SBC ujedno i razvojni sistem namenjen prvenstveno industrijskoj primeni je redak gost u našoj redakciji. Banana Pi BPi-F2P je po mnogo čemu drugačiji od svih predstavnika svoje vrste. Znali smo od samog početka da ova recenzija obećava „ludo“ iskustvo istraživanja po jedinstvenim arhitekturama na silicijumu. U srcu BPi-F2P je Plus1 (SP7021) SiP (System-in-Package) kompanije SunPlus Technologies. Ovde primenjen koncept „C+P“ je zaista jedinstven – u LQFP kućištu su objedinjeni i SoC („C“ Computing core) i memorija sa interfejsima („P“ Peripheral chip). Na ovaj način se dobija integrisan čip, od spolja gledano ne komplikovaniji od mikrokontrolera, koji omogućava izradu uređaja kojima su dovoljni dvo ili četvoroslojni PCB-ovi. Sve ovo garantuje kasniju laku ugradnju, budući da su sve magistralne veze između CPU-a (ovde veoma interesantno sastavljenog od tri različita tipa jezgara) i memorije/periferija već izvedene unutar Plus1 (SP7021) SiP-a. Uz ovakav PCB i niske taktove signala na ploči generisati će se veoma male EMI, te će sertifikacija krajnjeg proizvoda biti jednostavna.
Photo: magazin Mehatronika
Koncept SunPlus Plus1 (SP7021)
SunPlus Plus1 (SP7021) je dizajniran kao čip na kome se može pokrenuti Linux OS i targetiran je ka industrijskom segmentu. Sastoji se od četiri ARM Cortex-A7 jezgra koja rade na 1 GHz i čine osnovni CPU. Njima je pridodato jedno ARM926EJ-S real-time jezgro na 202 MHz i jedno 8051 (202 MHz u radu i 75 kHz u Idle modu) low-power jezgro za kontrolu I/O linija.
ARM926EJ-S jezgro se od 2001. do sada u industriji već koristilo u mikroprocesorima zbog svoje karakteristike da može integrisati veliki broj standardnih periferija, kao i zbog svoje brzine i sposobnosti da izvršava DSP funkcije. Ovo jezgro su koristile gotovo sve vodeće kompanije koje dizajniraju čipove i mi danas imamo Microchip SAM9x seriju, STM SPEAr300/600, NXP i.MX2 seriju, TI Sitara AM1x i mnoge druge. Interesantno je da je i Nintendo koristio ovo jezgro u Starlet seriji za deo Hollywood sedurity jezgra za Wii konzolu koje se bavi kontrolom I/O i pokretanjem operativnog sistema.
Photo: magazin Mehatronika
Tibbo Technology, kodizajner ovog SiP-a, interesantan je zbog svog AppBlocks koncepta u kome originalno koristi TI Sitara, i zbog koga je i učestvovao u razvoju Plus1 (SP7021) SiP-a. Većina današnjih SoC-ova koji se koriste u SBC-ovima nije nastala da bi imala industrijsku primenu. Uglavnom su u njima jezgra namenjena mobilnim uređajima gde je procesorska snaga, te sposobnost prikazivanja multimedijalnih materijala uz minijaturizaciju bitna osobina. Takođe, izrada ovih uređaja se vrši u tehnološkom smislu veoma naprednim fabrikama te je i sam proces dizajna i izrade uređaja ekonomski i tehnički zahtevan. SBC SoC-evi u kojima se ta jezgra nalaze su namenjeni korisničkom tržištu koje ima posebne zahteve za obradom video signala, kao što su set-top box-ovi, multimedijalni serveri ili upravljački uređaji za digitalne oznake i info pulteve. Stigli smo time do SBC-ova koji imaju višestruke 4K ili čak 8K video izlaze, 4K video ulaze i brze procesore za kojima u retko u industriji ima potrebe. Ono što ovakvim rešenjima često nedostaje su standardne industrijske komunikacione linije, poput RS-232 ili RS-485, kao i 5 V I/O portovi. Zamena SoC-a ili memorije na modernom SBC-u je gotovo nemoguća u standardnom okruženju fabričkog servisa i uglavnom se svodi na kompletnu zamenu celog uređaja. Upotreba modernih SoC-ova u sopstvenom dizajnu, moguća je ili integracijom kompletnog SBC-a ili što je ekonomski isplatljivije korišćenjem sistema koji se sastoji od Carrier ploče i Core modula. Kupovina SoC-a radi integracije pri izradi i njegove zamene u održavanju je nešto što se praktično ne radi, jer zahteva sofisticiranu tehniku lemljenja. SunPlus/Tibbo koncept je upravo pokušao da reši ovaj problem kućištem ovog SiP-a, u kome su i memorija i svi interfejsi integrisani čime je i sam postupak dizajna PCB-a, kao i zamene, ugradnje na nivou lemljenja i dobijanja sertifikata pojednostavljen. Cena čipa je svega $20 što ne predstavlja veliki trošak. Ono što je plaćen danak u ovom slučaju je upitna softverska podrška i realno daleko teži razvoj aplikacija. Kada ovo kažemo, imamo na umu da nije sam razvoj aplikacije teži nego kod nekog drugog čipa, ali je u ovom slučaju zajednica i broj postojećih rešenja daleko manji i daleko je veća verovatnoća da ćete se naći pred problemom za koji je potrebno vreme da ga rešite.
