Voipac iMX93 Max Industrial Development Kit recenzija

Kao i iMX8M kit, novi iMX93 je došao u identično dizajniranoj kutiji u kojoj se nalazi pažljivo zaštićen kartonskim ležištem. Razlika je samo u oznaci koja je sada iMX93 umesto iMX8M. U kitu se nalaze i dva veoma kvalitetna kabla: Ethernet Cat6 i USBmini/USB A koji služi za programiranje. Mi smo ovaj put dobili i komplet Wi-Fi/Bluetooth antena koje su nam nedostajale pri ranijem testiranju iMX8M kita.

Najavićemo sada i da nam je Voipac uz MAX modul poslao i modul u Lite verziji o kome ćemo pisati naknadno u izdvojenom prikazu, a koji koristi istu razvojnu ploču. Osnovna razlika je u nedostatku NPU jedinice, Ethernet PHY, Wi-Fi/Bluetooth modula i audio izlaza, ali je sa druge strane cenovno izuzetno prihvatljiv.

Hardver

Kao što smo već sugerisali, pre više od godinu dana od kompanije Voipac smo dobili iMX8M razvojni kit koji targetira industrijske klijente prvenstveno u aplikacijama koje zahtevaju multimedijalna rešenja. NXP i.MX 8M serija u sebi ima GPU, video enkoder i dekoder, a neki modeli i DSP pogodan za digitalnu obradu zvučnih signala. Novi NXP i.MX 93 nije direktni konkurent niti naslednik i.MX 8M SOC-a, već targetira potpuno drugu nišu. Prisustvo ARM jedinice za neuralni procesing podataka (NPU) Ethos™-U65 omogućava mu mašinsko učenje (ML), a mrežna povezivost izmešta rešenje u sferu edge computing-a. SoC ima dva ARM Cortex-A55 jezgra na 1.7 GHz i jedno dodatno ARM Cortex-M33 na 250 MHz za Real Time operacije.

Voipac iMX93 MAX kit čine dva dela: modul sa SoC-em, memorijom, eMMC-om i Wi-Fi/Bluetooth modulom, i za njega odgovarajuća razvojna ploča sa velikim brojem različitih interfejsa. Modul je po dimenzijama i konektorima za povezivanje sa pločom potpuno identičan iMX8M modulu, te se oba mogu koristiti na istoj razvojnoj ploči. Ipak procesori na crvenom iMX8M i plavom iMX93 pored puno istih interfejsa imaju i neke specifične, pa je za novi iMX93 u verzijama Max i Pro ukoliko planirate implementaciju oba Ethernet kanala neophodno koristiti ovu novu razvojnu ploču. Naime, stara ploča ima samo jedan Ethernet port, jer iMX8M modul ne može koristiti dve Ethernet linije – u pitanju su tehničke mogućnosti NXP i.MX 8M SoC-a.

Ukoliko uklonite iMX93 modul ukazaće se identični konektori kao i kod stare razvojne ploče u koje bez problema možete utisnuti iMX8M modul. Obratite pažnju da iMX93 zbog svojih, oko 20% energetski efikasnijih, ARM Cortex-A55 jezgara u poređenju sa ARM Cortex-A53 u iMX8M zahteva manje pažnje oko hlađenja. Kod Lite, pa i Basic modula to je još očiglednije, budući da tamo imamo samo jedno jezgro koje u Lite-u čak radi na svega 900 MHz. Ako planirate da koristite ovu razvojnu ploču za iMX8M modul, ne zaboravite da konsultuje uputstvo i prelemite nekolicinu 0 omskih otpornika. Rešenje i nije baš najpraktičnije, ali je svakako ekonomski štedljivo. Za svaku je pohvalu što Voipac u kompletu šalje i zamenske 100 pinske konektore, budući da zbog broja pinova i njihove nežne konstrukcije može doći do oštećenja prilikom češćih zamena modula.

Nakon montaže modul se fiksira sa dva zavrtnja koji, kao i kod iMX8M modula, mogu da služe i kao otvori za nosače pasivnog hladnjaka. U testovima koje smo mi sproveli, a možemo ih potvrditi i sa drugim SoC-evima sa ARM Cortex-A55 jezgrima poput Radxa Cubie A5E, ne dolazi do pregrevanja niti trotlovanja čak ni u procesorima sa duplo većim brojem jezgara.

Voipac iMX93 modul na sebi ima i 32 GB eMMC-a brzine čitanja 273,58 MB/s, što je višestruko bolja vrednost od one koju postižu SD kartica, pa čak i – što je veoma ograničavajuće – USB port. Uz eMMC su pozicionirana dva gigabitna Realtek RTL8211FI Ethernet transivera za koje znamo da bez problema obezbeđuju 941 Mbps.

