DFRobot FireBeetle 2 ESP32-P4 AI Development Kit recenzija

Iako smo se pre samo par meseci, pišući recenziju o Olimex ESP32-P4 DevKit-u, skrenuli pažnju na novi Espressif ESP32-P4 SoC, ostavili smo dozu opreza vezanu za njegovu budućnost, svesni da će od fokusa i saradnje kako proizvođača čipa, tako i zajednice zavisiti razvoj ESP32-P4 ekosistema. Danas u rukama imamo još jedan razvojni sistem za ovaj SOC koji nam je za potrebe ove recenzije poslao DFRobot. Kako su oba kita gotovo identičnih dimenzija i na bazi istog čipa, bilo je za očekivati da su im i aplikativne primene identične. Da odmah rešimo dilemu proisteklu pitanjem: Koji DevKit izabrati – Olimex ili DFRobot? – i skratimo muke onih koji bi da nabave jedan od njih. DFRobot na sebi ima i ESP32-C6-MINI-1 modul koji mu omogućava 2.4 GHz Wi-Fi i Bluetooth 5.0 sa brzinama prenosa: 125 Kbps, 500 Kbps, 1 Mbps i 2 Mbps, dok Olimex sa druge strane ima 10/100 Mbps Ethernet, a uz veoma ekonomičnu dogradnju dodatnom PoE pločicom.

Odluka je, dakle na vama u zavisnosti od tipa povezivanja koje vam je potrebno, budući da je cena veoma slična. Olimex ESP32-P4 DevKit sa PoE košta oko $16, dok je DFRobot FireBeetle 2 ESP32-P4 DevKit sa ekspanzionom break-out pločom nešto povoljniji i može se nabaviti za oko $14.

FireBeetle 2 ESP32-P4 ekspanziona ploča sa gornje strane ima dva GPIO hedera u koje se utiskuje FireBeetle 2, a sa njega su odvedene linije ka desnoj polovini ploče. Imamo 17 trostrukih hedera za GPIO linije koje čine sama GPIO linija, GND i 3.3 VDC pin. Idealno za povezivanje. Na dnu su tri I2C interfejsa, koji su svi vezani na jedan I2C interfejs. Posebno imamo, uz samo ivicu hedere za jedan UART i jedan SPI interfejs. Na slici ispod vidimo oznake koje su odštampane na ploči i opisuju funkcije svakog od pinova, a dodatno su date informacije za ugrađeni PDM mikrofon na ploči, komunikaciju sa W-Fi (ESP32-C6) modulom i linije povezane sa čitačem SD kartica na FireBeetle 2 ploči. Ukoliko nabavljate DFRobot ESP32-P4, obavezno dokupite i ovu ekspanzionu ploču.

Ono što nam je jako bilo žao, jeste veličina ove ekspanzione ploče. Naime, četiri rupe za montažu koje se nalaze u uglovima, zbog malih dimenzija ploče za oko 5 mm omašuju rupe na pločama u Raspberry Pi SBC standardu. Pošto DevKit ima MIPI konektor, a i biblioteke za povezivanje sa nekim od standardnih ekrana osetljivih na dodir namenjenih Raspberry Pi SBC-ovima, bilo bi zgodno da se može lako pričvrstiti za bar dva od četiri zavrtnja, koji se po pravilu nalaze sa zadnje strane ovih ekrana, a služe za montažu Raspberry Pi SBC ploča. Dobio bi se kompaktan i integralan sistem, koji podseća na „gotov“ proizvod, samo da je ekspanziona ploča malo veća.

Hardver

Kao što i samo ime kaže, u osnovi ovog razvojnog sistema je Espressif ESP32-P4 čip sa 32 MB PSRAM-a, što se vidi iz NRW32 oznake. Ono što se isto vidi je revizija čipa i ona se krije u oznaci u trećem redu, koja je kod nas FC00. „A“ je kod Rev 0.0 koja je bila razvojna serija, „C“ je oznaka za Rev 1.0 što je inicijalna serija inženjerskih uzoraka, onda ide prva korekcija te serije Rev 1.3 sa oznakom „E“, te najzad prvi čipovi preporučeni za razvoj budućih proizvoda: sa oznakama „F“ za Rev 3.0 i „G“ za Rev 3.2. Verziju ćete potvrditi i kada prvi put budete build-ovali projekat u ESP-IDF-u. Maksimalni stabilni takt za verzije do preporučenih je 360 MHz, dok postoji tvrdnja (ali mi nismo imali u rukama Rev 3.x da bi potvrdili) da nove verzije stabilno rade na obećanih 400 MHz. Inače, na tržištu se sreću dve dominantne revizije, prva kao što je naš čip Rev 1.0 u svim mejkerskim uređajima koje smo videli, i druga danas ipak ređa koja ima Rev 3.x čip. Cena samog čipa je, bez obzira na reviziju oko $5.

