D-Robotics RDK X3 recenzija

D-Robotics RDK X3

91%

91%

Izvrsno

D-Robotics je mehatronički razvojni kit, te odlično STEM učilo i platforma za realizaciju robotičkih i atomatizacionih projekata uz mogućnost korišćenja do 5 TFLOPs AI-a. Učenik ili kreator robota će glatko pokrenuti sistem, instalirati sve potrebne alate na ploči u pomoć RDK Studio-a, a imaće i mogućnost da iskoristi veliku bazu prethodno urađenih projekata.

Pros

1. RDK Studio: Izuzetna softverska podška i on-line literatura
2. Odlične performanse, posebno za hardver koji poseduje
3. Kvalitet izrade i dizajnerska pažnja su na zavidnom nivou
4. 5 TFLOPs INT8 operacija ugrađenim Bernulijevim jezgrima

Cons

1. SoC može dati više komunikacija na GPIO-u, što se može videti na modelu sa SOM modulom
2. Nema MIPI DSI port
3. Čudno je da hardverska enkripcija ne radi, kao ni na Raspberry Pi 4 modelu

Sakriven među izvrsnim proizvodima kompanije DF Robot, poput serija: Unihiker, Huskylens, Gravity, Firebeetle i naravno LattePanda, nalazio se i D-Robotics RDK X3 – SBC nalik na Raspberry Pi 4B sa neobičnim Sunrise 3 procesorom. Zamolili smo i nekoliko nedelja kasnije od DF Robot-a smo i dobili primerak ovog sistema za potrebe pisanja ove recenzije. Došao je spakovan u luksuznoj kartonskoj kutiji sa poklopcem koji se zatvara magnetom. Svuda je bio izbrendiran oznakama D-Robotics, a na kartici koja se nalazi uz SBC ploču stojao je poziv da posetimo sajt te kompanije. Trenutno razočarenje što nije proizvod DF Robot-a u momentu je nestalo kada smo ušli na preporučenu internet lokaiju i kada smo shvatili koliko je ozbiljnosti i pažnje uloženo u ovaj i veći RDK X5 robotski razvojni sistem.

Hardver

Srce RDK X3 SBC-a je nama potpuno nepoznati Horizon Robotics Sunrise 3 SoC sa četiri Cortex-A53 jezgra na 1.5 GHz. Po onome što znamo, još 2022. je na kineskom tržištu bio dostupan i ovaj i skuplji SOM kit, mada je SoC predstavljen 2020. Tada je na zapadu uveliko vladao Raspberry pi 4B, a o petici se nije ni šuškalo. Raspberry pi 3 takođe sa četiri Cortex-A53 jezga, ali na 1.2 GHz je u većini aplikacija bio zamenjivan ondašnjim Raspberry flegšipom. Pa, što bi neko u tom trenutku pravio „kopiju“ svetskog standarda, logično je pitanje. Do odgovora smo došli upravo radeći sa ovim kit-om i uveravajući se koliko se može pogrešiti ako se posmatraju samo jezgra, a ne i ostali hardverski parametri sistema.

Sunrise 3 danas svakako nije vrhunac silicijumske tehnologije u SBC niši, ali je rad u Ubuntu 22.04 sa linux kernelom 4.14.87 neočekivano gladak – na nivou Raspberry Pi 4 modela koji, nemojte zaboraviti ima mnogo naprednija Cortex-A72 jezgra.

Sunrise 3, ili X3M kako mu je kodno ime, je SoC koji pored standardnih CPU jezgara ima i dva BPU jezgra sa Bernuli arhitekturom koji se mogu koristiti za analizu video snimka do 8 Mpixel pri 30 fps u realnom vremenu u smislu detekcije objekata, parsiranja scena, prepoznavanja sentimenta lica i sličnog.

Video signal se sa 2-lane MIPI CSI (svaki lane vršnog propusnog opsega od 1.5 Gbps) ulaza direktno odvodi na procesor radi obrade i nakon toga prosleđuje BPU-u. Podržani kamera senzori koji se mogu povezati na MIPI konektor su: GC4663, JXF37, IMX219, IMX477 i OV5647.

BPU je sposoban za 5 TFLOPs-a AI operacija, što je Raspberry Pi kao opciju dobio tek sa peticom i AI HAT-om. Doduše dobio je 2024. time čak 24 TOPS-a. No ni D-Robotics nije u međuvremenu bio „lenj“ i sada imamo još tri modela u RDK seriji: RKD 5 sa 10 TFLOPs, RDK ULTRA sa 96 TFLOPs i RDK S100 sa 80-128 TFLOPs (šta god ovaj opseg tačno značio).

