Otvoren kod i SBC računari su ušli u industrijsku primenu, a u godinama iza nas rešenja koja se baziraju na njima su se pokazala kao pouzdana i sposobna da dinamično prate promene zahteva i usaglašavaju se sa izmenama zakonskih regulativa i sertifikacionih procedura na globalnom nivou. Razvoj proizvoda traži vreme i ulaganja, pa je garancija prisustva i hardverske i softverske platforme u dugom vremenskom periodu neophodnost. Birajući Raspberry Pi platformu koja je i masovno prisutna i poseduje ogromnu softversku podršku uz veliki broj korisnika, pre svega mladih inženjera edukovanih standardnim STEM obrazovanjem, te osposobljenih za rukovanje ovom platformom, pakujući je u industrijska zaštitna kućišta sa mogućnošću montaže na DIN šinu i dodajući UPS i I/O konektore u industrijskom standardu, dobili smo pravu SBC industrijsku računarsku platformu. Mogućnost kontrole I/O portova, te time i povezivanje senzora i aktuatora, uz moćne ARM procesore sa dovoljno računarske snage i GPU jedinicama sposobnim za višestruke 4K prikaze dobijamo odlične platforme za razvoj sopstvenog rešenja pogodnog i za profesionalnu upotrebu. Edatec CM4 Industrial je upravo jedan po svojim specifikacijama prilagođeni računar industrijskoj primeni koji se može koristiti pre svega za Edge i IIoT aplikacije.
Hardver, softver & performanse
Edatec CM4 Industrial se oslanja na Raspberry Pi Compute Module 4 (CM4), a u našem modelu kojeg smo dobili od zvaničnog Edatec distributera za Srbiju – Malina314 d.o.o, nalazi se modul sa 4 GB LPDDR4-3200 RAM-a i 32 GB velikim eMMC modulom. Postoje i modeli sa 2 i 8 GB RAM-a, kao i opcije bez i sa 8 ili 16 GB eMMC-a.
photo: magazin Mehatronika
Osnova modula je dobro poznati Broadcom BCM2711 četvorojezgarni Cortex-A72 (ARM v8) 64-bitni SoC koji radi na 1.5 GHz. To je identičan SoC kao i u Raspberry Pi 4 modelu i po našim testovima postiže praktično iste performanse i na CM4 na Sysbench CPU testovima.
Ono što je za neke aplikacije poznata boljka Broadcom BCM2711 SoC-a je što je hardver za enkripciju isključen, što se i može videti na OpenSSL testovima koji upoređuju ovaj procesor i druga česta ARM rešenja.
4 GB memorije na modulu je bez obzira da li smo pokrenuli 64-bitni ili 32-bitni Raspbian OS postigao gotovo identične rezultate što je daleko slabije od onoga što danas postižu moderniji ARM procesori sa LPDDR4X memorijom, mislimo tu posebno na Raspberry Pi 5 model ili neki od modernih RK3588 modela, kao što je recimo Orange Pi 5.
Tinymembench je relativno jednostavan test memorijskog protoka i latencije i on, kao i prethodno urađen Sysbench RAM ne pokazuje nikakve razlike između 32 i 64-bitnog OS-a i potvrđuje uporedne performanse memorije.
Analiza uticaja 32 i 64-bitnog OS-a na rad bazičnih komponenti, procesora i memorije, ukazala nam je na da u industrijskoj upotrebi za kontrolu I/O portova i obradu prikupljenih podataka nema posebnog razloga da se koristi 64-bitni sistem. Treba napomenuti da se Edatec CM4 Industrial i dobija sa 32-bitnim Raspbian OS-om (Debian 11) što nas je u prvu ruku začudilo. Međutim, došli smo do uveravanja da je 32-bitni sistem bolje softverski podržan, odnosno radi stabilnije sa većom paletom aplikacija, od novijeg 64-bitnog i da je za industrijsku primenu preporuka korišćenje istog. Ovo se pokazalo potpuno logičnim, jer i nema razlika u vitalnim performansama.
Geekbench 5 i noviji Geekbench 6 dali su veoma ujednačene rezultate i potvrdili da je ovaj računar u rangu današnjih desktop SBC-eva srednje klase.
Dalji testovi koji su više okrenuti ka aplikativnim performansama, kao što je Unixbench pokazali su da novi OS ima nekih prednosti nad starim, ali i dalje ostajemo pri stavu da, ukoliko nije neophodno, treba ostati na instaliranom OS-u.
