Orange Pi 4A recenzija

Orange Pi 4A

85%

85%

Odlično

Allwinner T527, koji je osnova Orange Pi 4A, sa svojih osam ARM Cortex-A55 jezgara uz NPU, GPU, VPU, DSP i XuanTie E906 RISC-V jezgro namenjen je za korišćenje u industrijskim aplikacijama. Inicijalno kvalitetna OS podrška otvara i mejkerske i entuzijastičke projekte u kojima je bitnije paralelno izvršavanje više procesa, nego performanse svakog od njih.

Pros

1. Neobično korisno prisustvo dva CAN bus-a, DSP-a i XuanTie E906 RISC-V jezgra
2. Allwinner T527 je pogodan za industrijske primene
3. Kvalitetni Debian 12 i Ubuntu 22.04 OS imidži

Cons

1. Nema brzog USB 3.0 porta
2. Prilikom intenzivnog rada SSD-a, pojavljuju se čudni artifakti na HDMI video izlazu
3. Nedostaje uputstvo i primeri za korišćenje DSP-a i XuanTie E906 RISC-V jezgra

Nedavno smo na stolu imali SBC sa Allwinner A527 SoC-om koji targetira mejkerske projekte i ugradnju u proizvodima široke potrošnje, kao i u kućnim serverima. Tada smo se zapitali kako izgleda Allwinner T527 koji je kompanija uz nekoliko dodataka na samom silicijumu namenila upotrebi u industrijskoj automatizaciji. Do sada je bilo moguće pronaći industrijske SBC računare koji su imali u sebi ovaj SoC, ali nije bilo modela koji je bio lako dostupan i prilagođen široj publici. Orange Pi je upravo predstavio svoj Orange Pi 4A model sa ovim procesorom i poslao nam jedan uzorak za potrebe ove recenzije.

U standardnoj plastičnoj Orange Pi kutiji, dodatno zaštićen crnim sunđerima – što je novitet kod svih Orange Pi SBC-ova koje smo dobili, imamo ploču koja se rasporedom konektora i komponenti oslanja na dosadašnje Orange Pi modele. Mnogi elementi se standardno ponavljaju na nizu Orange Pi ploča, što je dobra filozofija, jer olakšava korisniku lakši prelazak sa jednog na drugi model, čak i kada je upotrebljeni SoC potpuno različit.

Hardver

Srž ove Orange Pi 4A ploče je pomenuti Allwinner T527. Zaštićen je dodatnim metalnim „poklopcem“ koji pomaže u disipiranju toplote sa ovog osmojezgarnog SoC-a koji je postavljen centralno. Jezgra su grupisana u dva klastera po četiri. U jednom rade na maksimalnih 1.4 GHz, dok su u drugom nešto brža i idu do 1.8 GHz. Prosek, koji u realnosti ne govori mnogo je dakle 1.6 GHz. ARM Cortex-A55 smo sretali u sada popularnom Rockchip RK3566, odnosno industrijskoj verziji sa bogatim periferijama Rockchip RK3568J. Mixtile Edge 2 bi mogao biti dobar primer uspešno realizovanog edge računara sa ovim SoC-em. ARM Cortex-A55 se nalazi i u Amlogic 905X3 gde bi od novijih modela mogli da izdvojimo Banana Pi BPi-M2 Pro. Ipak, sve ove realizacije su imale po četiri ARM Cortex-A55 jezgra, pa je susret sa industrijskim osmojezgarnim Allwinner T527 bio intrigantan. Priznajemo da smo u Radxa Cubie A5E već imali uvid u delimično osiromašenog predstavnika Allwinner 527 familije model A527. Grupa srodnih Allwinner SoC-eva nosi isti Allwinner SoC id: sun55iw3. U njoj se nalaze još i A523, MR527, A527 i H728.

Ono što krasi ovaj Allwinner T527 je NPU za koji proizvođač kaže da može postići do 2 TOPS. U današnjoj ponudi SoC rešenja, ovo je minimalno potrebna snaga za osnovne aplikacije prepoznavanja objekata i položaja, što bi moglo da bude bitno, na primer, za Smart vision ili industrijsku robotizaciju.

Za pokretanje RTOS-a i kontrolu u realnom vremenu Allwinner je ugradio jedno E906 RISC-V jezgro na 200 MHz kompatibilno sa RV32IMAFC instrukcijskim setom. Srodno Alibaba T-Head XuanTie C906 jezgro na 700 MHz smo videli u Milk-V Duo 256 modelu. C906 je složenije sa out-of-order izvršavanjem instrukcija kroz pet pipeline-ova i namenjeno je da bude glavno mikrokontrolersko jezgro u komercijalnim proizvodima. E906 je low-power in-order single-precission floating point jezgro, koje prvenstveno targetira elementarne IoT aplikacije. Ni za jedan Linux OS koji nam je u ovom trenutku dostupan za ovaj SBC nismo našli nikakve informacije kako da se koristi.