Softver
U prilog ovome može biti i sam pregled podržanih OS-ova. Najažurniji je Yocto Linux koga održava sam Tibbo, pre svega zbog svojih potreba AppBlock uređaja od kojih neki rade na Plus1 (SP7021). Međutim, rad sa Yocto Linux-om traži specifično znanje, različito od onoga koga imaju korisnici Linux dristribucija kao što je Ubuntu ili Debian. Mi smo na Banana Pi sajtu pronašli dve Linux distribucije, obe iz 2021. godine. Jedna je Ubuntu 20.04, a druga Debian 10 i to u server i Mate desktop verziji.
Screenshot by magazin Mehatronika
Ovo nisu „zvanično potpune“ distribucije i nemojte očekivati da će svaki upgrade raditi i da ćete čak moći da instalirate svaki paket koji poželite. Probajte, možda će vam rešiti sve zahteve, ali ako ne rešavaju, pravi način je korišćenje Yocto Linux-a i građenje OS-a po vašim potrebama. U krajnjem slučaju, ovaj SiP, pa i SBC time je pre svega razvojni sistem koji vam treba pomoći da stignete do svog prototipa. Ceo put prevazilazi mejkerski „Raspberry Pi metod“ u kome je neko drugi uradio gotovo sve, a vaše je da samo sastavite blokove, prateći neko od mnogih online uputstava.
Screenshot by magazin Mehatronika
Isprobali smo i Raspbian 10 u desktop verziji, koji smo pronašli na internetu kao nezvaničan OS za ovaj SBC. Načelno, iako ovaj SiP zbog male količine memorije u sebi i nije namenjen desktop upotrebi, ipak je sposoban za neki elementarni vid takve primene. Rekli bi da je Raspbian preporučena desktop distribucija, jer je po prirodi lakša. Naravno, obratite pažnju da je ovo 32 bitni SiP pri izboru OS distribucija.
Screenshot by magazin Mehatronika
Hardver
Relativno velika ploča, 8,5 x 13 cm ovog SBC/razvojnog sistema za Plus1 (SP7021) je dovoljna da se komotno postave svi dostupni interfejsi i ima u industriji zahtevan operativni raspon temperatura okoline: -40 °C ~ +85 °C.
U sredini je sam SiP u kome je integrisano 512 MB DDR3 memorije. Kao što je poznato, a u testiranju se i potvrdilo, to je dovoljna količina za CLI, ali je donja granica za bilo koji desktop OS. Odmah do njega 8 GB eMMC, gde smo izmerili brzinu čitanja nasumičnih podataka od 62 MB/s. Tu je i ST33HTPH2E32AHC2 secure koprocesor baziran na ARM SC300 jezgru sa TPM 2.0 i TPM 1.2 specifikacijama.
Tu je i ležište za CR1220 RTC bateriju, ali i dvopinski 5 V konektor za kuler. Pri radu je neophodno hladiti Plus1 (SP7021) SiP, bilo aktivno ili pasivnih hladnjakom, jer se on zaiste brzo pregreje.
Photo: magazin Mehatronika
Sa prednje strane postavljeno je push-push ležište za SD karticu. Ona se može koristiti i kao eksterni medij, ali i kao jedan od tri glavna drajva, uz eMMC i USB, sa koga se može podići operativni sistem. Pored je reset dugme, dva USB-A 2.0 konektora, HDMI 1.4 izlaz i MIPI-CSI konektor.
Photo: magazin Mehatronika
BPi-F2P nema automatski određene boot prioritete, pa boot drajv birate crvenim prekidačem. Ovo uvek olakšava rad kod ploča koje su u ranom stadijumu razvoja. Za povezivanje dibagera imate i SWD (SW-DAT, SW-CLK, GND) i UART (TX, RX, GND) konektore. Najzad uz samu ivicu su dodatna dva tropinska USB konektora, s obzirom da Plus1 (SP7021) ima četiri USB porta. Banana Pi je na svom sajtu dao kompletne šeme svog BPi-F2P i time olakšao svaku nadogranju i povezivanje.
Photo: magazin Mehatronika
Sa bočne strane je samo jedan 40 pinski heder kompatibilan sa Raspberry Pi hederom, barem što se tiče rasporeda osnovnih tipova signala. Bilo bi lepo da je na sajtu dat raspored ovih linija.
