- SVETELEKTRO - https://svetelektro.com -

UP Board – jednodoskový počítač založený na architektúre x86

V posledných rokoch sme boli svedkami obrovského nárastu popularity jednodoskových počítačov. Každý mesiac vstupujú na trh nové, výkonnejšie a lacnejšie modely. Väčšina z nich, tak ako populárny Raspberry Pi, sú vybavené viacjadrovými procesormi, založenými na architektúre ARM. Pomerne prekvapivý je UP Board – jednodoskový počítač vybavený 64-bitovým procesorom s architektúrou x86, vyrobený 14 nm technológiou.

UP Board [1] je výrobok taiwanskej firmy AAEON [2], spoločnosti ktorá je súčasťou skupiny ASUS. Bol navrhnutý s ohľadom na tvorcov prototypov a je tiež vynikajúcim vybavením pre kick-up a start-up projekty. Vďaka svojej bohatej multimediálnej podpore môže byť použitý napríklad ako kancelársky terminál.  Počítač Up Board ponúkajúci rôzne riešenia, ktoré doteraz existovali len v priemyselných počítačoch, je tiež zaujímavou platformou pre nadšencov vytvárajúcich zariadenia pre vlastné použitie.
 
Technické špecifikácie počítača UP Board
UP Board [1] je vybavený 64-bitovým štvorjadrovým procesorom Intel Atom™ x5-Z8350 CPU s 2MB vyrovnávacej pamäte cache. Podľa výrobcu, je maximálna taktovacia frekvencia jadra 1,92 GHz.

[3]
Obr. 1: Rozmery počítača UP Board [1] sú 85,6mm x 56,5mm

V závislosti od verzie má UP Board [1] pamäť RAM DDR3L-1600 s kapacitou 1, 2, alebo 4 GB. Je tiež vybavený technológiou Intel HD Graphics 400, ktorá beží na frekvencii 500 MHz. Počítač poskytuje široký súbor rozhraní, ktorý zahrňuje okrem iného: DSI, CSI (do 4 Mpix), HDMI, Ethernet, 4x USB 2.0 a 1x USB 3.0 OTG. Prístroj je napájaný zo zásuvky 5V DC a má rozsah prevádzkových teplôt od 0 °C do 60 °C. Charakteristickým rysom dosky sú jej malé rozmery (85,60 mm × 56,5 mm). UP Board [1] bez problémov podporuje video stream s rozlíšením 4K. Na obr. 2 je ukázaný príklad takého videa, ktoré sa prehráva na prehliadači Chrome a beží na ubilinux.
 
[4]
Obr. 2: UP Board [1] môže ľahko spracovať 4K video stream

[5]
Obr. 3: Základné technické špecifikácie UP Board [1]

[6]
Obr. 4: Výsledky štandardných testov z programu Hardinfo-System Information a Benchmark. Čím je skóre nižšie, tým lepšie. Výsledky iných platforiem môžete vidieť, keď navštívite napr. portál openbenchmarking.org.

Zabudovaná pamäť eMMC
Silnou výhodou počítača UP Board [1] je integrovaná energeticky nezávislá pamäť eMMC s kapacitou 16 GB, 32 GB, alebo 64 GB (v závislosti na verzii). Preto nie je potrebné pripojenie externej SD karty, ako napr. v prípade Raspberry Pi. Takéto riešenie výrazne zvyšuje odolnosť systému voči otrasom a vibráciám a jeho všeobecnú spoľahlivosť, najmä v nepriaznivých podmienkach.
 
40-pinový konektor
UP Board [1] je vybavený 40-pinovým expanzným konektorom, ktorý je kompatibilný s Raspberry Pi. Jeho jednotlivé piny ovládajú univerzálne porty (GPIOs), komunikačné rozhrania (UART, I2C, SPI), výstup signálu PWM, vstup ADC prevodníka a napájacie vedenia 3,3 V a 5 V. Opis a rozloženie jednotlivých pinov 40-pinového konektora môžete vidieť v tabuľke 1 (na konci článku).
 