Za Wi-Fi i Bluetooth je izabran ublox MAYA-W260 2.4/5 GHz Wi-Fi 6 / Bluetooth LE 5.3 multiradio modul. Prvi put se srećemo sa njim, te nam je interesantan način na kojim modul koristi antene. Jedna je za Wi-Fi radio u oba opsega i 2.4 i 5 GHz, dok je druga isključivo namenjena Bluetooth signalu.

Na Max modulu je i 2 GB LPDDR4 RAM-a na 1887 MHz. Na testovima ćemo kasnije videti da je komunikacija procesora sa memorijom brža nego kod iMX8M modela, što smo i očekivali budući da je jedno od glavnih poboljšanja ARM Cortex-A55 jezgara u odnosu na ARM Cortex-A53 brzina protoka informacija ka i od memorije.

Pređimo sada na razvojnu ploču. Već smo rekli da je praktično identična prvoj verziji namenjenoj iMX8M modulu. Raspored konektora je potpuno isti, sa time da sada imamo dva Ethernet porta umesto jednog kod starije verzije ploče. Dimenzije i raspored ostalih elemenata su ponovljeni.

Podsećanja radi, napajanje se može izvesti kablovima na ugrađenu klemu ili preko džeka. Potrebno je dovesti napon od 5 VDC, a ulazi su sertifikovani za struje do 8 A. Iako su konektori na razvojnoj ploči, PMIC integralno kolo za kontrolu napajanja SoC-a i memorije se nalazi na iMX modulu. Kolo je označeno žutom nalepnicom koja govori da je osetljivo na elektrostatički potencijal – dakle potrebna je pažnja pri rukovanju. Pozicioniranje PMIC kola na modul, a ne na razvojnu ploču je promišljena odluka koja omogućava korišćenje različitih modula sa specifičnim SoC-evima na istoj razvojnoj ploči, odnosno jednostavniju konstrukciju elektronskog dela u vašem proizvodu u kome bi koristili Voipac iMX modul.

I prošlog puta nam se dopao ,u odnosu na rešenja kod drugih proizvođača mogli bi da kažemo i predimenzionisani, prekidač/selektor izvora napajanja. Ovde napominjeno da prilikom flešovanja eMMC-a na SoC ne treba povezivati 5 VDC napajanje, već se ono obezbeđuje preko USB C konektora na razvojnoj ploči koji se kablom povezuje sa PC računarom.

Za detaljan opis razvojne ploče savetujemo da pročitate našu recenziju Voipac iMX8M. Ovde ćemo izdvojiti neke interesantne detalje, kako bi ilustrovali nivo pažnje i promišljenosti koju Voipac ulaže u svoj razvojni sistem. Tu su recimo LED diode za signalizaciju mrežnih protoka ili kontrolisani naponski izlazi za pozadinsko osvetljenje LCD-a.

Uz HDMI izlaz, koji se nalazi uz bočnu ivicu među ostalim konektorima, na ploči su i dva LVDS konektora za trakaste kablove kojima se mogu povezati displeji, sa odvojenim konektorima za signale detekcije dodira. (Na slici NHD Touch.) U ponudi Voipac-a se nalaze kapacitivni KOE i NHD modeli displeja.

Na slici ispod vidi se i jedan od tri ugrađena mikrofona na ploči. Ovde je to desni (Mic Right), dok se srednji i levi nalaze na drugom delu ploče. Ukoliko je ipak potrebno aktivno hlađenje, postoji CPU FAN konektor za povezivanje ventilatora, tik uz iMX modul.

Imajte u vidu da se ponekada konektori za jednu namenu ne moraju biti grupisani. Tako konektor za signale detekcije dodira na KOE displejima se nalazi na sasvim drugom mestu u odnosu na LVDS KOE konektor.

Uz njega je i S1 BOOT dvostruki prekidač kojim se određuje da li se flešuje sistem ili pokreće sa SD kartice, odnosno sa eMMC-a. Kao i sva druga podešavanja i ovo je detaljno objašnjeno u uputstvu. Uz to, kao podsetnik pri radu, a i da bi se olakšalo povezivanje i podešavanje Voipac je na poleđini ploče razvojnog sistema odštampao legendu sa položajima svih prekidača u različitim situacijama.

