Что такое вычислительный модуль Raspberry Pi Compute Module 4 (CM4)?

Если вы новичок в серии микрокомпьютеров Raspberry Pi, вам может быть интересно, подойдет ли вам вычислительный модуль Raspberry Pi Compute Module 4 (CM4).

Что такое Raspberry Pi CM4?

Вычислительный модуль Raspberry Pi 4 очень похож на Raspberry Pi 4.

В отличие от Pi 4, CM4 действительно предназначен в качестве основы для создания встраиваемых приложений. Его можно рассматривать как внутренности Raspberry Pi 4 без лишних функций.

Если вы хотите быстро создать прототип, вы можете использовать плату Raspberry Pi CM4 IO, которая предоставляет все интерфейсы, доступные на Raspberry Pi CM4, включая слот PCI Express Gen 2, который вы не получите на Raspberry Pi 4.

В конечном счете, вся цель CM4 заключается в том, чтобы вы могли внедрить его в такие простые проекты, как цифровые вывески, удаленные рабочие столы (тонкие клиенты), автоматизация и роботы.

Промышленные пользователи являются одним из крупнейших целевых рынков для CM4, однако даже малые предприятия и домашние пользователи могут извлечь из него пользу.

Raspberry Pi 4 против Compute Module 4

Ключом к этому является настройка.

Знаете, как некоторым людям нравятся компьютеры Mac, потому что они просто работают? Вы не можете сильно настроить его под себя, но у вас есть уверенность, что он будет работать. С другой стороны, другим нравится собирать свой собственный ПК из деталей разных производителей.

Аналогия объясняет разницу между Pi 4 и CM4.

Когда вы покупаете Raspberry Pi 4, вы получаете 4x USB 3.0, порты Ethernet, разъемы CSI и USB-C для питания среди многих других аспектов, которые предустановлены в Pi 4. Однако эта комбинация работает безупречно.

К Compute Module 4 вы можете приобрести несущую плату, которая позволит вам питать его различными способами, например, через бочковой разъем или разъем USB-C, в зависимости от того, что вы купите. В некоторых ситуациях USB-C на Pi 4 может не подойти - например, если у вас высокопроизводительная установка.

Одно большое отличие Raspberry Pi 4 - возможность приобрести плату-носитель, которая открывает слот PCIe, что открывает гораздо больше возможностей для настройки.

С точки зрения хранения данных, хотя CM4 уже имеет eMMC на большинстве плат, что гораздо надежнее, чем карта microSD на Pi 4, вы можете пойти дальше, добавив SSD с помощью подходящей платы-носителя.

Почему промышленность так любит Pi CM4?

В конечном итоге, все сводится к возможности настройки.

Давайте вернемся к аргументу о том, что CM4 и Pi 4 очень похожи.

Так почему же CM4 выигрывает у обычного Pi 4?

Во-первых, набор портов и функций действительно предназначен для домашнего использования. Например, если вы используете Pi 4 для работы системы полива растений дома, а карта microSD выйдет из строя... что ж, это всего лишь одно растение.

С другой стороны, промышленные потребители могут использовать критически важный компонент на электростанции. Вы не можете просто запустить электростанцию с помощью microSD. На самом деле, именно здесь CM4 оказывается сильнее, поскольку промышленные пользователи могут создавать свои собственные платы с резервированием хранилища, повышенной теплостойкостью, стандартными промышленными вариантами монтажа, пользуясь при этом низким энергопотреблением и малыми размерами CM4.

Сертификация обычно является одной из самых больших статей расходов при получении разрешения на использование системы, и это одна из причин, по которой настраиваемость CM4 делает ее очень привлекательной для промышленных пользователей.

И, возможно, еще одна небольшая причина - это сообщество, которым CM4 превосходит своих конкурентов. Сообщество Raspberry Pi работает вместе, чтобы поддерживать различные программные аспекты ядра в рабочем состоянии, чтобы все в промышленном сообществе могли извлечь выгоду.

В отличие от своих одноплатных конкурентов, где требовалось гораздо больше усилий, чтобы заставить что-то работать на конкретном одноплатном компьютере. В Raspberry Pi CM4 есть поддержка сообщества и преемственность.

