Banana Pi BPi-F4 recenzija

Hajmo da se na početku ove recenzije prisetimo Sunplus 7021 četvorojezgarnog industrijskog procesora sa četiri ARM Cortex-A7 jezgra i integrisanim 8051 mikrokontrolerom. Videli smo ga u jednom od dva svetski postojeća razvojna sistema za ovaj SoC: Banana Pi BPi-F2P. Kasnije smo bili prijatno iznenađeni i sa Tibbo Technology AppBlocks industrijskim rešenjima gde je ovaj procesor glavni SoC. Ovim se Sunplus Technology dokazao svojim kvalitetom i vizijom u izgradnji industrijskih CPU-ova. Od Banana Pi smo dobili, za potrebe ove recenzije, razvojni sistem – oni ga zovu industrijska kontrolna ploča – za noviju generaciju Sunplus procesora. Ovaj SoC je namenjen industrijskim računarima i nosi oznaku SP7350, a poznat i po alias imenu – C3V. Ovo „poznatog“ uzmite sa rezervom, jer smo to da postoji čip sa tim imenom saznali tek kada smo proučavali tehnologije primenjene u njemu i bili iznenađeni količinom dostupnih informacija. Dakle u pitanju je jedan proizvod koji je veoma dobro etabliran, ali kod nas nepoznat.

Hardver

Banana Pi je promišljeno ponudio sistem u obliku modula dimenziono kompatibilnog sa Raspberry Pi CM4, te bi vaša kreacija mogla biti u istom form raktoru kao i slična na Raspberry Pi CM4 modulu. Nažalost, raspored pinova i velika razlika u SoC-evima i interfejsima koji oni nude uslovili su potpuno drugačiji raspored I/O linija na 100 pinskim konektorima, tako da od zajedničkog korišćenja hardvera – nema ništa.

Na Banana Pi BPi-F4 modulu se nalaze tri bitne komponente: Sunplus SP7350 SoC, 32 GB eMMC i 4 GB LPDDR4 memorija. Na njemu nema modula za bežičnu komunikaciju. Šteta, jer se tom integracijom višestruko povećava spektar upotreba. Sa druge strane, pitanje je koliko je opravdana implementacija 2.4 ili 5 GHz Wi-Fi-a u industrijskim pogonima i iz ormara – ali bi Zigbee ili nešto slično bilo vrlo interesantno.

SoC Sunplus SP7350 (C3V zaista piše i na čipu) nam se subjektivno dopao na prvi boot. Znamo da ovo deluje možda i duhovito, ali smo zato i rekli „subjektivno“. Čine ga četiri ARM Cortex-A55 jezgra koja rade na 1.8 GHz. Ovaj energetski efikasniji naslednik ARM Cortex-A53 sreli smo u NXP i.MX 93 u Voipac iMX93 Industrial Development Kit Max-u, ali su tamo bila dva jezgra. Četiri se nalaze i u mnogim, danas popularnim Rockchip SoC-evima serije RK35xx kao što je recimo RK3566 u Radxa CM3 razvojnoj ploči, ali su ona i u Radxa Cube A5E modelima kojima Allwinner želi da se vrati na industrijsko i mejkersko tržište, koristeći čak osam ovakvih jezgara. Sem Radxa Xube A5E, svi sistemi su modularni.

Sunplus je u SP7350 dodao i NPU koji po specifikacijama radi na 900 MHz i obavlja 4.1 TOPS int8, dok u nekim slučajevima može podići takt na 1 GHz i u tim slučajevima po njihovim tvrdnjama postiže do 4.6 TOPS int8 operacija. Sve ove informacije o karakteristikama neuralne mreže su realno neproverljive. No, to je nešto čime pored dvostrukog broja CPU jezgara više nego četvorostruko pobeđuje NXP i.MX 93. Ističemo tvrdnju da AI endžin omogućava openCL i openVX.

Najzad, u procesoru je implementiran jedan mikrokontroler baziran na ARM Cortex-M4 jezgru koje može raditi na: 25, 100, 200 i 400MHz. I CPU i NPU, ali i MCU imaju sopstvene napojne domene, odnosno nezavisna napajanja, što omogućava skaliranje snage, ali i deep-sleep mod u kome je aktivan samo MCU na 25 MHz, dok ostatak procesora „spava“. Ovo omogućava izuzteno malu potrošnju u primenama gde imamo responzivan sistem na retke uzurpacije. U MCU-u su uvek aktivni: tajmeri, watch dog, RTC, PWM, I2C, UART, SPI, I2S i ADC interfejsi koji su i realizovani preko MCU dela i koji su vezani za interapt linije.

