RISC-V kao arhitektura instrukcionog seta (ISA) nekog procesora determiniše, ne samo semantiku instrukcija, već i kako se one čuvaju, enkoduju i kako im se pristupa. U embedovanim sistemima, kao i generalno u modernom računarstvu, dominante su x86, x64 i ARM ISA. Sve tri spadaju u grupu licenciranih arhitektura, što bi u softveru rekli „zatvorenog koda“. U poslednje vreme, mada je prisutna u računarstvu veoma dugo, RISC-V ISA pronalazi put u svet embedovanog računarstva, upravo svojim otvorenim kodom. Među prvim upotrebljivim SBC-ovima imali smo relativno moćni, na nivou Raspberry Pi 3 SBC-a, VisionFive 2 o kome smo pisali. Istražujući u istom pravcu, od kompanije Sipeed smo dobili daleko moćniji, po rečima marketinga „prvi RISC-V SBC sa GPU-om desktop snage koji ugrožava monopol ARM ISA u SBC-ovima visokih performansi“ – Sipeed Lichee Pi 4A (skraćeno LPi4A). Držaćemo se ovog oblika imena Lichee Pi 4A jer je ono napisano na prednjoj strani kutije, mada ne i na zadnoj (gde piše LicheePi 4A), upisano je i na zvaničnom Sipeed Wiki-u, ali ne i na glavnom Sipeed sajtu gde se pominje kao LicheePi4A. Generalno se sa ovim problemom u upotrebi „space“-a redovno srećemo kod gotovo svih kineskih proizvođača i verujemo da je razlog suštinska različitost ortografije. No, nama će ipak glavni cilj ove recenzije biti da otkrijemo da li je Sipeed marketing u pravu ili ne kada priča o performansama.
photo: magazin Mehatronika
Hardver Lichee Pi 4A
Sipeed Lichee Pi 4A nam je stigao u luksuznoj kaširanoj beloj kartonskoj kutiji sa funkcionalnom šemom SBC-a. Odličan način da se omogući pregled hardvera jednim pogledom.
photo: magazin Mehatronika
Bočno na kutiji je čak i rasporedom pinova na (nestandardnom) GPIO hederu. Ovo je jedan od retkih modernih SBC-ova koji nema 40 pinski GPIO Raspberry Pi header, koga proizvođači stavljaju ponekad i bez realnog upotrebnog razloga. Često nam se čini da im je bitnije da ploča fizički što više liči na uzor, prikrivajući suštinske funkcionalne razlike. Ovde je 20 pinski GPIO sasvim opravdana odluka, jer nije realno da bi i jedan Raspberry Pi hat mogao da mu odgovara po plug & play principu.
photo: magazin Mehatronika
Cela kutija bila je obuhvaćena plavom futrolom od mekog kartona sa kratkom pričom o Lichee Pi 4A i QR kod linkovima ka Github-u, Wiki-u i Telegram profilu. Kada smo otvorili kutiju, dobro zaštićen u ležištu od sunđera, uz USB A na USB C kabl, hladnjak sa ventilatorom i Wi-Fi/Bluetooth antenu nalazio se SBC. Veoma lepo i motivišuće spakovan kit.
Ovaj sistem je, iako deklarisan kao SBC, ipak u formi glavne ploče sa svim periferijama i slotom i samog Lichee modula 4A. (Ako se pitate da li je ovako zapisano, naravno da nije piše 4 A, umesto 4A). Dobili smo modul verzije 52601.
photo: magazin Mehatronika
Na modulu se sa gornje strane nalazi nalazi se „zvezda“ ovog SBC-a: Alibaba T-Head TH1520 SoC baziran na Wujian 600 platformi predstavljenoj u avgustu 2022 godine. Bila je tada primećena kao RISC-V platforma u dekstop klasi koja može pokrenuti Firefox pretraživač i LibreOffice svitu na OpenAnolis open-source OS-u baziranom na Linux-u. Ciljne aplikacije za ovu platformu su kućni roboti, medicinska vizija i video konferensing. Na bazi ove platforme, Alibaba T-Head je razvio TH1520 SoC koji je pored dobrog odnosa performansi i potrošnje doneo i AI mogućnosti. Ovde se susrećemo sa četiri Xuantie C910 jezgara u CPU-u koja rade na 1.85 GHz. Jedan broj primeraka, statistike kažu oko 50% može se overklokovati i na 2 GHz, po nekim specifikacijama i na 2,5 GHz. Mi nismo uspeli i pored detaljnih uputstava na internetu da to učinimo i proverimo da li postoji razlika u performansama u radu koja bi se realno osećala.
