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Raspberry Pi Compute Module 4: Klein und doch oho

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    Unser Urteil

    Wenn Sie die Fähigkeiten und das Wissen haben, dies in ein Projekt einzubetten, dann sollten Sie das wirklich tun. Wenn nicht, bleib bei einem Raspberry Pi 4.

    Zum

    Beeindruckender Formfaktor
    Mächtig
    Compute Module 4 IO Board ist gut

    Gegen

    Braucht Fähigkeiten, um das Beste daraus zu machen
    Teuer

    Das Raspberry Pi Compute Module 4 war eine kleine Überraschung, als es angekündigt wurde, aber man kann mit Recht sagen, dass es eine angenehme Überraschung war. Das Compute Module 4 vereint die Leistung eines Raspberry Pi 4 in einem noch kleineren Paket und ist ein Produkt, das für die Industrie- und Embedded-Märkte entwickelt wurde. Sicherlich kann ein Bastler das Board gut gebrauchen, aber es gibt ein paar Vorbehalte bei seiner Verwendung.

    Wir haben zwei Compute Module 4-Einheiten von Raspberry Pi Trading erhalten: ein Modul mit 1 GB RAM und 32 GB eMMC und ein Compute Module 4 Lite mit 8 GB RAM und ohne Onboard-Speicher. Wir haben beide auf Herz und Nieren geprüft, einschließlich der Übertaktung ihrer CPUs auf bis zu 2,3 ​​GHz, um das letzte MHz aus ihren Kernen herauszuholen. 

    Design des Rechenmoduls 4

    Das Compute Module 4 misst nur 55 x 40 mm (2,1 x 1,5 Zoll) und ist ein kompaktes Paket für Raspberry Pi 4-Hardware. Der Broadcom BC2711 SoC ist der sichtbarste Aspekt des Boards, und darin haben wir den Quad-Core Cortex-A72 (ARM v8) 64-Bit SoC @ 1,5 GHz. Je nach Modulvariante gibt es Optionen für eingebetteten Flash-Speicher und Wi-Fi / Bluetooth. Boards mit Flash-Speicher haben einen schwarzen Chip direkt über dem SoC, mit einem drahtlosen Chip der Marke Raspberry Pi (RPI-RMO) oben links neben einem optionalen externen Antennenanschluss.

    Das Compute Module 4 unterscheidet sich stark von früheren Modulen, die einen SODIMM-Anschluss übernommen haben. Das Compute Module 4 wird über „zwei hochdichte senkrechte Anschlüsse (einer für Strom- und langsame Schnittstellen und einer für Hochgeschwindigkeitsschnittstellen)“ mit einer Träger-IO-Platine verbunden. Dieser neue Anschluss unterbricht die Kompatibilität mit älteren IO-Boards, aber Unternehmen wie Gumstix haben Adapterboards herausgebracht, um CM4-Module für die Verwendung in älteren IO-Boards umzuwandeln, und ähnliche Adapter werden mit dem Turing Pi 2-Cluster-Computer verwendet. 

    Raspberry Pi Compute Module 4 Spezifikationen 

    SoC
    BCM2711

     
    1,5-GHz-Quad-Core-64-Bit-ARM-Cortex-A72-CPU.

     
    VideoCore VI-Grafik, unterstützt OpenGL ES 3.x mit 4Kp60-Hardware-Decodierung von H.265 (HEVC)-Video.

     
    1080p60-Hardwaredekodierung und 1080p30-Hardwarekodierung von H.264 (AVC)-Video

    RAM
    1 GB, 2 GB, 4 GB oder 8 GB LPDDR4-3200 SDRAM

    Flash-speicher
    Optional 8 GB, 16 GB oder 32 GB eMMC Flash-Speicher

    GPIO
    40 GPIO-Pins, mit bis zu 6 × UART, 6 × I2C und 5 × SPI

    Konnektivität
    Einspurige PCI Express 2.0-Schnittstelle.

     
    Gigabit-Ethernet-PHY mit IEEE 1588-Unterstützung.

     
    2 x USB 2.0-Anschlüsse

     
    Zwei HDMI-Schnittstellen mit Auflösungen bis zu 4K.

     
    Duales MIPI-DSI-Display und duale MIPI-CSI-2-Kameraschnittstellen.

