъема MIPI CSI для подключения камеры. Она также идеально подходит для стандартного Raspberry Pi HAT и оснащена часами реального времени с гнездом для батарейки.

Следует отметить, что это довольно большая плата, 160 х 90 мм, но это только потому, что в ней есть все, что только можно пожелать для платы ввода-вывода.

Компания Raspberry Pi Ltd. также проявила любезность и сделала плату с открытым исходным кодом, как я уже упоминал выше. Таким образом, вы можете загрузить исходные файлы и отредактировать их в соответствии с желаемыми характеристиками (а также, возможно, сделать плату меньше!).

Проекты

Теперь возникает вопрос на миллион долларов: Что можно вы что делать с вычислительным модулем 4?

Очевидно, что если в вашем проекте могут быть использованы накопители eMMC, интерфейс PCIe или антенна WiFi, то, возможно, имеет смысл использовать Compute Module 4, а не Raspberry Pi 4, например.

Но я хочу показать вам девять действительно фантастических проектов, которые другие уже выполнили с помощью Compute Module 4.

Некоторые из этих проектов имеют открытый исходный код, а некоторые, к сожалению, нет.

Но все они гарантированно вызовут у вас любопытство и вдохновят на строительство!

Проект #1: 3D-принтер с вычислительным модулем

Первый проект - это 3D-принтер, в котором в качестве центрального контроллера используется Compute Module 4. Модуль CM4 подключается к печатной плате, которая управляет всеми функциями принтера.

В качестве примера можно привести Сигмоид Паскаля Вистингаузена S7P. Аналогичный проект можно найти на сайте элемент14.

Недостатком этих устройств является то, что ни одно из них не имеет открытого исходного кода, поэтому придется проявить творческий подход и разработать собственную печатную плату. Но вы можете хотя бы обратиться к ним за вдохновением!

Проект #2: Вычислительный модуль NAS

Сетевое хранилище, или NAS, является очень распространенным вариантом использования CM4, в первую очередь из-за одноканального интерфейса PCIe 2.0, о котором я говорил выше.

Опять же, PCIe обеспечивает быструю и простую передачу данных, что позволяет превратить вычислительный модуль в персональное облако.

В отличие от примеров с 3D-принтерами, этот проект находится в свободном доступе в данный репозиторий CM4 NAS на GitHub. А в репозиторий входят файлы печатных плат. Так что вам нужно просто загрузить их, чтобы получить свою от производителя печатных плат.

Проект #3: Вычислительный модуль TV Stick

Используете ли вы Raspberry Pi в качестве медиацентра или для игр RetroPie?

Затем следует превратить Compute Module 4 в TV Stick. Вы можете получить ту же мощность, что и при использовании Raspberry Pi, и подключить его непосредственно к монитору или телевизору.

Выбросьте кабель HDMI, поскольку плата подключит его за вас. Вы можете найти пример здесь.

К сожалению, этот проект также не является открытым. Но этот проект, несомненно, заставит вас пошевелить мозгами.

Проект #4: Стереоскопическая камера для вычислительного модуля

Однако если говорить о проектах с открытым исходным кодом, то это действительно фантастический проект.

С помощью Compute Module 4 можно создавать 3D-фотографии, записывать стереоскопическое видео и даже создавать роботов с операционной системой Robot Operating Systems на борту. Все это осуществляется с помощью StereoPi вместе с PoE-щитом StereoPi v2.

И StereoPi не так уж далеко от другого стереомикроскопа с открытым исходным кодом под названием Стерео ниндзя. Именно этим и ценно наличие доступа к камере MIPI CSI в CM4.

Его можно реально использовать при работе со стереоскопическими камерами.

Проект #5: Аппаратная модернизация вычислительного модуля

Одной из моих любимых компаний является MNT за их приверженность аппаратному обеспечению с открытым исходным кодом. Например, они создают ноутбуки с полностью открытым исходным кодом, которые можно свободно модифицировать и настраивать.