schreenshot: Sipeed/T-Head
Po šemi koju smo preuzeli sa Sipeed sajta vidimo da pored ovih jezgara, imamo C906 jezgro sa glavnom frekvencijom 400-812.8512 MHz i RV64IMA[FD]C[V] arhitekturom u audio podsistemu ovog SoC-a, na kome je pored standardnih audio komunikacionih linija integrisan i DSP. Xuantie C906 ima 16 kanalni DMAC AXI master interfejs sa podrškom za 8-bit, 16-bit, 32-bit, 64-bit i 128-bit transfer što uz odgovarajuće drajvere oslobađa CPU prilikom obrade muzičkih podataka. Dakle vidimo da je, bar po tehničkim specifikacijama ovom delu posvećena lepa pažnja.
Za možda i bitniju obradu video signala, zadužena su tri sistema. Sistem za generisanje video izlaza oslanja se na 594 MHz GPU procesor koji može maksimalno generisati sliku na HDMI i MIPI DSI izlazu rezolucije 4096x2160p pri 59.94Hz/60Hz. Sistem za video ulaz preko svog MIPI CSI ulaza može maksimalno prihvatiti sliku sa kamere 13MP pri 30fps odnosno 8MP pri 60fps. Najzad sistem za obradu slike IMG™ B-Series BXM-4-64 GPU ima hardversku podršku za OpenGL ES 3.2, OpenCL 1.2 EP1, Vulkan 1.2 i Android NN HAL.
photo: magazin Mehatronika
NPU je deo, kao i obično grafičkog sistema i po onome što obećava Sipeed deklariše se kao 4TOPS AI INT8. Testirali smo i iznenadili se koliko je do sada razvijeno modela za ovaj NPU.
AON (Always ON) sistem je baziran na E902 jezgru koje obezbeđuje siguran rad i SoC-a, kontrolišući sve njegove segmente i implementirajući i RTC, što je od vitalne važnosti za primenu ovog SoC-a u embedovanim sistemima.
TEE (Trusted Execution Environment) garantuje sigurnost informacija u SoC-u, kroz implementaciju hardvera za enkripciju (AES, SHA i drugih) . Iako na ovoj šemi nije specificirano na koji način, kojim hardverom je on realizovan iz drugih informacija sa interneta znamo da T-Head za ovu namenu obično koristi dva E902 jezgra.
Sve ove tehničke podatke i mnogo više detalja možete pronaći u korisničkim uputstvima koje je izdao T-Head krajem 2023 godine u vidu devet PDF dokumenata. Svi su na Sipeed sajtu mada deluje da su malko sakriveni. Iako je ovo otvorena arhitektura (ISA) i iako je SoC predstavljen pre skoro dve godine, tek je nedavno dostupna ova biblioteka neophodna za pisanje drajvera i portovanje aplikacija. Sadržaj PDF-ova deluje da je detaljan, ali mi ipak ne možemo tvrditi da je i dovoljan. Postoje neka šaputanja da u delu video specifikacija nema dovoljno informacija da bi se napisali kvalitetni drajveri, o NPU uputstvu ne treba ni trošiti reči, a opet postoje implementirani modeli, što nam dozvoljava da pomislimo da postoji još literature koja nije javno dostupna.
photo: magazin Mehatronika
Naš primerak je došao sa 8 GB 3733 MHz 64 bitne LPDDR4x memorije Rayson RS1G32L04, što bi moralo da bude adekvatno jer je SoC deklarisan na 4266 MT (2133 MHz). Postoji i verzija sa 16 GB, na šta treba posebno obratiti pažnju prilikom flešovanja imidža OS-a, kako se ne bi izabrala pogrešna verzija programa za flešovanje.