Grafički deo je poveren ARM G57 GPU koji može prikazati 4K sliku pri 60 fps preko HDMI 2.0 izlaza. Tu su još i MIPI DSI i eDP 1.3 (4K na 30 Hz). Ugrađeni VPU je dovoljno snažan da izvršava 4K video dekodovanje (H.265 i H.264) pri 60 fps i enkodovanje (H.264) od 25 fps.

Najzad tu je i ugrađeni HIFI 4 Audio DSP koji radi na 600 MHz. Ovaj dodatni procesor za obradu signala u ovom slučaju bi bio izuzetno pogodan za izgradnju multimedijalnih informacionih displeja u auto industriji, kao i kontrolu smart audio aplikacija. Ono što nam upada u oči je da SoC ima i CAN kontroler sa dva CAN bus-a

Odmah do procesora nalazi se 4 GB RAM-a. Realizovan je Micronovim MT53D1024M32D4DT-046 D9WQG 32-bitni LPDDR modulom koji deklarisano radi na 2133 MHz (4266 MT) što je sasvim dovoljno, jer memorijski kontroler na SoC-u LPDDR4 RAM može opsluživati učestanošću od 1200 MHz.

Orange Pi 4A se napaja preko USB-C porta. Izvor od 5 V i 5 A je dovoljan. Menadžment napajanja radi AXP717B čip. Ono što na samoj slici ispod možemo uočiti je da se mislilo i o dodatnom konektoru za bateriju RTC-a, ali i za dvo-pinski heder (5 V, GND) koji se može iskoristiti za rad ventilatora. Hlađenje ovog SoC-a je neophodno, jer za par sekundi punog opterećenja jezgara odlaze u trotl.

Reset i Boot tasteri su na ploči postavljeni tako da je nemoguće slučajno resetovati SBC. Power dugme se nalazi uz samu ivicu, što je pametna odluka, jer omogućava uključivanje SBC-a i kada se nalazi u kućištu.

Ovde treba primetiti i montažne rupe za heder za dva analogna ulazna signala napona maksimalno 1.8 V, koja se vode na AD konvertor. Ovo su jedine dve GPADC linije na ploči iako ih procesor ima 14. Njihove karakteristike su 12-bit rezolucija odabirnja i sa 10-bit tačnošću i frekvencijom odabiranja do 1 MHz.

Odmah do njih, nalazi se i jedno lemno mesto za USB 2.0, ali i 40 pinski GPIO. Signali na GPIO su multipleksirani i imamo raspoređene: 2 SPI interfejsa, 3 I2C, 6 UART Bus-ova i 14 PWM linija.

AP6256 bežični modul je integrisan na ploči SBC-a. To je često korišćen 2.4/5 GHz Wi-Fi 5 i Bluetooth LE 5 modul. Uz njega je i u.fl konektor za zajedničku Wi-Fi i Bluetooth antenu. Orange Pi 4A, kao i svi drugi njihovi modeli koji imaju bežični modul, dolazi sa eksternom antenom u njima svojstvenom obliku crne cevčice.

Pored bežične veze tu je i gigabitni Ethernet port. Realizovan je preko Motorcomm YT8531C Ethernet transivera i u našim testovima postiže uobičajen protok od 940 Mbps, sa tim da u bidirekcionom modu ide ukupno na 1240 (910/330) Mbps mereno u iperf3.

Uz jedan već pomenuti USB 2.0 heder na ploči su i dodatna četiri USB-A 2.0 porta. Brzina ih ne preporučuje za povezivanje sa eksternim USB diskovima, ali se u nuždi mogu koristiti.

SoC omogućava i video ulaz i za to su predviđena dva konektora. Jedan sa gornje strane ploče, označen kao CAM1 i jedan sa donje strane. Koriste se standardne Orange Pi kamere, kao i na drugim modelima ovog proizvođača, samo treba obratiti pažnju na tip konektora, odnosno trakastog kabla.

Sa donje strane ploče, nalazi se mesto za montiranje standardnog Orange Pi eMMC modula koji se može naći u veličinama 16, 32, 64 i 128 GB. Testirali smo naš modul od 32 GB i prilikom čitanja dobili brzinu od 179.3 MB/s, što je negde na sredini između performansi SD-a i SSD-a. Modul, kao i NVMe SSD, se može koristiti i za smeštanje podataka, ali i za radnu particiju OS-a, sa tim da se boot particija uvek mora nalaziti na SD kartici. Sa donje strane je i push-pull ležište za nju.