40-pinový konektor sa môže využívať s adaptérmi, ako napr. MIKROE-1879, ponúkaný firmou Mikroelektronika. Táto spoločnosť tiež vyrába expanzné moduly (nazývané clicks), ktoré umožňujú vybaviť systém dodatkovými komponentmi, akými sú teplotné snímače, merač zrýchlenia, displej, dodatočná pamäť a veľa iného.

[7]
Obr. 5: UP Board [1] s namontovaným expandérom MIKROE-1879, ktorý umožňuje pripojenie rozširujúcich modulov, tzv. clicks.

Dostupné operačné systémy
UP Board [1] môže pracovať s operačnými systémami Linux, Windows 10, alebo Android. Výrobca poskytuje ovládače, ktoré umožňujú inštaláciu linuxových distribúcií Ubuntu a ubilinux™ (založené na Debiane a určené pre vložené systémy), rovnako ako ovládače pre Yocto Project. Operačný systém je nainštalovaný pomocou bootovacej pamäte USB.
 
Inštalácia ubilinux™
Aby ste mohli nainštalovať ubilinux™ potrebujete správne nakonfigurovanú pamäť USB s obrazom OS. V systéme Windows môžete na konfiguráciu pamäte USB použiť napr. nástroj Rufus[1] [8]. Obrazy tohto a iných operačných systémov pre túto platformu sú dostupné na internete[2] [9]. Skôr než začnete pracovať s UP Board [1], potrebujete monitor s rozhraním HDMI, myš a klávesnicu USB a napájací zdroj 5 V, ktoré nie sú súčasťou zostavy.
Všetko čo potrebujete urobiť pred inštaláciou ubilinuxu, je vložiť pamäť USB s OS do USB portu pred zapnutím napájania a po zapnutí napájania postupovať podľa pokynov zobrazených na obrazovke.

[10]
Obr. 6: Úvodná obrazovka systému ubilinux

UP Board ako autonómny modul IoT
Ak sa rozhodnete nainštalovať ubilinux, získate okrem OS aj predinštalovaný ubiworx™ IoT Framework, ktorý vám umožní jednoducho zmeniť UP Board [1] na autonómny modul IoT. Súčasťou súpravy sú knižnice a ovládače, ktoré umožňujú doske ovládať rôzne snímače. Prostredie ubiworx™ implementuje aj zásobník sieťových protokolov, čo výrazne skracuje čas vývoja softvéru.

[11]
Obr. 7: Prostredie ubiworx™ umožňuje vytvorenie systému, ktorý sa skladá z množstva modulov IoT.

[12]
Obr. 8: Prostredie ubiworx poskytuje grafické rozhranie (GUI) pre definovanie pravidiel správania modulov a ich skupín.
 
Široký výber modulov click
UP Board [1] môže ovládať, okrem iného, rozširujúce dosky click od spoločnosti MikroElektronika, čo je znázornené na obr. 9. Prezentovaná zostava pozostáva z 2 modulov: MIKROE-1879, adaptér pre mikrobus, určený pre 40-pinové konektory používajúce štandard Raspberry Pi, a tiež MIKROE-1877, čo je doska IO MM7150 (IO je integrovaný gyroskop MEMS, akcelerometer a magnetometer). Modul MM7150 podporuje komunikáciu v štandarde HID-Over-12C. Po inštalácii príslušných ovládačov (ktoré sú štandardne predinštalované v ubilinux), môžete tento integrovaný obvod ovládať pomocou štandardných príkazov a deskriptorov protokolu HID. Spoločnosť MikroElektronika ponúka širokú škálu modulov click s rôznymi funkciami.