Edatec CM4 osnovna ploča (carrier board) na koju se postavlja Raspberry Pi Compute Module 4 ima veliki broj I/O portova i specifičnih konektora preko kojih je moguće povezati različite periferije. Njena povezivost prevazilazi onu koju imaju SBC računari u standardnom formatu kreditne kartice kao što je Raspberry Pi 4. Kod Edatec CM4 Industrial ona se nalazi unutar crnog metalnog kućišta sa nosačem za DIN šinu dimenzija 147 x 119 x 28 mm.
photo: magazin Mehatronika
Sa gornje strane kućišta, posmatrano kada se montira na DIN šinu, nalazi se USER taster čiju funkciju je moguće softverski dodeliti, dve LED diode, crvena za signalizaciju uključenosti i zelena koja je programabilna i odmah do njih reset dugme, duboko uvučeno i do koga je moguće doći samo tankom iglom. Na ovaj način je uređaj obezbeđen od slučajnog reseta ili promene ON/OFF stanja, što je izuzetno bitno u industrijskoj primeni.
photo: magazin Mehatronika
Do njih, duž cele ivice nalazi se niz terminal blokova. Prvi u nizu su dva relejna izlaza koja vode ka HFD3/5 solid-state DPDT releju (2A/30VDC, 0,5A/125VAC). Nakon toga je terminal sa dva kanala digitalnih ulaza (konfigurabilnih kao Dry ili Wet). Industrijski standard je zadovoljen sa naredna dva RS485 i jednim RS232 portom. Najzad, poslednji je terminal blok kod revizije ploče 1.4 je sa tri analogna ulaza preko 12-bitnog Ti ADS1015 ADC konvertora.
photo: magazin Mehatronika
Sa donje strane nalaze se otvori za SD i SIM karticu. Ukoliko je verzija Edatec CM4 Industrial-a sa eMMC-om, onda je onemogućeno korišćenje SD kartice, te je ovaj ulaz nebitan, ali moramo primetiti da je ležište izuzetno duboko i potpuno uvuče SD karticu iako je push-push tipa. Izvlačenje kartice je moguće samo nečim što ima veoma tanak vrh, što je odlično jer sprečava slučajno vađenje kartice kada je sistem uključen što bi dovelo do greške u njegovom radu.
Tu je i HDMI izlaz koji može propustiti 4K60 video signal budući da je u SoC-u integrisan VideoCore Vi GPU koji tu rezoluciju podržava. Grafički drajveri za Linux nisu problem kao kod drugih ARM SoC-ova, pa bez problema pri generisanju slike postiže GLMark2 skor od 227 i Glxgears od 1755 fps.
Dva USB 2.0 Type-A porta postižu brzine čitanja od 40.6 MB/s, dok im je brzina upisa 3.3 MB/s. Rezultati koji su veoma dobri za 2.0 standard i u isto vreme duplo lošiji od brzine čitanja sa ugrađenog eMMC-a koja iznosi 78 MB/s i koja nije sjajna i ispod je očekivanog.
Ethernet je omogućen kroz dva porta razičitih brzina, jedan od 10/100M i drugi Gigabitni. Prvi 10/100M Ethernet je realizovan kroz dodatni Microchip LAN9500A USB to Ethernet bridge i za njega je iskorišćena jedna USB 2.0 linija. Veliki broj USB 2.0 linija na ploči je izveden je preko Terminus USA FE2.1 USB 2.0 HUB čipa koji se nalazi u samom centru osnovne ploče. Nažalost njegovo korišćenje ne omogućava USB 3.0. Drugi, brži Gigabitni Ethernet je implementiran samim SoC-om na CM4.
Naš model je došao i sa aktivnim PoE transformatorom. Veoma dobro rešenje kada se planira edge upotreba. PoE je danas postao jedan od standarda u industrijskoj automatizaciji, jer umanjuje broj potrebnih kablova eliminišući potrebu za posebnim napojnim vodom. Najzad, ukoliko se ne koristi PoE, tu je i 12 VDC ulaz za napajanje, sa time da napajanje može biti u rasponu od 9 do 36 VDC kod revizije 1.4 ovog uređaja (obratite pažnju prethodne revizije imaju niže maksimalne napone).
photo: magazin Mehatronika
Kućište se otvara odvrtanjem četiri zavrtnja i sastoji se od osnovnog dela koji drži ploču i poklopca na kojoj je držač za montažu na DIN šinu i dva otvora za montažu eksternih antena za Wi-Fi/Bluetooth i 4G LTE.
photo: magazin Mehatronika
Kada smo ga otvorili odmah nam je u oči upao niz MIPI konektora. Prvi je HDMI konektor koga u ovom obliku nismo do sada nigde sreli i to daje odgovor gde se nalazi drugi HDMI izlaz koga Rapberry Pi 4 ima. Do njega je MIPI DSI sa maksimalnom rezolucijom od 1080p60 namenjen za povezivanje standardnog 7″ Raspberry Pi touch LCD displeja. Do njega su dva MIPI CSI konektora za Raspberry Pi kompatibilne kamere i tu zaista postoji veliki izbor kompatibilnih modela. Moramo primatiti da na kućištu nema otvora predviđenih za trakaste kablove koji služe za povezivanje ovih periferija, ali postoje otvori za ventilaciju koji su postavljeni dijagonalno i kroz koje bi mogli da se provuku. U svakom slučaju nije nemoguće, ali nije potpuno praktično i očigledno.