Технические характеристики Raspberry Pi CM4

Основные моменты, связанные с Raspberry Pi:

• Broadcom BCM2711 четырехъядерный Cortex-A72 (ARM v8) 64-битный SoC @ 1,5 ГГц
• H.265 (HEVC) (декодирование до 4Kp60), H.264 (декодирование до 1080p60, кодирование 1080p30) 
• OpenGL ES 3.1, Vulkan 1.0
• Опции для 1 ГБ, 2 ГБ, 4 ГБ или 8 ГБ LPDDR4-3200 SDRAM (в зависимости от варианта)
• Опции для флэш-памяти eMMC объемом 0 ГБ ("Lite"), 8 ГБ, 16 ГБ или 32 ГБ (в зависимости от варианта)
• Опция для полностью сертифицированного радиомодуля:
  2,4 ГГц, 5,0 ГГц Беспроводная связь IEEE 802.11 b/g/n/ac;
  Bluetooth 5.0, BLE;
  Встроенный электронный переключатель для выбора внешней антенны или антенны на печатной плате.

32 варианта вычислительного модуля 4

Raspberry Pi CM4 имеет 32 варианта, различающихся объемом оперативной памяти, возможностью подключения к беспроводной локальной сети и объемом памяти.

На самом деле, вы можете увидеть доступные комбинации и соответствующие цены (в евро) в нашем магазине.

Является ли Raspberry Pi CM4 заменой обычной Pi?

Для общего использования лучше использовать обычный Raspberry Pi 4.

Вы можете сделать все то же самое с помощью Raspberry Pi CM4 плюс плата CM4IO, которая дает вам такие разъемы, как HDMI, Ethernet, USB, контакты GPIO и многие другие разъемы, которые вы найдете на Raspberry Pi.

Однако многие вещи проще на Raspberry Pi 4 по сравнению с платой CM4 plus IO:

Тем не менее, есть и другие платы-носители, которые больше подходят для превращения CM4 в настольный компьютер.

На самом деле, именно в этом и заключается преимущество CM4. Вы можете подключать его к различным платам в зависимости от того, какие порты и функции вам нужны.

Например. Адаптер Raspberry Pi CM4 к PI4B найден на AliExpress может превратить ваш CM4 в Raspberry Pi 4 с двойным micro-HDMI, 4x USB 3.0, GPIO, CSI и ethernet.

Сайт Chipsee AIO-CM4-156 делает еще один шаг вперед. Ключевым дополнением здесь является слот для NVMe SSD, который даже лучше в качестве решения для хранения данных, чем eMMC на Compute Module 4. Далее имеются стандартные порты, которые вы ожидаете от настольного ПК: порты USB, порт USB-C OTG, выход HDMI, порт Ethernet, слот microSD, аудиовыход и GPIO.

Питание Raspberry Pi CM4 (с платой IO)

Питание CM4 немного отличается от всех других Raspberry Pis.

На Raspberry Pi Zero, Pico и Pi 4 питание осуществляется через вход microUSB или USB-C.

На плате CM4 IO Board у вас есть несколько вариантов того, как вы хотите запитать плату.

Разъемы для питания вычислительного модуля 4

Во-первых, давайте поговорим о разъемах.

На плате ввода-вывода Raspberry Pi CM4 есть два разъема, обозначенные как J19 и J20. Давайте поговорим о них отдельно.

Вход главного блока питания: Бочкообразный разъем J19

Плату Raspberry Pi IO можно подключить к источнику питания через бочкообразный разъем.

К нему подходит разъем 5,5×2,1 мм с бочкообразным наконечником постоянного тока. Эти разъемы очень часто используются в маршрутизаторах, ноутбуках, зарядных устройствах и многих электронных устройствах.

Вы должны подавать 12 В, если вы не планируете использовать слот PCIe, разъем внешнего БП или вентилятор на 12 В, в этом случае вы можете питать его напряжением от 7,5 В до 28 В. Вот точная формулировка из технического описания Raspberry Pi CM4,

"Вход +12 В подает +12 В на слот PCIe, разъем внешнего БП и разъем вентилятора напрямую. Если они не используются, то можно использовать более широкий вход (от +7,5 В до +28 В)".

Разъем J20 "Berg"

J20 использует разъем "Berg", номер детали AMP/TE Connectivity 171822-4 или аналогичный. Их также можно найти в старых компьютерных блоках питания для дискет.

J20 служит для двух целей. Начнем с того, как можно запитать CM4 с помощью этого разъема.

Через желтый провод необходимо подать напряжение 12 В. Не подавайте питание 5 В на красный провод.