Glavna razvojna ploča, pa time i svaki od napojnih domena, se napaja preko džeka lociranog uz njen ugao naponom od 12 VDC, maksimalne struje 2 A. Napojni deo je jasno izdvojen na ploči, a slično je i na zvaničnim Sunplus razvojnim pločama za ovaj SoC. Videli smo tri takva rešenja, od kojih je jedno izuzteno interesantno jer ima dva Sunplus SP7350 procesora, ali su oni fiksirani na ploči, tj. nije u pitanju sistem sa modulima.

Procesorski modul se može napajati preko supekondenzatora i na ploči se za tu namenu nalazi jedan od 1.5 F. Osnovna ideja je da se on koristi za napajanje MCU domena, posebno u „deep sleep“ režimu kao i prilikom pokretanja, dok se sistemu ne obezbedi stabilno napajanje preko DC IN ulaza, kao i da se obezbedi kratkotrajan projektovani rad u slučaju nestanka glavnog napajanja.

Na modulu je Hosinglobal 4 GB LPDDR specificiran na 3733 Mbps sa oznakom HG4XD04G-C2JA. Na testovima će se pokazati brzom i iako nam je proizvođač do sada nepoznat. Verujemo da ćemo se još sretati.

Isti Hosinglobal izrađuje i eMMC HAC10-32G0BRAC veličine 32 GB, a na sajtu proizvođača nema nikakvih dodatni informacija osim da je u pitanju 5.1 eMMC. Brzina čitanja od 142.2 MB/s i nije sjajna, ali je svakako bolja od SD kartice koja postiže do 62.8 MB/s.

Svi korisnički interfejsi su smešteni uz jednu ivicu ploče. Redom, nakon ulaza za napajanje, nalazi se HDMI, USB-A 2.0, par USB C i USB A 3.0 od kojih se samo jedan može koristiti u zavisnosti od položaja džampera na ploči. Ovo je zanimljiv pristup koji omogućava korisniku direktno povezivanje periferija bez USB konvertera.

Ovde moramo napomenuti da SoC nema HDMI izaz, već MIPI DSI koji se sa modula odvodi na Lontium LT8912B Single-Channel MIPI DSI Bridge to LVDS/HDMI koji vrši konverziju signala i daje HDMI 1.4, 1080p sliku pri frekvenciji 60 Hz.

Na kraju je Ethernet Gb port koji na našim testovima postiže 943 Mbps, a u bidirekcionom radu 937/934 Mbps. To nam govori da ovaj interfejs nema tehničkih problema. Ethernet je izveden preko Realtek RK8211F gigabitnog Ethernet transivera – poznato i provereno rešenje.

Ono što ovu ploču čini „industrijskom“ su kleme uz suprotnu ivicu od ivice sa interfejsima povezane sa GPIO pinovima procesora. Tu su redom: dva analogna ulaza koji se vode na SAR AD konvertor, dva I2C interfejsa, jedan multipleksirani 2xUART/2xjednosmerni SPI/bidirekcioni I2S, dva PWM izlaza, dodatni UART, multipleksirani bidirekcioni SPI/bidirekcioni I2S i najzad multipleksirani UART sa hardverskom kontrolom toka/PWM+I2C/I2S out. Kombinacija pokriva širok spektar aplikacija i time je dobro odabrana. Ploča nema do sada uobičajen 40-pinski GPIO heder, ali nam se čini da je ovo rešenje sa klemama prigodnije za industrijsku primenu.

Ako pogledamo ploču od gore, možemo uočiti ležište za SD karticu, sa koje se može podići sistem, kao i sa eMMC-a. Pored nje je mala tabela sa položajima četiri DIP prekidača kojima se određuje sa kog medija se startuje sistem. Uočite malu „0“ sa desne strane crvenog kućišta, ona govori da je gornji položaj „0“, da vas ne bi bunila oznaka „ON“. U tabeli nije data kombinacija za podizanje sa SD kartice pa smo je mi slikali : 0011.

M.2 Key E konektor ne služi za SSD disk, što bi mogli na prvu ruku da pomislite, već za M.2 Key E Wi-Fi/Bluetooth modul sa AP6256 čipom. On ne ulazi u standardnu opremu Banana Pi BPi-F4, već se dodatno kupuje. Preporučena MIPI CSI kamera je 5MP OmniVision OV5647 (1080p@30fps, 720p@60fps, 480p@90fps), mada postoje uputstva i za OV5640, IMX219 i IMX708.