Tu je i eDP konektor, ali i M.2 M key sa jednom linijom PCIe 2.1. Direktno se mogu montirati samo 2280 SSD PCIe NVMe moduli, dok se kraći mogu postaviti uz upotrebu adaptera. Mi smo za testiranje koristili Kingston NV2 PCIe 4.0 NVMe M.2 M key koji je pri čitanju postizao 414.4 MB/s, što je daleko bolje od SD kartica koje ni prelazile 70 MB/s ili eMMC-a za koga smo već rekli da mu je rezultat oko 180 MB/s.

Kako smo radnu particiju OS-a postavili na NVMe SSD, brzina se direktno ogledala u ugodnosti pri desktop radu. Potencijalno najveća zamerka ovom SoC-u je nepostojanje „performans“ jezgara, već ARM Cortex-A55 klokovan na 1.8 GHz to pokušava biti. Pri punom opterećenju ova jezgra jednostavno se ne mogu porediti sa ARM Cortex-A76 jezgrima, te pri pokretanju zahtevnih operacija na jednom jezgru korisnik oseti leg. NVMe SSD umesto SD kartice donekle ublažava ovaj osećaj.

Software

Dobra praksa kompanije Orange Pi je da SBC ne pušta na tržište bez bar jednog OS-a sa doličnom funkcionalnošću. Za ovaj model su dali čak tri: Android 13, Debian 12 i Ubuntu 22.04. Potonja dva u server i desktop verziji.

Iako je Android 13 u neku ruku inicijalni OS sa kojim je ovaj SoC i predstavljen u martu 2024. godine, on se ovde pokreće takođe sa SD kartice. Ovo je veoma neobično, jer većina drugih ploča sa kojima smo se sretali zahteva pokretanje Android imidža sa eMMC ili NVMe SSD modula. Mi se u testiranju nismo zadržavali na Android OS-u, već je naš fokus bio na Linux-u.

I Debian 12 i Ubuntu 22.04 dostupni su u server i desktop verzijama i mogu se preuzeti sa Orange Pi sajta. Proveli smo preko nedelju dana u korišćenju i testiranju implementacije oba OS-a i jedina uočljiva razlika je u tome da su benčmarci Debian OS-a bili za oko 10% bolji od onih na Ubuntu iako smo u oba slučaja koristili GNOME desktop.

Bez ikakvih problema smo instalirali Docker iz Orange Pi Config-a, u njemu pokrenuli i Node-RED i MQTT Broker-a. Uz već ugrađenu GPIO softversku kontrolu kroz WiringOP nije bio nikakav problem izvesti jednostavan automatizacioni projekat. Detaljnije o tome ćemo pisati u izdvojenom članku.

Odlična dokumentacija u vidu User Manual-a nam je pomogla da instaliramo podršku za korišćenje NPU-a i da pokrenemo niz demonstrativnih testova: mobilenet_v2_ssd, yolov5, head_pose human, resnet50 image classification, struct2depth depth detection example i nama verovatno najmanje interesantan ChineseOCR text recognition. Ovde moramo da napomenemo da je u uputstvu rečeno da testove treba preuzeti sa Baidu Cloud-a. To je načelno tačno, ali ne za korisnike van Kine, posebno ne za ljude u zemljama iz kojih je nemoguće registrovati Baidu nalog, jer ne prepoznaje naš međunarodni broj telefona. Za takav slučaj imamo kompletan direktorijum u Download/Offical Tools delu sa svim potrebnim primerima lociran na Google Drive-u.

Benchmarks

Za uporedno testiranje izabrali smo jedan model sa Rockchip RK3566 procesorom (Orange Pi 3B) koji ima četiri ARM Cortex-A55 jezgra, Radxa A5E sa Allwinner A527 SoC-om iz iste sun55iw familije, najbržim Orange Pi 5 pro SBC-em sa Rockchip RK3588s SoC-em i najzad današnjim etalonom za merenja SBC performansi – Raspberry Pi 5B.

Standardni set testova krećemo sa onim vezanim za CPU. Prvi u nizu je Sysbench CPU i jasno vidimo da su u single-core radu ARM Cortex-A76 gotovo tri puta brža od ARM Cortex-A55. Broj jezgara u Allwinner SoC-evima u multi-core radu delimično nadomešćuju tu prednost i dobijamo sveukupno upola lošije performanse u odnosu na etalon.

OpenSSL test nam pokazuje sposobnosti hardvera u operacijama enkripcije. Znamo da su sva jezgra ARM i da je kod njih hardverski enkriptor identičan i da su mu performanse direktno vezane za takt. Broj jezgara ili tip jezgara u ovom slučaju ne igra ulogu.