Zanimljivi su i veliki osmostruki DIP prekidači S2 i S3 BOOT. Za rad sa iMX9x (dakle iMX91 i iMX93 modulima) potrebno je samo postaviti S2 BOOT prekidače kako bi se odabralo da li se sistem flšuje ili se podiže sa ARM Cortex-A55 ili sa ARM Cortex-M33 jezgra i pri tome se koristi eMMC ili SD kartica. iMX8M modul traži podešavanje oba seta prekidača, i S2 i S3 BOOT. Njima se bira da li se sistem podiže sa eMMC-a ili SD kartice.

Sa druge strane ploče nalaze se dva konektora za celularni modul – u PCIe i u M.2 formatima 2230, 2242, 3030 i 3042 – kao i pripadajuće ležište za SIM karticu za svaki od konektora.

Za sam kraj ostavili smo namenski mikroE konektor za CANbus FD modul. Njega proizvodi naša kompanija mikroE i njegova oznaka je MCP2518FD. Ovaj CANbus FD modul omogućava prenos podataka do 5 Mbps. Realizuje jedan CANbus FD, mada i.MX93 podržava dva CANbus FD interfejsa. Nabavna cena ovog interfejsa je $54, mada se može naći i na značajnom sniženju.

Softver

Voipac je, kao i kod prethodnih razvojnih sistema dao funkcionalni imidž Yocto Linux-a, ali i sve potrebne pakete da se napravi prilagođen Linux imidž u skladu sa Yocto projektom. Ovaj put su na sajtu u download delu dati i imidži Debian 12 OS-a za sve četiri verzije modula: max, pro, basic i lite koji su prigodni za one koji su radili sa SBC-ovima i žele da odmah isprobaju rad sa ovim razvojnim sistemom. Iako se dodatnim instalacijama softvera ovi imidži mogu manje ili više prilagoditi potrebama, ipak je Yocto pristup bolje – optimalnije rešenje prilikom izrade sopstvenih proizvoda.

Mi smo sva testiranja ovaj put uradili u datom Debian 12 Max imidžu koji se pokreće sa SD kartice. Uporedili smo dobijene rezultate sa Voipac iMX8M i Forlinx Embedded OK-MX8MPQ-SMARC razvojnim sistemom, ali i sa Raspberry Pi 4 modelom koji se često može sresti u industrijskoj primeni. Novi Raspberry Pi 5 nismo poredili, jer je u pitanju sasvim nova generacija SoC-a koji je nesporno performansno dominantan.

Geekbench 5 i noviji Geekbench 6, kao testovi opštih performansi pokazuju isto. NXP i.MX 93 sa optimizovanijim ARM Cortex-A55 jezgrom postiže bolje performanse od NXP i.MX 8M SoC-a sa ARM Cortex-A53 kada koristi samo jedno jezgro. Međutim u radu kada se paralelno koristi veći broj jezgara, njihov dvostruko veći broj u i.MX 8M ipak pobeđuje.

Drugi test, tradicionalni Unixbench potvrđuje ove karakteristike i pokazuje da je NXP i.MX 93 SoC veoma sličan Raspberry Pi 4 modelu.

Ono gde imamo potpunu dominaciju NXP SoC-eva je u openSSL testovima koji nam govore o sposobnosti hardverskih enkriptora. Napominjemo da su oni kod Raspberry Pi 4 prisutni, ali isključeni, dok je kod novog Raspberry Pi 5 hardver gotovo dvostruko brži nego kod predstavljenih NXP SoC-eva.

Uradili smo i Sysbench CPU koji je u single-core radu kod NXP i.MX 93 bio neočekivano loš, mada je multi-core upravo tamo gde smo i očekivali nakon ranijih Geekbench i Unixbench testova.

Znamo da ARM Cortex-A55 značajno bolje komunicira sa memorijom u odnosu na starijeg ARM Cortex-A53 brata. To bi trebalo da objasni nešto bolje rezultate NXP i.MX 93 SoC-a. Ovde u analizi rezultata moramo biti oprezni, posebno što smo koristili „demo“ Debian 12, i Yocto imidž, a obe implementacije nisu optimizovane i verujemo da rezultati mogu imati značajnih odstupanja od hardverski maksimalno mogućih performansi.