Sa druge strane ploče nema nikakvih konektora niti čipova što pojednostavljuje fiksiranje ploče, odnosno rad na stolu prilikom razvoja. Ovo snažno pohvaljujemo, jer je zaista divan osećaj pri radu sa pločom kod koje je sve značajno na istoj, time gornjoj, strani.

Softver i benčmarci

Na sajtu Banana Pi dokumentacije može se naći Xubuntu 24.04.1 sa XFCE desktopom. Xubuntu je prilagođena distribucija Linux-a bazirana na Ubuntu koja je namenjena slabijim i starijim računarima i koja minimalizuje opterećenje procesoru i memoriji. Xubuntu se može posmatrati kao Ubuntu sa XFCE desktop (X11 ne Weyland) okruženjem umesto GNOME-a. Xubuntu ne održava Canonical.

Dobro mesto za dalja istraživanja korišćenja Banana Pi BPi-F4 je zvanična Wiki Sunplus stranica sa C3V dokumentacijom.

C3V Mini Control Board na kome su rađeni primeri je veoma sličan Banana Pi BPi-F4 razvojnoj ploči na koju se postavlja BPi-F4 modul koji je identičan C3V modulu. Programski primeri i objašnjenja u ovoj dokumentaciji su potpuno primenjiva i predstavljaju obaveznu osnovu svakog rada sa Sunplus SP7350, pa time i sa Banana Pi F4. Tu ćete naći apsolutno sve informacije potrebne da aktivirate i isprogramirate hardver, kao i detaljna upustva za korišćenje NPU-a kroz NPU Tool Chains, Sunplus Neural Network Framework (SNNF) i Sunplus Model Zoo Framework (SMZF). NPU primeri se baziraju na Caffe, Tensorflow, PyTorch, TFLite, DarkNet i ONNX frejmvorcima i koriste veliki broj modela među kojima su najpoznatiji: AlexNet, Inception, MobileNet, ResNet, GoogleNet, YOLO.v2/5/8/10.

U tekstu smo se pozvali na recenziju industrijske ploče Banana Pi BPi-F2P koju smo objavili pre skoro godinu dana. Ova ploča je imala prvi u seriji Sunplus industrijskih procesora – Plus1. Sa današnjeg ugla gledanja slabašna ARM Cortex-A7 jezgra nisu tražila aktivno hlađenje, koje je uvek problem u industrijskom okruženju. Stress test je pokazao da ni novi SP7350 ne mora da se aktivno rashlađuje, a i Banana Pi i Sunplus nude pasivni hladnjak uz ovaj modul. Odluka Sunplus-a da njihov procesor nema poseban GPU koji bi pomagao ,recimo – 3D rendering, već da u fokus stave NPU, odražava se i u termalnim karakteristikama. GPU svakog procesora jeste značajan generator toplote.

Prilagođenje Xubuntu 24.04.1 je sasvim korektno i sve što možete instalirati na ARM Ubuntu, generalno možete instalirati i na ovom Xubuntu imidžu. Međutim, suočili smo se sa jednim problemom. Prethodno instalirani Thunderbird i Chromium nisu radili, a greške su ukazivale da je problem sa SNAP-om. Mi smo umesto Thunderbird-a instalirati Evolution mail klijent, budući da ostali kandidati koje smo probali nisu uspevali da se izbore sa novom 2-faktorskom identifikacijom Gmail naloga.

Chromium browser koji u originalnom imidžu ne radi, instalirali smo praćenjem dokumentacije na C3V sajtu, uz prehodno uklanjanje i Snap menadžera i svih instalacija koje je imao. Generalno, Snap (kroz snapd) nismo uspeli da instaliramo tako da bude funkcionalan (mada se instalacija završi sa uspehom). Kao alternativni brauzer, koji uvek ispravno radi i na problematičnim imidžima, koristimo Brave, koji i ovde bez problema omogućava pregled sadržaja na internetu, a instalira se po uputstvima sa Brave sajta.

Ove dve instalacije će nam biti dovoljan osnov da Banana Pi BPi-F4 koristite kao samostalni desktop SBC, upoznate se sa on-line dokumentacijom i primerima, te da na njemu i razvijate svoj sledeći projekat.

Testovi koje smo izveli kreću od procesorskih jezgara i mi smo uporedili četiri do sada pomenute platforme: Banana Pi BPi-F2P, Radxa CM3, Forlinx OK-MX8MPQ-SMARC, Voipac iMX8M i Voipac iMX93 Max, kao i Edatec CM4 Industrial (Raspberry Pi 4).