Другой вариант использования J20 - в качестве источника питания для периферийных устройств PCIe. Как указано в техническом описании CM4,

"С питанием +12 В через гнездо DC barrel, разъем внешнего БП (J20 с +5 В и +12 В) идеально подходит для подключения к картам PCIe, которым требуется внешний БП. Следует убедиться, что БП не перегружен".

Сколько тока?

В Raspberry Pi нет рекомендованного источника питания для CM4 и платы IO.

Они предлагают выделить 9 Вт (при 12 В) для CM4, а затем добавить немного резерва для периферийных устройств, подключенных к CM4.

Установка CM4 в плату ввода-вывода

Чтобы вставить ваш Raspberry Pi CM4 в плату IO, она должна быть расположена в правильном направлении.

На изображении выше показано, как Raspberry Pi CM4 будет вставляться в плату IO.

Главное - обратить внимание на то, что логотип Raspberry Pi должен находиться дальше от платы PCIe. Другими словами, порт UFL (внешняя беспроводная антенна) должен быть ближе к PCIe.

Нажмите на вычислительный модуль, и вы должны услышать два щелчка, указывающие на то, что обе направляющие установлены.

Обратите внимание на профиль CM4 и платы IO и убедитесь, что они параллельны друг другу. Если они не параллельны, это указывает на то, что одна направляющая не была прижата должным образом.

Запись ОС в CM4 с платой IO

На плате IO есть слот для SD-карты... но единственный случай, когда вы будете использовать этот слот для SD-карты, это если вы купили CM4Lite без встроенной памяти eMMC.

Если у вас версия Lite, это так же просто, как прошивка карты microSD, как и для обычной Raspberry Pi.

Однако у вас может быть версия не Lite, в которой требуется выполнить еще несколько шагов, прежде чем вы сможете подключить хранилище eMMC.

Вам понадобятся:

• Перемычка для замыкания J2
• Кабель MicroUSB для подключения к компьютеру
• Электропитание

Отключить загрузку eMMC

Если у вас есть eMMC, необходимо отключить загрузку eMMC, чтобы можно было подключить CM4 как съемный диск. Для этого добавьте перемычку в первый столбец J2. J2 расположен между CM4 и точками крепления кабеля камеры/дисплея.

Вы можете использовать провод с перемычкой между вилкой и вилкой, имеющийся во многих стартовых наборах, или купить "замыкающую перемычку" специально для этой цели.

Получить rpiboot

Когда вы прошиваете SD-карту, это очень просто. Вы вставляете ее в компьютер, и все готово.

Однако, поскольку мы говорим о eMMC-версиях CM4, вам понадобится rpiboot, который позволяет читать CM4 как съемный диск.

Сайт Github репозиторий для rpiboot находится здесь.

Монтирование CM4 в Windows

Если у вас Windows, перейдите к скачать релиз rpiboot здесь.

Затем распакуйте ZIP-файл, перейдите в каталог win32 и запустите файл rpiboot_setup.exe.

В Windows Defender может появиться сообщение о том, что загружаемое сбоку программное обеспечение может быть опасным. Просто пропустите это предупреждение.

Если питание CM4 и microUSB (J11) не подключены, сделайте это сейчас и подключите USB к компьютеру.

Запустите программу rpiboot. После установки программы вы должны найти ее в меню "Пуск".

Дайте ему пройти через все шаги, и вы увидите следующее:

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

Он автоматически отключится, и вы увидите, что громкость CM4 увеличилась.

Вот как это выглядит в программе Raspberry Pi Imager.

Вспыхните, друзья!

Монтирование CM4 в Linux

Инструкции в репозитории rpiboot на Github объясняют это наглядно. Выполните:

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 предлагает убедиться, что системная дата установлена правильно, иначе Git может выдать ошибку.

CM4 на macOS

На macOS действия аналогичны. Согласно репозиторию Github, вот шаги,

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

Проекты Raspberry Pi CM4

Raspberry Pi CM4 является мозгом для проекта, и люди используют его для отдыха и работы. Вот некоторые проекты.

Игровые: Портативный компьютер CM4

Это напоминает мне Pi 400, но в формате портативной игровой консоли.

Портативный компьютер Raspberry Pi CM4 разработан Дэниелом Джакеттом, который прозвал его "Эгидой".