Na modulu je i 32 GB eMMC i mi smo njega koristili za smeštaj Debian 12 OS-a koji nam i je i koristio za testiranje. Ugrađeni eMMC modul nam je na testiranju pokazao da je nasumična brzina čitanja sa njega 268,6 MB/s, sa vremenom pristupa od 0,23 ms, što je bilo daleko bolje od 70,32 MB/s za čitanje i 46,72 MB/s za upis pri vremenu pristupa od minimalno 0,51 ms, koje smo dobili koristeći SD karticu Kingston Canvas Select Plus 64 GB.
screenshot: magazin Mehatronika
Na modulu su i dva Realtek RTL8211F transivera, jedan sa gornje, a jedan sa donje strane koji opslužuju dva Gigabitna Ethernet porta na glavnoj ploči. Sa donje strane modula, prikazan na slici ispod, je i Dailog DA9063 PMIC čip zadužen za kontrolu napajanja SoC-a na njemu.
photo: magazin Mehatronika
Osnovna ploča Sipeed Lichee Pi 4A je dimenzija 99 x 84.45 mm, gotovo duplo veća od Raspberry Pi 5 SBC-a. Na njoj bočno postoji prostor za montažu dodatnog PoE napojnog modula, koji onda Ethernet port 0 pretvara u PoE port. Nakon Etherneta, smeštena su četiri USB 3.0 porta. Na našim testovima njihovih karakteristika sposobnosti prenosa podataka, brzina nasumičnog čitanja je bila 284 MB/s, a upisa 28 MB/s. Najzad, na samom uglu ploče nalazi se 12 VDC ulaz za napajanje. Specifikacije govore da je 12 VDC / 2 A potrebna karakteristika izvora za Lichee Pi 4A.
photo: magazin Mehatronika
Sa suprotne strane ploče smešten je HDMI izlaz, jedan stereo audio 3,5 mm džek i veoma neobičan 20 pinski GPIO heder o kome smo već govorili prikazujući specifikaciju pinova datim na kutiji u kojoj je SBC bio spakovan. Ukratko, tu su pored napajanja i zemlje, i jedan SPI port, četiri UART TX/RX linije i dodatna četiri I/O porta sa procesora. Dovoljno za veliki broj aplikativnih projekata.
photo: magazin Mehatronika
U nizu je i Realtek RTL8723DE 1T1R 2,4 GHz WiFi / Bluetooth 5 modul na koga treba montirati antenu koja se dobija u kompletu, reset dugme i USB C ulaz za flešovanje eMMC-a. Sa donje strane ploče, uz istu ovu ivicu je push/pull ležište za SD karticu.
photo: magazin Mehatronika
Bitno je napomenuti da se bočno na ploči nalazi i konektor za napajanje i PWM kontrolu rada ventilatora na hladnjaku koji se dobija u kompletu. Hladnjak treba tako montirati da pokriva oba memorijska čipa i sam SoC. Nema fiksne montaže, odnosno nema adekvatnih rupa i zavrnjeva, već se jednostavno lepi samolepljivom termalnom trakom koja se dobija u kutiji. U mirovanju, SoC drži stabilnih 60 °C, međutim bez ventilatora dolazi do pregrevanja. U svim našim testovima opterećenja, uz ventilator temperatura SoC-a nikada nije prelazila 68 °C što je bezbedno i ne dovodi do trotlovanja procesora.
Softverska podrška Lichee Pi 4A
Na zvaničnom Sipeed sajtu, na strani posvećenoj Lichee Pi 4A pored Debian 22 distribucije u BASIC (obično zvana „server“ verzija koja nema GUI-a) i FULL (ili „desktop“ verzija sa X11 GUI-em) verziji, moguće je naći zvaničan Android 12 i OpenWRT.