Photo: magazin Mehatronika
Sa druge bočne strane je konektor za 7.4 V litijum-jonsku bateriju, kao i opciono ležište za PoE RT5400-12V modul.
Photo: magazin Mehatronika
Najzad, sa zadnje strane nalazi se RS232 DB9 konektor i odmah do njega RS485 terminal sa signalima 1A, 1B, Earth, 2A i 2B. Izlazni signal ima zaštitu od kratkog spoja i ograničen je na 5 V i 200 mA korišćenjem Mornsun B0505XT-1WR3 izolacionim modulom.
Photo: magazin Mehatronika
Do njega su dva 10/100M Ethernet porta, od kojih jedan može uz gorepomenuti modul imati PoE karakteristike. Na kraju su dve statusne programabilne diode i ulaz za 12 V/3 A DC napajanje.
Performanse Banana Pi BPi-F2P
Mi smo naša benchmark testiranja uradili na Ubuntu 20.04, sa kernelom 5.10.59 za armv7l. Njegove performanse se mogu uporediti sa Allwiner H3 SoC-om koji ima ista Cortex-A7 jezgra i koji se nalazi u Banana Pi BPi-P2 SBC-u, što možemo videti na Unixbench testu.
Po svojoj snazi BPi-F2P je uporediv sa Raspberry Pi 3B+, dok ga je sa modernim RK3588 SBC-ovima ili Raspberry Pi 5 modelom sasvim besmisleno porediti. Pre bi ovaj SiP trebalo posmatrati kao industrijski mikrokontroler na kome je moguće pokrenuti Linux, kao što je recimo ST STM32MP1 serija koja u sebi ima isto Cortex-A7 jezgra i radi na OpenSTLinux-u.
Plus1 (SP7021) ima u sebi kriptografske funkcije (RSA/AES/MD5/SHA3). Mi smo izveli naš standardni set OpenSSL testova (CBC/GCM/SHA1/SHA256) zbog poređenja ovog čipa sa drugima i rezultati su priblini onima dobijenim sa drugim Cortex-A7 SoC-evima, dok se Raspberry Pi Zero 2W pokazao gotovo duplo bržim, što možemo i videti na uporednom grafiku rezultata OpenSSL testova.
Memorija koja je ovde integrisana u SiP-u je DDR3 tipa i njene performanse su kompromis. Na Tinymembench testovima možemo reći da je ovo najslabiji rezultat koji smo ikada dobili, što potvrđuje da performanse nisu ono što su dizajneri imali kao cilj prilikom izrade ovog rešenja, već je, kao što smo pomenuli, prednost njegove implementacije memorije to što se nalazi unutar SiP-a, te time nema potrebe za izradom magistrale na PCB-u, niti za dodatnim memorijskim čipovima.
Najzad, rad u CLI-u je korektan. Čak i tu ćete osetiti određeno kašnjenje u odnosu na sadašnje standarde. Kako Octane 2.0 koristimo za neki okvirni osećaj brzine rada u desktop okruženju, ovde smo pod Raspbian-om pokrenuli Octane 2.0 i dobili 940 poena, što je značajno manje od Raspberry Pi 3B+. To jeste najniži Octane rezultat koji smo ikada imali na testovima i smatramo da je to apsolutni minimum desktop upotrebljivosti. Ubuntu i Debian desktop imidži su sami po sebi zahtevniji i smatramo da te desktop distribucije mogu služiti samo kao demonstracione, te da nemaju upotrebnu vrednost.
Zaključak
Da li i kada se opredeliti za ovo rešenje? Onda kada želite sopstveni proizvod, potpuno prilagođen vašim potrebama, imate znanje i vremena da se posvetite razvoju u Yocto Linux-u i ne želite da koristite usluge visoko tehnoloških fabrika za sastavljanje uređaja, niti želite da koristite kompletan SBC drugog proizvođača kao deo vašeg rešenja.
Photo: magazin Mehatronika
Sam Tibbo je dobar primer koji koristi ovaj SiP u svojoj AppBlock seriji uređaja za kontrolu industrijskih procesa. Pretraga po internetu će vam pokazati da zvanično samo Banana Pi sa ovim BPi-F2P i Tibbo imaju razvojne ploče sa ovim SiP-om. Banana Pi je ovom pločom uradla odličan posao omogućujući hardverski pristup svemu što Plus1 (SP7021) može dati.
Sa pozadinom u električnom inženjeringu i dugom istorijom rada u stručnim časopisima, on se fokusira na ključnom sadržaju magazina Mehatronika i stoji iza brojnih inicijativa.
- Elecfreaks Nezha Inventor’s Kit for micro:bit recenzija - 21/07/2024
- Orange Pi 5 Pro recenzija - 17/07/2024
- DFRobot Fermion: BLE Sensor Beacon recenzija - 16/07/2024