     
    Optional 2,4 GHz und 5 GHz IEEE 802.11b/g/n/ac WLAN und Bluetooth 5.0

    Raspberry Pi Compute Module 4 Varianten 

    Es gibt 32 Varianten des Compute Module 4, die vom 25 $ Compute Module 4 Lite mit 1 GB RAM und ohne Onboard-Speicher oder Wi-Fi bis zum 90 $ Compute Module 4 mit 8 GB RAM, Wi-Fi und 32 GB Onboard-eMMC-Flash-Speicher reichen. Aufgeteilt in zwei Chargen haben wir 16 Module mit und weitere 16 ohne WLAN. Jede Charge hat ein Modell mit 1, 2, 4 und 8 GB RAM und 8, 16 und 32 GB eMMC-Speicheroptionen sowie eine Lite-Option, die den integrierten Speicher weglässt.

    Die Wahl der richtigen Variante hängt von Ihrem geplanten Projekt ab. Da die Compute-Module für Embedded-Projekte konzipiert sind, ermöglicht die Flexibilität, die eine solch erstaunliche Auswahl bietet, dass Projekte für unterschiedliche Verwendungszwecke und Preispunkte entworfen werden können. Es macht keinen Sinn, ein Modul mit 8 GB RAM und 32 GB Speicher zu verwenden, wenn es in der Robotik oder in einfachen Projekten verwendet werden soll.

    Verwendung des Raspberry Pi Compute Module 4 

    Das Compute Module 4 ist, wie andere davor, ein Modul, das eine Trägerplatine benötigt, um verwendet werden zu können. Rechenmodule sind für den Einsatz in eingebetteten Systemen konzipiert. Beispielsweise verwenden einige NEC-Fernseher ein Rechenmodul als Gehirn. Aber wenn wir Projekte rund um das Compute Module entwickeln wollen, dann müssen wir ein Trägerboard wie das offizielle Compute Module IO Board verwenden, das separat für 35 $ erhältlich ist, aber für die Entwicklung unerlässlich ist. 

    Die Entwicklung von Projekten mit dem IO Board bedeutet, dass wir das Compute Module 4 an den Anschluss anschließen und je nachdem, ob wir ein Lite oder ein Modul mit eMMC haben, entweder eine Micro-SD-Karte einlegen und booten oder das eMMC mit einem von Raspberry bereitgestellten Tool flashen Pi Foundation (siehe Ersteinrichtung von Raspberry Pi). 

    Im Betrieb verhält sich das Compute Module 4 wie ein Raspberry Pi 4, das IO-Board verfügt außerdem über einen GPIO-Breakout, der die Verwendung von HATs und Add-On-Boards ermöglicht. Dies zeigt einen Unterschied zwischen früheren Compute Module IO Boards und den neuen. Ältere IO-Boards boten Zugriff auf jeden GPIO-Pin vom Broadcom SoC über ein nicht standardmäßiges GPIO-Layout. Das Compute Module 4 bietet einen herkömmlichen 40-poligen GPIO und einen PoE-Header, und wir haben den GPIO mit einem Pimoroni Explorer HAT Pro getestet und alles funktionierte wie erwartet.

    Wir haben eine Reihe von Stressberry-Tests auf unserem Compute Module 4 und Lite durchgeführt und festgestellt, dass das Compute Module 4 Lite bei 1,5 GHz 33 Grad Celsius war, 7 Grad kühler als unser Standard-Raspberry Pi 4. Das Compute Module 4 lief mit 35 Grad Celsius etwas wärmer . 

    Während des Stressberry-Tests lief das Compute Module 4 bei 67 Grad Celsius, das Lite bei 64 Grad Celsius und unser Standard-Pi 4 bei 65 Grad Celsius. Das ist kein großer Unterschied zwischen dem normalen Pi 4 und den Compute Modules. Wir können das Compute Module 4 und das Lite übertakten, um zusätzliche Leistung herauszuholen, und in unseren Tests haben wir festgestellt, dass das Compute Module 4 Lite auf 2,3 GHz übertakten konnte! 

    Natürlich mussten wir für die Übertaktung eine Kühlung verwenden und in unserem Fall haben wir einen Pimoroni FanShim gehackt, um den SoC direkt zu kühlen. Das IO-Board wird mit einem standardmäßigen 12-V-PC-Gehäuselüfteranschluss (J17) geliefert, der per Software gesteuert werden kann.

    Das Compute Module 4 IO Board 

    Das Compute Module 4 ist nichts ohne eine Trägerplatine, und die offizielle Platine ist die Compute Module 4 IO-Platine, die ein wesentlicher Kauf für Ihre Compute Module 4-Entwicklung ist. Das IO-Board stellt die Verbindungen bereit, die für die Arbeit mit dem Compute Module 4 erforderlich sind. Rund um das IO-Board sehen wir Anschlüsse für zwei offizielle Raspberry Pi-Kameras (V1, V2 und die High Quality Camera), aber Sie müssen die kleineren Kamera-Flexkabel als verwenden verwendet mit dem Raspberry Pi Zero W. Es können auch zwei offizielle Displays gleichzeitig verwendet werden, was wiederum ein kleineres Kabel erfordert.