С этой целью они постоянно рассказывают о том, как люди преобразуют их продукцию. Одним из таких устройств является Compute Module 4. CM4 - это дешевый и простой способ модернизация оборудования.

И, конечно же, для использования CM4 не требуется MNT-устройство.

Но используйте это как вдохновение для модернизации аппаратной части вашего устройства!

Проект #6: Локальный сервер IoT с вычислительным модулем

Одна из возможностей Compute Module 4 - использование его в сервере домашней автоматизации. И здесь, пожалуй, нет ничего более известного, чем Домашний помощник желтого цвета. Этот очень интересный проект начал свою жизнь в виде печатной платы, созданной на народные средства.

Они предлагают сервер домашней автоматизации с открытым исходным кодом, который работает на CM4. Вы можете проверить его и использовать в качестве отправной точки.

Проект #7: киберпалуба с вычислительным модулем

Если вы являетесь заядлым читателем этого блога, то знаете, что мы в pi3g испытываем настоящую страсть к кибердекам, и именно поэтому мы опубликовали так много статей об удивительных кибердеках:

• Ham Radio Cyberdeck
• Механическая клавиатура Cyberdeck
• Терминал Cyberdeck
• Cyber-Tape-Deck
• Мини-кибердэк

Для непосвященных поясню, что кибердеки - это, как правило, портативные компьютеры, призванные быть одновременно полезными и эстетически привлекательными. Это что-то вроде ноутбуков в стиле киберпанк.

И хотя некоторые обращаются к стандартным Raspberry Pis для своих киберпалубных проектов, некоторые показали, что С помощью Compute Module 4 можно создать очень крутой кибердэк..

Проект #8: Кластер вычислительных модулей

На самом деле это один из наиболее популярных вариантов использования вычислительных модулей.

Если требуется одновременная работа нескольких одноцелевых Raspberry Pis, то можно рассмотреть возможность создания кластера вычислительных модулей. Кластер - это несколько Raspberry Pis, соединенных между собой.

Кластеры могут использоваться по разным причинам - распределенные вычисления, веб-серверы, рой Docker, шлюз для IoT или кластер Compute Module можно использовать в качестве NAS-сервера. Можно также использовать его для машинного обучения или тестирования приложений. В общем, возможности безграничны.

Наиболее известным примером кластера с вычислительным модулем, безусловно, является Turing PiВы можете ознакомиться с ним, если хотите получить более подробную информацию.

Проект #9: Модульный компьютер с вычислительным модулем

Мой самый любимый проект с использованием Compute Module 4 - это Pockit - портативный модульный компьютер. В его центре находится плата, на которую можно устанавливать магнитные модули.

Перемещая эти модули, можно создать портативную игровую консоль, светодиодную доску или даже сетевое хранилище с несколькими накопителями. Работа над этим проектом еще не завершена, но демонстрационное видео можно посмотреть здесь:

Это всего лишь девять из десятков и десятков проектов, которые можно создать с помощью вычислительного модуля Raspberry Pi Compute Module 4. Итак, теперь, когда вы почувствовали вдохновение, вы можете приступать к работе над своим следующим проектом CM4!

Где его можно приобрести?

Если у вас его еще нет, то обратитесь к нашей сестринской компании, buyzero.de.

Здесь можно найти вычислительные модули и Raspberry Pis всех видов в наличии.

Кроме того, мы являемся авторизованным реселлером Raspberry Pis. Таким образом, вы получаете полную гарантию их подлинности и качества.

Заключение

Основная мысль, которую я хотел донести до читателей этой статьи, заключается в том, что с помощью вычислительного модуля Raspberry Pi Compute Module 4 можно выполнять множество задач.

Это не только то, что нужно для промышленности, но и то, с чем могут играть производители и энтузиасты.

Эта маленькая плата очень полезна и очень мощна. По мощности она не уступает Raspberry Pi 4, но гораздо прочнее и надежнее.

В итоге, Compute Module 4 - это отличное устройство для вашего следующего проекта!