„Problem“ sa revizijom manjom od Rev 3.0 u radu će se javiti prilikom flešovanja i ESP-IDF će prijaviti fatalnu grešku i prekinuti postupak pre slanja prvog bita ka ploči. Opcijom –force, možete naterati IDE da prebaci program, ali je rezultat neizvestan i bolje je problem rešiti na način koji je Espressif predvideo.

On podrazumeva da u SDK konfiguracionom editoru, pod stavkom Chip revision, čekirate Select ESP32-P4 revision <3.0 i postavite Minimum Supported ESP32-P4 Revision, odaberete Rev v1.0. Ponovite postupak kompajliranja sa ovakvim podešavanjima i flešujte program, što će sada proći bez problema.

Kada govorimo o jezgrima i njihovom taktu – ESP32-P4 može raditi u dva režima: HP i LP. U HP (High Power) režimu rade dva RISC-V jezgra na 360 MHz (odnosno 400 MHz od Rev 3.0), dok u LP (Low Power) režimu radi samo jedno jezgro na smanjenih 40 MHz. Dakle, sistem ima tri jezgra.

Standardnom režimu rada, kao i Light-sleep modu funkcionalna su dva HP jezgra. U standardnom režimu dostupne su sve periferije, dok je u Light-sleep-u neophodno napraviti izbor između dve opcije. U jednoj su Ethernet, USB kontroler i SD/MMC host, dok su u drugoj MIPI CSI, MIPI DSI, komunikacioni portovi (I3C, I2S, UART, GPIO,….)…

U LP režimu, gase se dva HP jezgra i rad na sebe preuzima LP jezgro. Ono ima ograničen broj LP periferija koja može ostaviti aktivnim, ali ih i ugasiti po potrebi kako bi u Deep-sleep-u dodatno smanjilo potrošnju baterije. Dostupne LP periferije su: SIP, I2C, I2S, UART, GPIO, WDT, ADC, Touch senzor i Temperaturni senzor. Funkcije pojedinih pinova u HP i LP modu rada mogu, a ne moraju biti iste.

Na ploči FireBeetle 2 ESP32-P4 postoji jedan omnidirekcioni PDM MEMS MSM261DGT003 mikrofon sa digitalnim izlazom povezan preko I2S. Ideja je da on omogući glasovne komande uz upotrebu AI snage SoC-a. Kombinacija njega, Raspberry Pi kompatibilne kamere povezane preko 2-lane MIPI CSI konektora i Raspberry Pi kompatibilnog displeja povezanog preko 2-lane MIPI DSI konektora omogućava izradu pametnog „Home automation“ panela pogodnog za automatizaciju doma, kao i informacionog Edge terminala u javnim, poslovnim prostorima ili krugu fabrike.

Sa donje strane ploče, osim ESP32-C6-MINI modula je i ležište za SD karticu, kao i Winbond čip sa 16 MB Flash memorije. Ploča ima i Reset i Boot dugme, kao i crvenu Power diodu i jednu korisničku programabilnu zelenu diodu vezanu za GPIO 3. Tu je i USB-C 2.0 (OTG) port postavljen bočno, kao i jedan USB-C namenjen za flešovanje, dibagovanje i napajanje ploče.

Softver

Mejkerima je po pravilu najugodnija upotreba Arduino IDE-a. Za ESP32-P4 postoji značajna podrška u okviru ovog razvojnog okruženja, ali je ona lišena adekvatne upotrebe kamere i displeja, kao i AI ekstenzija, bezbedonosnih funkcija… Arduino IDE se čak i zajednici smatra „igračkom“, bez obzira na mogućnost izrade kompleksnih rešenja. Ipak, Arduino ekosistem je poznat po velikom broju drajvera za različite senzore, aktuatore i displeje što ubrzava razvoj na poznatom hardveru. Ipak, treba uvek imati na umu da postoji način da se u ESP-IDF-u implementira Arduino IDE core i iskoriste isti drajveri u okruženju koje je daleko sposobnije.

Sledeći, danas omiljeni pristup programiranju ovakvih sistema je MicroPython. Postoji zvanična verzija interpretera za ovaj čip i potrebno ju je pre programiranja u ovoj verziji Python-a flešovati. Najpraktičnije je da se za to koristi Thonny, a da se firmver preuzme sa zvaničnog sajta. Na DFRobot Wiki stranici posvećenoj FireBeetle 2 ESP32-P4 nalazi se veći broj primera napisanih u MicroPython-u, pa odatle treba početi sa istraživanjem ove platforme. MicroPython ima podršku i za AI, kameru, MIPI tač displej, audio, Wi-Fi, pa čak i uputstvo za ažuriranje firmvera ESP32-C6 mrežnog „koprocesora“.