AI traži memoriju, po principu: što više to bolje. Raspberry Pi 3 je imao maksimalno 1 GB, četvorka je prva prekoračila ovu granicu i ponudila i modele od 2, 4 i 8 GB. RDK X3 se od početka izrađuje u verzijama sa 2 i čak 4 GB. Ako budete birali, birajte ovaj veći svakako. Posebno jer se deo memorije u zavisnosti od AI modela alocira BPU-u, a maksimum od 1.9 GB je moguće prenameniti samo na 4 GB SBC-u.

Na ovoj ploči je Rayson RS1G32LO4D2BDS-46IT memorijski čip. To je single-channel realizacija LPDDR4X RAM-a, ali brzine do 4266 Mbps. Gotovo neuporedivo sa sličnim pločama gde se po pravilu postavlja -53BT čip brzine 3733 Mbps. Brzina će svakako značiti AI modelima.

Ploča nema ugrađen, niti konektor za povezivanje eMMC ili NVMe modula pa se za imidž sistema mora koristiti SD kartica. Ugrađeni GigoDevice QSPI NAND služi za smeštanje bootloadera koji omogućava čitanje podataka sa SD kartice i dalje podizanje sistema.

Sa „konektorske“ strane RDK X3 smeštena su tri USB A porta, sa time da su dva 2.0, a jedan 3.0. Na testovima USB 3.0 port nije uspeo da iskomunicira sa Kingstone Data Traveler 512 GB USB drajvom 3.0 protokolom, već se ponašao kao da je to 2.0 drajv i postizao brzine čitanja do 44.5 MB/s. Ovaj problem je značajan ukoliko je u aplikaciji neophodan veliki spoljni drajv za skladištenje podataka, što je često neophodno pri AI obradi videa.

Gigabitni Ethernet je realizovan tradicionalno sa Realtek RTL8211 gigabitnim Ethernet transiverom. Originalni OS je podešen tako da se formira lokalna Ethernet mreža, a da se Wi-Fi koristi za povezivanje na internet. Naravno to podešavanje se može menjati po potrebi.

Uz levu ivici ploče, pored spomenutog MIPI CSI porta, nalazi se microUSB za direktno programiranje sa računara (u Recovery modu), tropinski heder za dibag sondu i USB C na koji se dovodi napajanje. Sama ploča, bez ikakvih dodataka vuče do 1 A, a u stand-by modu potrebn struja je desetostruko manja. Bez obzira na ovako niske zahteve, za pravilan rad, što preporučuje i proizvođač potrebno je obezbediti stabilno napajanje od 5 V/ 3 A.

Sa zadnje-donje strane ploče postavljeno je push-pull ležište za SD karticu. Brzina čitanja sa Flexxon SD kartice je do 89.4 MB/s.

HDMI izlaz dovodi signal preko Lontium LT8618SXB HDMI transivera koji može generisati 4K sliku na 30 fps, ali ovde na izlazu imamo maksimalno 1080p rezoluciju sa 24-bitnom paletom boja u skladu sa HDMI 1.4 standardom. Obratite pažnju da Sunrise 3 omogućava MJPEG i H.265/H.264 video enkodovanje i dekodovanje do 4K rezolucije sa 60 fps.

Ugrađena GPU jedinica i dobri video drajveri postigli su čak 290,31 fps na glxgears testu – vrednost o kojoj sanja ogromna većina SBC-ova sa kojima se srećemo, sa mnogo jačim hardverom i veoma lošim open-source grafičkim drajverima. Overklokovan na 1.8 GHz postizao je celih 325,31 fps – zadivljujuće.

Najzad uz desnu ivicu ploče nalazi se 40-pinski GPIO heder za koji proizvođač govori da omogućava glatko korišćenje Raspberry Pi HAT-ova.

Poznavaocima Raspberry Pi GPIO headera već na prvi pogled na tabelu ispod biće jasno da je RDK X3 možda i najdoslednije pratio raspored signala na svakom od pinova među SBC pločama. Zaista možemo potvrditi da će gotovo svi HAT-ovi sa Raspberry pi-a, bar što se neophodnog rasporeda signala biti funkcionalni na RDK X3, generalno uz minimalne izmene u kodu.

U RDK-Configurator-u moguće je uključiti overleje za SPI1, I2C0, I2S0, I2S1 i Serial UART3, što je manje od onoga omogućenog za RDK X3 SOM modul sa carrier board-om koji je nešto skuplji. Zanimljivo je prisustvo šiftera nivoa signala za open-drain i push-pull aplikacije sa 1.8 na 3.3 V koji je povezan za linije GPIO hedera, odnosno da ni on, kao ni HDMI transiver nisu integrisani u SoC.