photo: magazin Mehatronika
Osnovna ploča je sa četiri zavrtnja pričvršćena za osnovu i jednostavnim odvrtanjem lako se odvaja. Ovde treba biti oprezan jer je metalno kućište ujedno iskorišćeno i kao pasivni hladnjak, pa su SoC i Wi-Fi čip na Compute Module 4 preko komada termalnih traka spojeni za njega. Mi smo sa namerom ostavili oba komada termalnih traka kako bi ilustrovali ovu rečenicu. Wi-Fi modul na CM4 je dual-band i pokriva 2.4 GHz i 5 GHz Wi-Fi. Modul na sebi ima PCB antenu, ali ako je kao u ovom slučaju unutar metalnog kućišta neophodno je postaviti eksternu antenu i u /boot/config.txt dodati dtparam=ant2. Ono što nas je malo razočaralo je da je brzina prenosa, bez obzira da li je 2.4 ili 5 GHz mreža u pitanju svega 34 Mbps i da ceo kanal u bidirekcionom režimu prenosi u zbiru istih tridesetak Mbps mereno u iperf3.
photo: magazin Mehatronika
Sa ove strane ploče sem CM4 nalazi se i Mini PCIe konektor u koga je u našem modelu ubačen LTE modem Quectel EC25 Mini PCIe LTE Cat 4 module specijalno optimizovan za M2M i IoT aplikacije, sposoban za prenos do 150 Mbps u prijemu i 50 Mbps u slanju. On je potpuno kompatibilan sa postojećim EDGE i GSM/GPRS mrežama i time pokriven postojećim 4G i 3G mrežama. Podržava Qualcomm IZat tehnologiju Gen8C Lite za lociranje (GPS, GLONASS, BDS, Galileo and QZSS), što ovaj uređaj čini pogodnim za ugradnju u mobilne jedinice poput sredstava za transport ili uređaja čije kretanje je potrebno kontrolisati sa izdvojenog mesta, a areal im može biti veći od područja fabrike, pa čak i zemlje ili kontinenta.
photo: magazin Mehatronika
Zaključak
Iako zapakovan u industrijsko zaštitno kućište za montažu na DIN šinu, Edatec CM4 Industrial se može koristiti i kao SBC položen na jedu od bočnih strana. Osnovna ploča je većih dimenzija, te je montirana vertikalno kako bi zauzimala što manje prostora na šini, ali je zbog toga potreban dublji ormar. Svi konektori za signale i upravljanje procesom su sa jedne strane i kleme se lako odvajaju, dok su komunikacioni i napojni portovi sa druge strane što omogućava uredno i bezbedno ožičenje. Dolazi sa eksternim antenama koje su elegantno montirane ka vratima ormara, što omogućava da se eventualno postave i van njega u slučaju potrebe.
photo: magazin Mehatronika
Iako nije predviđen da se koristi rasklopljen, ipak je na osnovnoj ploči ostavljena mogućnost da se ulemi standardan 40 pinski GPIO heder. Uz ivicu ploče blizu njega nalaze se označene rupe za dodatna dva USB 2.0 porta, UART0, dva analogna ulaza i jedan GPIO pin. Tu je i konektor za napajanje sa PWM kontrolom rada ventilatora. Ugrađena zujalica (buzzer) standardni je zahtev u industrijskim aplikacijama, kao i RTC sa pripadajučom CR1220 baterijom za koju postoji ležište.
photo: magazin Mehatronika
Krajnji utisak ovog malog DIN industrijskog računara je izuzetno dobar. Iako je baziran na Raspberry Pi 4 platformi, sada kada je Raspberry Pi 5 zasijao na SBC desktop nebu, on pokazuje zavidnu agilnost čak i u desktop upotrebi.
Octane 2.0 će nam dati skor ispod 10.000, što je više nego duplo manje od Raspberry Pi 5 modela ili drugih računara baziranih na modernom RK3588 kao što je Orange Pi 5, ali na neki neobjašnjiv način, mi smatramo da se usled odlične softverske usklađenosti OS-a i hardvera to tako ne oseća u radu. Uz ovakva industrijska rešenja, koja su se već dokazala pre svega u Egde i IIoT primeni, PLC familija mora dobro da razmisli kako dalje.
Malina314 doo se pored distribucije kompletnog programa kompanije EDATEC, bavi i prodajom SBC-a proizvođača Raspberry Pi, Waveshare i Nvidia Jetson, kao i svom pratećom mrežnom i računarskom opremom za njih. U ponudi je i veliki broj različitih kablova, adaptera, memorijskih kartica, USB drajvova. U ponudi su i HiFiBerry „Zvuk iz snova“ i ESP32 moduli.
Kontakt: Malina314 doo, office@malina314.com, prodaja@malina314.com, www.malina314.com
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