На этом портативном компьютере Дэниел продемонстрировал, что через Retropie можно играть в такие игры, как Deus Ex: Mankind Divided и Doom 2016 с Moonlight. Вы также можете работать в Интернете и смотреть видео на YouTube.

Aegis является проектом с открытым исходным кодом и вы можете посмотреть на Github здесь.

Используя CM4, Дэниел смог настроить расположение портов (в отличие от Pi 4 с фиксированным расположением портов). В качестве экрана он использовал официальный дисплей Raspberry Pi 7″. Для контроллеров он использовал кнопки и джойстики Wii U. И, наконец, он также использовал динамики и гулкие моторы.

Персональные вычисления: PiTray mini

Если вам нравится Raspberry Pi 4, но вы предпочитаете иметь более удобную для использования систему, тогда вы можете рассмотреть возможность использования PiTray mini, разработанный Shengyuan Fang, Weihong Guan и продаваемый Sourcekit.

Размер платы аналогичен Raspberry Pi 4, но это не замена Pi 4 в соотношении 1:1.

Как вы можете видеть, здесь есть старые добрые GPIO, Ethernet и слот microSD, но вы получаете только один порт USB и стандартный порт HDMI (в отличие от 4 портов USB и 2 microHDMI на Pi 4). Вы также не получите DSI, CSI, аудиоразъем или концентраторы USB 3.0.

В некоторых случаях это необходимо для создания кластеров и использования преимуществ eMMC CM4 перед SD-картой Pi 4 для большей стабильности и скорости.

PiTray является бюджетным решением по сравнению с официальной платой IO, так как стоит гораздо дешевле.

Самостоятельный сервер: Turing Pi 2

Turing Pi 2 - это простое решение для тех, кто хочет разместить собственные серверы и запустить такие сервисы, как домашний помощник, потоковое мультимедиа, игровые серверы, VPN, IoT-сервер и многое другое.

Используя Raspberry Pi CM4, вы можете увеличивать или уменьшать масштаб в зависимости от нагрузки на ваш сервер. Преимущество этого способа заключается в том, что ваш сервер оснащен настолько, насколько это необходимо для выполнения его задач, и в то же время он не перегружен.

Что можно сделать со слотом PCIe?

Теоретически, вы можете установить любую карту, использующую PCIe.

Сюда входят видеокарты, карты хранения данных через M.2, NVMe или SATA, карты WiFi, карты USB и многое другое.

Ограничивающим фактором является совместимость с CM4, наличие ОС и драйверов.

Например, графические карты обычно сложнее запустить на IO Board, чем что-то более простое, например, USB-карту. Для первой почти всегда требуется драйвер, и функциональность не гарантируется, тогда как для второй не требуется никаких драйверов, и вы получаете полную функциональность.

Полный список был составлен Джеффом Гирлингом и доступен здесь. На этом сайте перечислены следующие категории карт PCIe:

• GPU (графические карты)
• USB-карты
• Адаптеры M.2 и NVMe
• Сетевые карты (NIC) и адаптеры WiFi
• Мультимедийные (A/V) и звуковые карты
• Карты SATA и накопители
• Коммутаторы и адаптеры PCIe
• Другие карты (FireWire, тайм-карты и т.д.)

Платы, альтернативные официальной плате IO Board

Существует множество плат-носителей, которые обеспечивают различные порты и функции платы IO.

Вы можете найти компиляция плат-носителей, которые могут лучше подойти для вашего случая использования, здесь.

Галерея плат CM4 и IO

Официальная плата ввода-вывода

Где можно приобрести CM4?

Вы можете приобрести платы CM4 на нашем родственном сайте, buyzero.de.

Вычислительный модуль 4 (CM4)

Плата CM4IO для вычислительного модуля 4 (оценочная плата CM4)

Комплект антенн для вычислительного модуля 4 (CM4 Antenna Kit)

Промышленные пользователи: Оптовые заказы и решения CM4

Если вы являетесь промышленным пользователем CM4 и нуждаетесь в программных и аппаратных решениях, вам следует свяжитесь с нами для получения оптовых заказов и консультаций.

Мы можем разработать индивидуальные программные и аппаратные решения для CM4.

В эпоху дефицита мы всегда выделяем часть запасов CM4 на проектные и исследовательские цели.

Хотите узнать о других продуктах Raspberry Pi? Ознакомьтесь с нашей статьей о Raspberry Pi Pico W, здесь.