I Allwinner T(A)527 i Rockchip RK3566 imaju 32-bitnu magistralu koja može opsluživati memoriju sa maksimalnim taktom od 1200 MHz. Druga dva SBC-a imaju SoC-eve sa 64-bitnom magistralom i po dva memorijska čipa na ploči. Brzina čitanja i upisa u memoriju se jasno vide na graficima, sa time da znamo iz prethodnih testova da Raspberry Pi ipak postiže uočljivo lošije rezultate u ovom segmentu u odnosu na SBC-ove sa Rockchip RK3588 SoC-evima.

Jedni od najpoznatijih testova za merenje performansi su svakako Geekbench testovi: Geekbench 5 i noviji Geekbench 6 koji više pažnje usmerava na aplikacije gde se koristi više jezgara. Ovde vidimo da je OS koji se preuzima sa zvaničnog sajta odlično optimizovan. Naravno da se performanse ne mogu uporediti sa SBC-ovima koji imaju ARM Cortex-A76 jezgra koji se u single-core rezultatima gotovo izjednačavaju sa multi-core snagom ARM Cortex-A55.

Sada već dosta vremešan Unixbench test mogao bi nam dati uvid u opšte karakteristike Orange Pi 4A. Vidimo da je to najoptimizovanija ploča iz grupe A55. Na testovima se jasno vidi da pun sjaj Orange Pi 4A dobija pri višejezgarnom radu. Takav slučaj je recimo primena filtera u Gimp grafičkom programu. Ono gde se oseti „štucanje“ je pokretanje Chromium browsera sa SD kartice. Prvo je potrebno preuzeti veću količinu podataka sa ovde najsporijeg medija, SD kartice, da bi nakon toga aplikacija koristila samo jedno jezgro za njeno izvršavanje.

Najzad, volimo da pokrenemo i Octane 2.0 baziran na Javi u Chromium Browser-u. On nam obično govori o korisničkom iskustvu u radu desktop aplikacija. Ovaj put je rezultat u blagoj suprotnosti sa stvarnim stanjem. Naime Radxa A5E nema optimizovane video drajvere, dok su oni kod Orange Pi 4A veoma dobri. To možemo videti i ako uporedimo glxglears rezultate, koji su kod Radxa-e 1630 fps, a kod Orange Pi 4A 3025 fps. U sledećem testu glmark2 je na E5A postigao skor 390, a na 4A čak 545. To se jasno oseti pri korišćenju.

Zaključak

Prvi susret sa osmojezgarnim sun55iw3 SoC-em u Radxa A5E je za nas bio veoma uzbudljiv, posebno jer smo bili svesni ideje oživljavanja mejkerske podrške od strane Allwinner kompanije. Ovom recenzijom ulazimo u ozbiljnije industrijske aplikativne priče sa Orange Pi 4A i Allwinner T527 SoC-em. Moramo da napomenemo da postoje industrijska rešenja sa ovim čipom već neko vreme, te da je divno što je došao trenutak da u formi mejkerskog SBC-a po ceni od $40 možemo da koristimo ovaj SoC.

Cene uporednih modela mogu značajno pomoći u odluci koji od njih nabaviti. Smatramo da je najmanje atraktivan predlog Orange Pi 3B. Radxa A5E jeste povoljnija, ali ona na sebi ima Allwinner A527, a ne T527 SoC. To znači da nema NPU sposoban za 2 TOPS i nema dva izolovana CAN bus-a. Allwinner je zbog tih mogućnosti T527 prozvao industrijskim modelom, dok A527 treba da targetira potrošački segment proizvoda. Da li vredi dodati 50% cene i nabaviti daleko snažnije, ali i energetski zahtevnije SBC-ove zasnovane na ARM Cortex-A76 zavisiće od samog projekta koji razvijate. Ukoliko ste ipak okrenuti ka STEM-u, Raspberry Pi 5 je prigodniji izbor zbog obilja softverske podrške.

Orange Pi 4A se tek pojavio na tržištu, a na samom startu je data odlična početna softverska podrška kroz kvalitetno urađene Debian 12 i Ubuntu 22.04 imidže. Lakoća kojom smo instalirali Docker i nakon toga Node-RED i MQTT broker, uz wiringOP za kontrolu GPIO-a čini ovaj SBC odličnom razvojnom platformom. Bilo bi odlično da se dokumentuje upotreba ugrađenog DSP-a, kao i XuanTie E906 RISC-V jezgra, što bi otvorilo čitavu paletu novih aplikacija. Da li će Allwinner uspeti da se po popularnosti približi Rockchip-u, ostaje da vidimo. Ova ploča govori tome u prilog.