    Der 40-polige GPIO des Raspberry Pi ist vorhanden und hat das gleiche Layout wie ein typischer Raspberry Pi, was die Verwendung von HATs und Add-on-Boards zusammen mit dem PoE-HAT ermöglicht. An der Seite des Boards befinden sich zwei HDMI-Ports in voller Größe, Gigabit-Ethernet und zwei USB 2.0-Ports. Neben den USB-Anschlüssen befindet sich ein einzelner Micro-USB-Anschluss, der zum Anschließen des IO-Boards an einen Computer verwendet wird, auf dem das eMMC geflasht werden kann. 

    Neben dem Micro-USB-Anschluss befindet sich ein Micro-SD-Kartensteckplatz und eine Aussparung zum Anschließen externer USB-Anschlüsse. Ganz rechts auf der Platine befindet sich ein einzelner DC-Eingang, der die Platine mit 12 V DC versorgt, für die Sie ein qualitativ hochwertiges 12 V DC-Netzteil benötigen. In unseren Tests haben wir eine 12-V-2,5-A-Versorgung verwendet und hatten keine Probleme. 

    Oben rechts auf der Platine befinden sich zwei weiße Anschlüsse. ; J17 ist ein Lüfteranschluss für einen typischen PC-Lüfter, während J20 ein externer Stromversorgungsanschluss ist.

    Der interessanteste Teil des IO-Boards ist der PCIe Gen 2 x1-Steckplatz, der mit kompatiblen Geräten, einschließlich PCIe-SSDs, verwendet werden kann. Im Moment ist dies ein Bereich, mit dem noch experimentiert wird, und unerschrockene Benutzer wie Jeff Geerling arbeiten daran, GPUs und 5-GBP-Ethernet zum Compute Module 4 hinzuzufügen. 

    Anwendungsfälle für das Rechenmodul 4 

    Für Cluster-Computing, wie das Turing Pi 2-Projekt, ist das Compute Module 4 eine außergewöhnlich leistungsstarke Option. 

    Das Compute Module 4 wurde für eingebettete Anwendungen entwickelt. Wenn Ihre Projekte Industrie- oder IoT-Projekte sind, könnten sie vom Compute Module 4 profitieren. Um das Beste aus diesem Board herauszuholen, benötigen Sie die Fähigkeiten, Ihr eigenes Trägerboard zu entwerfen und herzustellen, oder das Wissen, um das richtige auszuwählen und zu kaufen Bausatz.

    Es ist sehr wahrscheinlich, dass unternehmungslustige Unternehmen das Compute Module 4 für den Einsatz in eingebetteten Geräten übernehmen werden. Erwarten Sie eine Menge Handheld-Geräte und Crowdfunding-Projekte, die von diesem kleinen, aber mächtigen Gerät angetrieben werden.

    PCIe und das Rechenmodul 4 

    Das Compute Module 4 IO Board ist das erste Raspberry Pi mit einem exponierten und benutzerkonfigurierbaren PCIe Gen 2 x1-Steckplatz, der es Benutzern ermöglicht, jede kompatible Karte, einschließlich NVMe-Laufwerke, über einen Adapter einzusetzen. 

    Der Raspberry Pi 4 war das erste Board mit einem PCIe-Controller und dieser wurde mit dem VLI805 verbunden, der für zwei USB 3.0-Ports verwendet wurde. Zum Zeitpunkt des Verfassens dieses Artikels werden die Grenzen des PCIe-Ports noch von Hackern wie Jeff Gerrling untersucht. In Geerlings Tests stellte er fest, dass ein Samsung EVO Plus NVMe-Laufwerk siebenmal schneller war als der interne eMMC-Flashspeicher des Compute Module 4. 

    Endeffekt 

    Das Compute Module 4 ist nicht jedermanns Sache. Wenn Sie mit dem Raspberry Pi 4 zufrieden sind, gibt es wenig, was Sie dazu verleiten könnte, das Compute Module 4 zu verwenden kleinen Formfaktor oder möchten direkten Zugriff auf die PCIe-Schnittstelle des Pi haben, dann ist das Compute Module 4 eine sinnvolle Investition. 

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