Banana Pi BPi-F4 je u singlecore Sysbench CPU testu pokazao neznatno bolje rezultate u odnosu na Voipac iMX93 Max, što je posledica nešto višeg takta. Vidimo da ga u multicore radu pobeđuje dvostruko, što smo i očekivali, s obzirom na broj jezgara. Po karakteristikama CPU dela, ovaj industrijski računar je najsličniji Radxa CM3.

Ono što primećujemo i kod obe Banana Pi industrijske platforme je da hardverski enkriptori, kao i kod Raspberry Pi 4 modela nisu omogućeni. Šteta, budući da ima u sebi ARM Cortex-A55 jezgra koja imaju hardversku enkripciju.

Prelazimo na analizu performansi memorije. Prvo ćemo pogledati Sysbench RAM. Vidimo da su ove karakteristike drastično poboljšane u novom Banana Pi BPi-F4, posebno u odnosu na prethodni industrijski računar ovog proizođača: Banana Pi BPi-F2P.

Kada smo uradili tinymembench iz rezultata smo mogli samo da zaključimo da je novi Sunplus procesor veliki korak unapred u ponudi. Nama je i stari Sunplus Plus1 bio pravo otkrovenje kada smo ga videli u realnim aplikacijama kao završen proizvod kod Tibbo-a, možemo samo misliti šta se može realizovati unutar kvalitetnog razvojnog tima sa ovim CPU-om.

Uvek je dobro pogledati rezultate Unixbench testova, bez obzira na starost benčmark algoritama. Pokazalo se da daju dobar uvid u generalne performanse, te mi ovde možemo videti da je Banana Pi učinila značajan pomak u odnosu na svoju prvu industrijsku ploču – gotovo trostruko bolje performanse kada se posmatra jedno jezgo. Ipak su prošle četiri godine, a u ovoj oblasti to ume da donese potpuno novi kvalitet. Ovog puta to je prelazak sa armhf na armV8.

U testovima gde su uključena sva jezgra, sada vidimo neuporedivo bolje performanse koje novi Sunplus procesor svrstava u trenutni fokus industrijskih računara ove klase – onih koji se kao po pravilu baziraju na ARM Cortex-A55 jezgrima.

Najzad, uradili smo zbog kompletnosti i Geekbench 5 i Geekbench 6 testove, kako bi potvrdili i njima dodatno ilustrovali brzine ove platforme. Vidimo da je ovo zaista odlično urađen čip i da ga verzija OS-a koja je ponuđena dobro podržava hardver drajverima.

Zaključak

U ovom tekstu, o ovoj Banana Pi F4 industrijskoj ploči izgrađenoj oko Sunplus SP7350 čipa neće biti teško doneti konačan sud. Odlična odluka da se posle „legendarnih“ armhf ARM Cortex-A7 jezgara koja su bila u fokusu početkom dvadesetih godina, pređe na sada aktuelna ARM Cortex-A55 jezgra u industrijskom računarstvu pokazala se odličnom.

Nova Banana Pi industrijska ploča nažalost je ostala bez PoE modula. RS232 i RS485 konektori takođe nisu tu – kako trend i ide ka USB interfejsima ovo i ne mora biti realan nedostatak, sem u retrofit primeni.

Forma modula i razvojne ploče je daleko bolja od nekadašanjeg rešenja u vidu integralne ploče. Upotreba modula u hardverskom rešenju je ekonomičan i danas veoma čest pristup koga promovišu gotovo svi bitniji proizvođači embedovanih računara. U ponudi je veliki broj industrijskih uređaja koji u svojoj osnovi imaju neki od Raspberry Pi CM modula (obično CM4), dimenziono istih kao i Banana Pi F4 modul.

Cena Banana Pi BPi-F4 industrijske ploče je identična ceni prethodnog modela: $65, što je za modul i razvojnu ploču izuzetna ponuda koja sasvim odvraća od pomisli da se nabavi Banana Pi BPi-F2P, osim ako ste kolekcionar ili baš želite da imate danas retro armhf ploču. Poredeći cenovno ovo rešenje sa Raspberry Pi CM sistemima, troškovi su skalirani oko dva puta, ako posmatramo NXP i.MX ploče, tu je trošak po komadu mnogostruko manji. Naravno i.MX, pa i Raspberry Pi su standardi koji se u industriji više i ne preispituju. Sunplus, i pored velike i izuzteno kvalitetne Tibbo priče ipak je mali igrač u svetu industrijske automatizacije. Ipak, i on ima svoju nišu u kojoj može sijati.