Zaključak

Novi Voipac iMX93 modul je iskorak u ML (machine learning) pravcu, budući da NXP i.MX 93 SoC u sebi ima Ethos™-U65 NPU. Njegove mogućnosti u današnjoj ponudi AI sposobnih procesora su na donjoj granici AI uočljivosti – naime deklarisane su na 1 TOPS. Mi se sa manje nismo ni sretali. Čak i slabašni ArmSoM Forge1 ima 2 TOPS-a, da ne govorimo o trenutnom Raspberry Pi AI HAT+ koji omogućava 26 TOPS-a, a ni to nije nikako flegšip AI ponuda. Ipak nalazi se na sredini između Voipac iMX8M koji uopšte nema NPU i Forlinx MX8MPQ kod koga je specificiran 2.3 TOPS-ni NPU. Za osnovni ML je dovoljno, ali za prepoznavanje govora ili objekta na slikama postavlja se pitanje brzine. Mi na sajtu Voipac-a nismo našli uputstva ili demoe za upotrebu NPU-a, ali se više informacija može naći na NXP Debian 12 Linux SDK stranici. Ovo i dodatano objašnjava što je Voipac dao baš Debian 12 server imidž.

Ako vam je potrebna multimedija, posebno Linux desktop okruženje, daleko je bolje uzeti NXP i.MX 8M ili NXP i.MX8 MPQ – koji pritom ima i AI. No, cena je ono što krasi iMX93 modul koji je u Max varijanti od $120 do $145 (sa razvojnom pločom do $415), iMX8M modul je u rasponu od $110 do $180 zavisno od broja naručenih modula (sa razvojnom pločom kit komplet ide na $462), dok Forlinx nudi modul po ceni od $197 i na to treba dodati cenu razvojne ploče. Tu cenu nemamo, jer Forlinx ima politiku direktnog dogovaranja cena.

Ono što pleni kod Voipac industrijskog razvojnog kita su detalji. Pre svega mislimo na različite interfejse, uredne i detaljne oznake na samoj ploči, univerzalnost razvojne ploče koja se može koristiti sa većim brojem SoC-eva, kao i pristojna podrška kroz dokumentaciju.

Ono što se u ovom trenutku jednostavno nameće kao pitanje je zašto se uopšte odlučiti za NXP serije iMX8M, iMX93 ili iMX91, a ne za neke od pristupačnijih Broadcom, Rockchip, Allwinner ili čak sada interesantnih RISC SoC-eva. Dostupnost razvojnih platformi, pa čak i podrška kroz Linux i Android OS-ove, video drajveri i dostupni AI modeli za gotovo sve njih se mogu naći veoma lako, uz mnoštvo primera. Zajednicu koja stoji iz ove „konkurencije“ čine pristalice filozofije otvorenog koda, pa je veoma lako doći do rešenja kroz kontakte sa članovima zajednice ili proučavanjem postojeće biblioteke rešenja.

Linux od verzije 6.12 ima PREEMPT_RT uključen u kernel i time je omogućen rad u realnom vremenu za procesore sa x86, ARM64 i RISC-V arhitekturom bez ikakvih modifikacija. Za ranije verzije kernela, bilo je neophodno pečovati OS. Ovaj veliki korak je značajno približio industrijskoj primeni upotrebu Linux OS-a, a time i platformama na kojima se on može pokrenuti.

Jedan od odgovora za korišćenje NXP i.MX SoC-eva je u brzini odziva koji je na ovim SoC-evima do 120 µs, dok je na ostalim platformama ta vrednost između 180 i 220 µs. Ukoliko imate robotsku aplikaciju sa većim brojem osa, onda ova razlika može biti problem i za sada se u tim slučajevima razvojni timovi oslanjaju na NXP. Uz dodatna RTOS jezgra iz serije ARM Cortex-M koja dodaje SoC-evima, NXP je fokus stavio na vremenski kritične aplikacije u industriji. Za digitalne oznake, edge kamere i senzore, kontrolne panele i aplikacije u proizvodima široke potrošnje performansne prednosti, bolji GPU, više AI snage i brže komunikacije opredeljuju inženjere da se fokusiraju na ekonomično prihvatljivije ARM SoC-eva koji dolaze iz Broadcom-a, Rockchipa, Allwinner-a i od drugih proizvođača.

Ako je NXP i.MX 8M kao multimedijalni SoC ugrozila nova serija Broadcom-a u Raspberry Pi 5 i Rockchip RK35xx svojim performansama, grafičkim i AI mogućnostima, moramo primetiti da novo ponuđeni NXP i.MX 93 i i.MX 91 atraktivnom cenom i superiornošću u RT radu za sada uspevaju da dominiraju na tržištu vremenski osetljivih aplikacija. Novim 6.12 Linux kernelom, ovaj OS se uvrstio u RTOS familiju i sigurno možemo očekivati da i drugi proizvođači x64, ARM i RISC-V SoC-eva među svojim narednim modelima ponude neke specijalizovane za RT rad. Do tada bi NXP i.MX 9_ serija mogla biti prvi izbor za robotiku i primene u vozilima.