Za bežične komunikacije zadužen je modul bez odgonetljive oznake X364M48VM000282 (na nekim pločama je to Cdtech 208821C modul) koji obezbeđuje 2.4/5 GHz Wi-Fi i Bluetooth 4.2 konekciju. Ispod zaštitnog poklopca je dobro poznati Realtek RTL8211CS. Iako postoji u.fl konektor na ploči za eksternu antenu, modul ima i sopstvenu unutrašnju antenu. Izbor se vrši softverski iz trminala pokretanjem RDK Configurator-a i prelazi se sa unutrašnje na spoljnu antenu ukoliko se ploča oklapa metalnim kućištem.

Ploča sa donje strane nema bitnih konektora, osim pomenutog ležišta za SD karticu. Pinovi GPIO hedera su označeni sa ove strane, što je vrlo praktično.

Benčmarci

Jedan od problema koje nam je načinio kernel 4.14.87 na ovom Hotbot X3 (da i to je jedno od imena ovog sistema) je nemogućnost da se izvrše neka od standardnih testiranja zbog zastarelih verzija softvera. Začudo, iako star Unixbench nije nikako zeleo da se izvrši do kraja.

Četvorojezgarni Cortex-A53 procesor na 1.5 GHz je na mišićima uradio odličan posao, a onda smo ga overklokovali na 1.8 GHz i ponovili sve testove. Sysbench CPU je očekivano dao oko 20% bolje rezultate, taman onoliko koliko smo podigli takt.

Openssl Test je ispratio podizanje takta procesora i svojim rezultatima se približio, a u nekima i pretekao Raspberry Pi 4B. Deluje da, kao i kod Raspberry modela nisu omogućeni hardverski enkriptori, već da samo jezgro izvršava sve. Primetili smo da kod procesora kojih je omogućena hardverska enkripcija jedno isto jezgro uvek biva opterećeno u ovom testu. Kod SoC-eva bez ovog hardvera, jezgra nasumično na sebe preuzimaju zadatak.

Dolazimo da najočiglednijeg razloga za overklokovanje na 1.8 GHz. Memorija dobija značajan bust i budući da su ugrađeni veoma brzi moduli, ona uspeva da isprati povećanje takta procesora. Bitna stavka kada se pokreću AI modeli.

Tinymembench test je samo potvrdio prethodne dobitke u brzinskim performansama memorije. Ovde vidimo da se u širokom spektru aplikacija gotovo u potpunosti približavamo Raspberry Pi 4 modelu.

Kao sveopšti test iskoristili smo Geekbench 5. On je pokazao da je overklokovani RDK X3 duplo brži od Raspberry Pi 3 koji ima SoC sa identična četiri jezgra. Čini nam se da je kod RDK X3 izvučen i poslednji atom snage koji ova ARM Cortex-A53 mogu dati.

Octane 2.0 volimo da uradimo kako bi ilustrovali osećaj rada desktop aplikacija. Znamo da Raspberry Pi 3 treba koristiti u terminalu, a da je Raspberry Pi 4 predstavljen u svoje vreme kao prvi SBC koji se može lagano koristiti i u desktop aplikacijama. RDK X3 kada se overklokuje na 1.8 GHz postiže 25% niže rezultate od prethodno pomenutog. Da li je to dovoljno ili ne za desktop, stvar je lične procene. Nama je njegovih 6000 bilo zadovoljavajuće, uz obavezno hlađenje SoC-a.

Softver

Dolazimo do izuzetno vrednog, posebno za STEM primenu, činioca ovog SBC-a za robotsku automatizaciju. Više godina predanog razvoja, u današnjem brzom tehnološkom svetu, učinilo je ovaj hardver izuzetno pogodnim za projekte u oblasti robotike i automatizacije uz multimedijalnu i AI potporu.

Trenutni D-Robotics RDK Suite je u verziji 3.0, što pre svega znači da je došlo do prelaska sa Ubuntu 20.04 Focal Fossa na noviju Humble Hawksbill 22.04 verziju. Kernel je nažalost sve vreme ostao isti 4.14.87, mada ne vidimo u tome neki realan problem u korišćenju.

Što se robotike tiče Ubuntu 22.04 doneo je i novi ROS2 što je bitan korak. Međutim, D-Robot je razvio i sopstveni TogetherROS.Bot operativni sistem, sa time da pri instalaciji treba paziti da se instalira tros-humble koji je prilagođen verziji OS-a na koju koristite. Mi smo sve vreme radili sa Ubuntu 22.04 Humble.

BPU sa dva Bernulijeva jezgra namenjen za AI operacije radi sa fix-point INT8 podacima. Ovo je uobičajeno u industrijskoj primeni, ali sa druge strane podaci u današnjim modelima treniranim na GPU jedinicama su često float-point tipa. Stoga je potrebno kvantizovati podatke float-point modela u fixed-point kako bi RDX X3 mogao da ih koristi. U zavisosti od trenutka kada se vrši kvantizacija podataka, razlikujemo Quantization Aware Training (QAT) i Post-Training Quantization (PTQ). D-Robotics Algorithm Toolchain koristi PTQ metod koji skupom kalibracionih podataka pretvara istrenirani FP32 float-point model u model koji može vršiti fixed-point proračune. Ovo je česta praksa kod Edge i Cloud baziranih jedinica. Ograničenje je što se trenutno mogu koristiti Caffe i ONNIX operatori o čemu više možete pročitati na stranici o podržanim operatorima.