Pored ova tri OS-a, može se naći veći broj distribucija drugih koje su realno u razvojnom stanju. Većina se čak ne može ni pokrenuti ili se nakon pokretanja gotovo ne može ni koristiti jer im nedostaju drajveri i neophodan softver za rad osnovnih hardverskih sistema na ploči. Ukoliko niste zainteresovani za razvoj neke od tih distribucija, ne savetujemo da na njih potrošite ni trenutak.
Međutim, Debian se nalazi u „zavidnom“ operativnom stanju. Ovo „zavidno“ morate sagledati u kontekstu brzine razvoja i realne mladosti RISC-V platforme na koju se Lichee Pi 4A oslanja. Uvek treba imati na umu da ovo nije još jedna x86, x64 ili ARM ISA platforma, već je ovo sasvim drugačija ISA arhitektura svojom otvorenošću primamljiva velikoj svetskoj open-source zajednici. Njena OS podrška nakon svega dve godine od predstavljanja, ne zaboravite zvanična dokumentacija je objavljena tek krajem 2023, jeste na zavidnom nivou.
screenshot: magazin Mehatronika
U najnovijoj FULL desktop verziji OS-a od 11.01.2024. možete naći već instalirane: LibreOffice Suite 7.5.4.2, Gimp 2.10, Parole, VLC media player, Kodi. Lako ćete instalirati Firefox i Thunderbird, mada će to biti i neophodno jer instaliran Chromium jednostavno ne radi, a ukoliko pokušate da ga reinstalirate ili uklonite, velika je verovatnoća da ćete narušiti funkcionalnost kompletnog desktopa.
Evo još jednog primera: instaliran je i KiCad 7, pre čijeg pokretanja morate u terminalu pokrenuti sudo switch-gl gl4es, a nakon završetka rada vratiti na sudo switch-gl mesa. Ovaj primer smo pomenuli upravo da bi ilustrovali sa kojom pažnjom je potrebno raditi na ovom SBC-u i koliko je sam OS daleko od rafiniranog i onoga što očekujete od recimo Raspberry Pi platforme, pa čak i od SBC-ova baziranih na novim Rockchip SoC-evima.
screenshot: magazin Mehatronika
Ono što je novitet od ove distribucije je Code-OSS 1.80.1 i to je veliki korak koji će umnogome olakšati budući razvoj i portovanje aplikacija. Do sada nije bilo robusnog IDE za ovaj SBC. Python 3.11 i gcc 13.2.0 su dva osnovna programska jezika koja su implementirana u ovoj Debian distribuciji.
screenshot: magazin Mehatronika
Pri korišćenju, da bi sebe spasili muka i uzastopnog flešovanja OS-a i kretanja od početka, zaboravite na komandu apt ugrade. Nakon apt update, iako će vas prsti vući po navici na sledeći logičan korak, nemojte ga nikako učiniti. U 100% slučajeva dobićete nefunkcionalan OS koji je potrebno ponovo flešovati. Maksimalno što sebi smete dozvoliti je pojedinačna instalacija dodatnog softvera, koja po pravilu neće narušiti funkcionalnost OS-a.
Zašto je to tako? Kao i kod StarFive VisionFive 2 SBC-a zasnovanog na JH7110 RISC-V SoC-u čak i uslovno stabilni imidži su u razvoju i dovedene u stanje da funkcionišu. Neselektivno grupno ažuriranje datoteka narušiće neku od prenapregnutih veza između zavisnih programa. Želeli ste da učestvujete u razvoju, nemojte se onda ponašati kao da je u pitanju zreo proizvod koji radi šta god mu učinili. Najmanji korak pri promeni sistema dobro odmerite, isprobajte i uživajte u otkriću.