[13]
Obr. 9: UP Board [1] s doskou click od spoločnosti MikroElektronika

Podpora modulu MM7150
Aby bol operačný systém schopný podporovať IO MM7150, musí byť vytvorený konfiguračný súbor na správnej ceste (obvykle v adresári /linux/arch/arm/boot/dts/overlays), ktorý sa potom musí kompilovať. Tento súbor musí obsahovať základné definície a informácie o podporovanom čipe. Zvyknúť si na špecifiká protokolu HID a komunikácie v štandarde HID-Over_12C je užitočné.[3] [14]
 
Podpora GPIO
Nižšie nájdete príklady príkazov, ktoré konfigurujú jeden z portov GPIO (Linux GPIO 26) ako výstupný port a nastavujú jeho logický stav ako vysoký:
 
echo 26 > /sys/class/gpio/export
echo out > /sys/class/gpio/gpio26/direction
echo 1 > /sys/class/gpio/gpio26/value
Každý z 28 GPIO portov môže byť konfigurovaný a nastavený nezávisle.

Podpora UART
Príklad uvedený nižšie konfiguruje port UART1 na prácu pri 115200 bps a ukazuje jednu z metód na posielanie a prijímanie dát.

stty -F /dev/ttyS1 115200 raw -echo -echoe -echok -crtscts
echo "Hello World" > /dev/ttyS1
cat /dev/ttyS1

V systéme ubilinuxTM je prístup k portu /dev/ttyS1 možný tiež prostredníctvom nasledujúceho aliasu: /dev/ttyAMA0, ktorý ho robí kompatibilným so softvérom vyvinutým pre Raspberry Pi.
 
Zhrnutie
Jednodoskový počítač UP Board [1], vybavený procesorom x86, je zaujímavou alternatívou k populárnym platformám založeným na architektúre ARM. V mnohých aplikáciách môže UP Board [1] nahradiť profesionálne priemyselné počítače, ponúkajúc podobnú funkčnosť za oveľa nižšiu cenu. Záruka dlhej dostupnosti tejto platformy je tiež dôležitá výhoda. Výrobca zaručuje, že tento model bude v ponuke minimálne do roku 2020. UP Board dostupný v ponuke firmy Transfer Multisort Elektronik (www.tme.eu [15]).
 
 
Tabuľka: Opis vývodov 40-pinového konektora

Ubilinux Funkcia Linux GPIO UP pinout Pin
  Pin
 
UP pinout Linux GPIO Funkcia Ubilinux
      3.3V 1 2 5V      
i2c-1 I2C1_SDA 2 GPIO0 3 4 5V      
i2c-1 I2C1_SCL 3 GPIO1 5 6 Ground      
iio:device0 ADC0 4 GPIO2 7 8 GPIO15 14 UART1_TX ttyS1
      Ground 9 10 GPIO16 15 UART1_RX ttyS1
ttyS1 UART1_RTS 17 GPIO3 11 12 GPIO17 18 PCM_CLK  
    27 GPIO4 13 14 Ground      
    22 GPIO5 15 16 GPIO18 23    
      3.3V 17 18 GPIO19 24    
  SPI_MOSI 10 GPIO6 19 20 Ground      
  SPI_MISO 9 GPIO7 21 22 GPIO20 25    
  SPI_CLK 11 GPIO8 23 24 GPIO21 8 SPI_CS0 spidev2.0
      Ground 25 26 GPIO22 7 SPI_CS1 spidev2.1
i2c-0 ID_SD 0 GPIO9 27 28 GPIO23 1 ID_SC i2c-0
    5 GPIO10 29 30 Ground      
    6 GPIO11 31 32 GPIO24 12 PWM0 pwmchip0/pwm0
pwmchip1/pwm0 PWM1 13 GPIO12 33 34 Ground      
  PCM_FS 19 GPIO13 35 36 GPIO25 16 UART1_CTS ttyS1
    26 GPIO14 37 38 GPIO26 20 PCM_DIN  
      Ground 39 40 GPIO27 21 PCM_DOUT  

 
Referencie
[1] https://rufus.akeo.ie/ [16]
[2] https://up-community.org/downloads/category/15-up [17]
[3] Microsoft Corporation, “HID Over I2C Protocol Specification: Device Side”, version 1.00, 04/24/2012
[4]USB-Sig, “HID Usage Table Sensor Page”, https://www.usb.org/developers/hidpage/HUTRR39b.pdf

 

Ako sa vám páčil tento článok?
  • Páči sa mi (1)
  • Súhlasím (2)
  • Zábavné (1)
  • Informatívne (0)