Jedan interesantan primer kome smo dodelili 1.9 GB RAM-a je na slici ispod, gde smo pokrenuli LLM model. Iako je treniran na kineskom jeziku, ume da se prebaci i na engleski, ako ga lepo priupitate – ko što smo mi.

Funkcije na GPIO-u: I2C, I2S, UART, SPI, PWM, kao i kontrola GPIO linija može se raditi programiranjem u Python ili C++ jezicima. D-Robotics je dao biblioteke, detaljno opisao i podržao brojnim proverenim primerima njihovu upotrebu u oba jezika. Ne samo da su dali tehnički neophodne podatke, već su prilagodili tekst edukativnoj (STEM) primeni, kreirali odličan Wiki sajt i time zapravo ovaj SBC učinili izuzetnim učilom za embedovanu AI automatizaciju i robotiku.

Na sve ovo sa D-Robotics sajta se može preuzeti RDK Studio aplikacija za Windows i Apple OS (samo Apple silicon verzija) u kome se lako instalira i ažurira OS na ploči, ili više ploča, vodi računa o stanju svake od njih i instaliraju veliki paketi poput Node-Red-a, VS Code Studio-a i Jupyter-a.

Prvi korak je da Imager-u flešujemo najnoviji OS na SD karticu, birajući RDK X3, a nakon toga i verziju RDKOS-a: 2.0 (Ubuntu 20.04) ili 3.0 (Ubuntu 22.04) u server ili desktop varijanti. Dakle, nije potreban nikakav dodatni softver da bi se pokrenuo RDK X3.

Sa tako pripremljenom SD karticom, pokrećemo RDK X3 i sve što je potrebno je da povežemo SBC sa Wi-Fi mrežom (može i Ethernet) na kojoj je PC računar na kome smo pokrenuli RDK Studio i saznamo njegovu IP adresu. Kada nju znamo, a kod nas je bila 192.168.0.211 jednostavno dodamo +Hardver u studio koji će nam od tog trenutka biti portal za upravljanje i rad.

Nekoliko modula se može instalirati odavde. Terminal, Node-Red, Jupyter i VS Code podrška (VS Code mora prethodno biti instaliran na PC računaru) su svakako izbor koji će omogućiti veliki broj projekata i lako upravljanje fajlovima sa računara.

Terminal je neophodan, a on nakon „instalacije“ služi za pristup RDK X3 fajlovima u direktorijumima SSH protokolom. Primetite na slici ispod da smo overklokovali sam Sunrise 3 sa 1.5 na 1.8 GHz i time dobili u proseku 15+ % bolje performanse.

Iz RDK Studio-a može se pristupiti forumu zajednice i sajtu sa dokumentacijom. Međutim, pod karticom Examples nalazi se veliki broj primera koje možete pokrenuti sa kompletnim uputstvima, kodovima i detaljnim ilustracijama, često i u video formi.

Zaključak

D-Robotics RDK X3 je SBC, ali je i daleko više od malog računara na jednoj ploči. Nemojte se povesti nekim recenzijama koje o njemu govore samo sa aspekta upotrebljenog hardvera. Ovo je po našem mišljenju odlično osmišljeno STEM razvojni kit – učilo za robotiku i automatizaciju namenjeno višim razredima srednje škole i fakultetu. Naravno i neki napredniji osnovac bi mogao da nauči mnoge tajne mehatronike uz njega.

SoC nije vrhunska reč današnje tehnike, ali je kompletan sistem neverovatno dobro usaglašen i softverski i dokumentaciono u potpunosti podržan, tako da izvlači performanse njemu naredne generacije i pruža neverovatnu upotrebljivost. Sasvim dvoljno za jedno izvrsno učilo i razvojni kit kojim ćete naučiti mnogo o robotizaciji, automatizaciji i primeni AI-a pri rešavanju konkretnih mehatroničkih problema. O tome koliko je ovo odličan kit za konstruktore i posvećenike u AI automatizaciju i robotiku, ne treba ni pisati.

Cena mu je $45 za model sa 2 GB i $65 za onaj sa 4 GB koji preporučujemo. Kompletna STEM dokumentacija, obilje primera i lakoća rada – od samog flešovanja SD kartice do instalacije VS Code ili Jupyter-a je unutar SDK Studio-a paketa za Windows i Apple (samo Apple silicijum) – više su nego dovoljni razlozi da ovaj proizvod, koji bi mi nazvali i mehatroničkim učilom, dobije najviše ocene i sve naše preporuke.