Ovaj SBC pored svoje funkcije razvojnog sistema ima i demo funkciju. Kako je ISA arhitektura malo poznata, SoC veoma nov, a cela priča je tek u zamahu početnog razvoja, proizvođač uz zajednicu otvorenog koda svakim novim OS imidžom želi da pokaže trenutnu softversku podršku i hardverske mogućnosti. Sada je u fokusu svakako upotreba NPU i AI demonstracija se jednostavno podrazumeva. Yolov5n i Yolov5s modeli sa primerima prepoznavanja na fotografijama su već tu, a mi smo isprobali Llama2 model čiji je zadatak bio da napiše kratku priču. Na slici ispod vidite četiri uzastopna pokretanja modela i četiri kratke priče.
screenshot: magazin Mehatronika
Benčmark testovi
Primer neprekidnog razvoja softverske podrške možete videti u našim testovima. Sysbench rezultata koje uvek volimo da prikažemo, ovog puta nema, jer ga za sada nije moguće instalirati na ovoj platformi. Ali je zato moguće pokrenuti Geekbench. Kada smo pre par meseci testirali VisionStar 2, Geekbench 6 nije bio funkcionalan, danas je to drugačije.
Tinymembench je tu od početka i jasno se može videti koliko ovaj SoC bolje koristi memorijske resurse.
Najzad Unixbench pokazuje da su mogućnosti TH1520 zaista impresivne i da sustižu, a u nekim slučajevima i prestižu Raspberry Pi 4 model. Naravno, ne može se uporediti sa novim Raspberry Pi 5 SBC-om, ali to nije bilo ni za očekivati.
Na početku smo rekli da TH1520 ima hardversko enkripcione akceleratore i možemo videti da su oni ipak daleko manje sposobni od onih u Rockchip modelima.
Kada smo kod podrške za GPU, a testiranje smo uradili na FULL Debian OS-u, videli smo da je glxgears postigao 989 fps, što je odličan desktop rezultat. glmark2 je u zavisnosti da li smo pokrenuli mesa (sudo switch-gl mesa) ili gl4gs (sudo switch-gl gl4es) postigao skor od 722 odnosno 656.
Oktan nismo pokrenuli iako ga volimo, jer Chromium jednostavno ne radi u ovoj distribuciji iako je preinstaliran, a pokretanje iz bilo kog drugog baruzera ne bi dalo komparativno korisne rezultate.
Zaključak
Nakon svih testova i više od nedelju dana provedenih u radu sa Lichee Pi 4A, jasno nam je da je ovo platforma koja obećava. Iako se u svim testovima pokazala bar duplo brža od VisionFive 2 SBC-a, što smo i očekivali jer sem moćnijih jezgara radi i na višem taktu (1.85 GHz u poređenju sa 1.5 GHz), ipak u desktop radu se obe platforme gotovo identično ponašaju. Na ivici današnjih standarda desktop upotrebljivosti. Zaključak može biti samo da je softverska podrška kod Lichee Pi 4A daleko od onoga što hardver zaista može pružiti. Čekaju nas stoga godine razvoja.
photo: magazin Mehatronika
Sa svojom cenom, Lichee Pi 4A je primamljiva ponuda za sve one koji žele da učestvuju u nečemu što može biti izuzetno u razvoju embedovanih sistema i računarstva uopšte. Navikli smo na dominaciju x86 i x64 ISA arhitektura u računarima, prihvatili ARM ISA arhitekturu za embedovane sisteme i u industrijskoj automatizaciji, ali sve tri su zatvorene i podložne licencnim pravima proisteklim iz intelektualne svojine. Na taj način zapadna ekonomija uspešno kontroliše svetsku računarsku scenu i tržište. Pojava RISC-V procesora u ekonomskoj klasi koji su sposobni da pokrenu desktop okruženje OS-ova baziranih na Linux-u dovodi do gubitka te apsolutne kontrole. Otuda su jasni pokušaji da se po cenu narušavanja open-source pravila ograničavajućim zakonskim regulativama nametne dominacija i u ovoj arhitekturi. Da li će se uspeti ili ne, to u ovom trenutku ne znamo. Da procesori koji pokreći Lichee Pi 4A, pa i VisionFive 2 nemaju perspektivu ne bi se ni pokrenula tolika buka. Ako sa te strane posmatrate ovaj SBC, kao mogućnost da učestvujete u možda istorijskom trenutku preoblikovanja računarske budućnosti i date čak svoj doprinos jer je platforma zaista veoma nepolirana, ovo će biti vaših najbolje uloženih $100.
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