Na kraju dolazimo do „premium“ IDE za ovaj Espressif ESP32-P4, a to je njihov zvanični ESP-IDF. Može se instalirati na svim glavnim operativnim sistemima: MacOS, Linux i Windows, sa ogradom da nije moguća upotreba na ARM sistemima sa Linux-om. Na to smo generalno i navikli.

Preporučujemo instalaciju ESP-IDF ekstenzije u Visual Studio Code IDE-u, jer se tako dobija izuzetno moćno okruženje, u kome se kombinuje i ESP-IDF, ali i snaga VS Code-a. Sama ekstenzija će kreirati Python virtuelno okruženje (.venv) i iz njega će upravljati svim procesima nad SoC-em pri razvoju aplikacije. Nažalost, na DFRobot Wiki strani sa tutorijalima, postoji očigledna namera da se napišu i za Arduino, MicroPython, ESP-IDF, pa čak i PlatformIO, ali ništa sem Page 404 nećete dobiti klikom na link. Nažalost, moraćete da se na drugom mestu „edukujete“ u vezi korišćenja ESP-IDF + VS Code IDE kombinacije. Naša je preporuka sam Espressif sajt, uz obaveznu posetu GitHub stranice: Core repository of esp-idf-lib gde ćete naći veliki broj drajvera.

Zaključak

Espressif ESP32-P4 je odlučno zakoračio na scenu kao procesor za embedovane aplikacije. On nema, što je na prvu ruku iznenađujuće, ugrađen modul za bežične komunikacije, ali ima Ethernet 10/100 Mbps kontroler i unapred prilagođen SDIO 3.0 (Secure Digital Input Output) interfejs za direktnu vezu sa drugim Espressif ESP32 SoC-evima koji imaju bežične module, gde se ESP32-P4 ponašao kao host.

Čip poseduje interfejse koji su očekivani za jedan mikrokontroler i koji su multipleksirani na njegovim pinovima: 24 digitalnih I/O, 5 UART, 2 I2C, 3 I2S, 2 SPI, 4 kanalni TOUCH, LED PWM osmokanalni kontroler, petokanalni infrared transiver, kao i 12-bitni sedmokanalni SAR ADC. Zanimljivo je da postoji i jedan I3C za vrlo brze komunikacije, budući da je njegov standard brzine prenosa podataka 12.5 Mbps, dok je kod I2C to maksimalno 3.4 Mbps. Pomenuli smo ranije da neki od interfejsa rade i u LP modu, a to su po jedan: UART, I2C, I2S, SPI.

Ponavljamo preporuku da uz FireBeetle 2 ESP32-P4 obavezno nabavite i IO Ekspanzionu ploču uz komentar da nam je žao što ni sam sistem, ni na ploči ne postoji realizovan interfejs za baterijsko napajanje.

Sam Espressif ESP32-P4 ima u sebi interni MAC koji omogućava 10/100 Mbps povezivost preko RMII ili MII interfejsa, ali mu je neophodan dodatni eksterni PHY (Ethernet physical layer) transiver. Njega nema ni na ploči, ni na dodatnoj ekspanzionoj ploči, pa je jedini način da se realizuje odvojeno koristeći GPIO linije.

Ciljne aplikacije ovog sistema su sve one koje kombinuju kameru, tač displej, mikrofon, senzore, bežične komunikacije i elementarni AI. Obavezno obratite pažnju na integraciju u Home Assistant okruženje i korišćenje MQTT-a, kao i na na LVGL GUI i izradu HMI interfejsa, čime se izvlači maksimalno iz ovakvog hardvera.

Verujemo da će RISC-V arhitektura sve više biti prisutna u mehatroničkim uređajima u budućnosti. Dominantni svetski igrači vode se svojim interesima, a tranzicija sa zatvorenih arhitektura poput onih u X86, AMD64, pa i ARM-u ka otvorenom RISC-V-u dešava se ne samo u najnižem cenovnom i performansnom razredu, već polako ulazi i u srednji. Espressif ESP32-P4 je pristojno svestran mikrokontroler, a potpuno je prilagođen za sinergiju (uz pomoć SDIO interfejsa) sa ESP32-C6 ili ESP32-S3 SoC-evima koji mu dodaju 2.4 GHz Wi-Fi 6 i Bluetooth 5.0. Treba uzeti u obzir i ESP32-H2 za Matter over Thread i Zigbee, kao i nRF2401 za 2.4 GHz Wi-Fi ili SX1262 za LoRaWAN.

Deluje da je budućnost Espressif ESP32-P4 inspirativna.